VR技術(shù)在職業(yè)院校教學(xué)中的應(yīng)用

趙中濤

（西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，西安 710026）

我國(guó)高速鐵路運(yùn)營(yíng)里程高居世界第一，運(yùn)輸量大，車輛多，檢修任務(wù)重。因此，每一位鐵路院校畢業(yè)的學(xué)生都必須對(duì)鐵路類檢修工作有清晰、整體的認(rèn)知，能夠熟練掌握檢修流程，能快速高效地完成檢修工作，能將理論知識(shí)熟練應(yīng)用到檢修過程中，做到兩手抓，兩手硬。為培養(yǎng)出畢業(yè)即可上崗的優(yōu)秀學(xué)生、一流職工，鐵路類職業(yè)院校除了講授理論知識(shí)以外，必須讓每一位同學(xué)在校時(shí)有實(shí)踐鍛煉的機(jī)會(huì)，有獨(dú)自完成檢修工作的經(jīng)驗(yàn)。因此，一套能完成全部檢修項(xiàng)目的虛擬仿真系統(tǒng)在鐵路院校的教學(xué)中具有重要作用。

1 VR技術(shù)在實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

VR技術(shù)是隨著計(jì)算機(jī)和多媒體技術(shù)發(fā)展而崛起的一門新技術(shù)，應(yīng)用范圍廣，操作簡(jiǎn)單，在實(shí)踐教學(xué)中具有諸多優(yōu)勢(shì)。

1.1 激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

沉浸式學(xué)習(xí)，有利于提高學(xué)習(xí)興趣。操作者處于一個(gè)相對(duì)真實(shí)的環(huán)境進(jìn)行實(shí)踐操作，自己探索學(xué)習(xí)，有助于提升學(xué)習(xí)主動(dòng)性，多次重復(fù)練習(xí)，反復(fù)糾錯(cuò)，加深學(xué)習(xí)記憶。同時(shí)避免了大段語言描述的枯燥性以及因講解者語言匱乏、聽課者空間想象力差而導(dǎo)致的聽不懂、耗時(shí)間等問題，提升了學(xué)習(xí)效率[1]。

1.2 降低實(shí)踐環(huán)節(jié)的危險(xiǎn)性

用虛擬仿真軟件可實(shí)現(xiàn)多次的重復(fù)練習(xí)，避免因不熟悉檢修流程、設(shè)備、工具等而造成的安全問題。用軟件檢修中可設(shè)置好檢修流程，在操作順序和使用工具出錯(cuò)時(shí)及時(shí)告警，避免擴(kuò)大錯(cuò)誤，并加深檢修者記憶，保證實(shí)踐操作的安全。

1.3 經(jīng)濟(jì)性高，使用方便

用虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行實(shí)踐操作，一次性投入可多次重復(fù)使用，降低了實(shí)踐成本[2]。頭盔式虛擬仿真軟件真實(shí)性強(qiáng)，可用于多個(gè)檢修場(chǎng)景；非頭盔式檢修設(shè)備只需安裝軟件就可以使用，即用即裝，使用場(chǎng)所靈活。

1.4 占地面積小

用虛擬仿真軟件代替車體結(jié)構(gòu)，縮小了占地面積，解決了場(chǎng)地不足問題。

2 VR技術(shù)在實(shí)踐教學(xué)應(yīng)用中尚需解決的問題

2.1 沒有觸覺，體驗(yàn)效果欠佳

用虛擬仿真軟件進(jìn)行檢修，只有視覺和聽覺，沒有觸覺，降低了實(shí)踐操作的體驗(yàn)感，導(dǎo)致操作者的代入性低，警惕性低，出錯(cuò)率和返工率高。

2.2 頭顯與近視眼鏡互斥

用VR進(jìn)行實(shí)踐操作通常要用到VR頭盔，如圖1所示。為保持好的視覺效果，VR頭盔上的眼鏡需保持緊貼眼睛狀態(tài)[3]。但是，配戴有近視眼鏡的同學(xué)，如何讓兩副眼鏡共存成為一個(gè)亟需解決的問題。

圖1 VR頭盔

2.3 軟件成熟度不夠

VR技術(shù)應(yīng)用到實(shí)踐教學(xué)的比例不高，在實(shí)踐教學(xué)中軟件成熟度不夠，故障率較高，且需要專人維護(hù)。戴頭顯進(jìn)行檢修時(shí)，視野晃動(dòng)嚴(yán)重，容易導(dǎo)致眩暈，導(dǎo)致每個(gè)人操作時(shí)間不能太長(zhǎng)，甚至不能完整做完一套檢修流程。

3 VR技術(shù)在鐵路類職業(yè)院校教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)例

以西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院為例，因?yàn)楦呗氼惵殬I(yè)院校特色，學(xué)院教學(xué)均以理論教學(xué)加實(shí)踐教學(xué)的模式進(jìn)行。主流專業(yè)中，理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)比例基本達(dá)到1:1[4]。教學(xué)對(duì)實(shí)踐設(shè)備的需求逐漸增大，但鐵道車輛體積大、價(jià)格高，購買及放置實(shí)踐所需的設(shè)備對(duì)學(xué)院來說困難較大。因此，西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院引入VR技術(shù)進(jìn)行實(shí)踐演練。以鐵道車輛專業(yè)為例，依據(jù)專業(yè)實(shí)際需求，建設(shè)車輛制動(dòng)系統(tǒng)檢修仿真實(shí)訓(xùn)室和鐵道車輛檢修VR實(shí)訓(xùn)場(chǎng)。圖2是對(duì)鐵路貨車進(jìn)行檢修，使用虛擬仿真軟件能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)車體、車下、車端連接處的檢修，還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)列車制動(dòng)保壓緩解性能的試驗(yàn)；圖3是對(duì)104型分配閥進(jìn)行分解和組裝，實(shí)現(xiàn)了每人一閥拆裝練習(xí)，提升練習(xí)效率；圖4是對(duì)制動(dòng)夾鉗進(jìn)行檢修逼真的檢修場(chǎng)景，立體的視覺效果，能夠達(dá)到與實(shí)物拆裝幾乎相同的訓(xùn)練效果。

圖2 鐵路貨車VR檢修實(shí)踐現(xiàn)場(chǎng)

圖3 104型分配閥的分解和組裝

圖4 檢修制動(dòng)夾鉗

依據(jù)鐵道車輛實(shí)訓(xùn)過程，統(tǒng)計(jì)得到本專業(yè)VR設(shè)備使用情況如表1所示[5]。

表1 VR設(shè)備實(shí)訓(xùn)使用率

4 VR技術(shù)在職業(yè)院校教學(xué)中的展望

VR技術(shù)能夠在場(chǎng)地及資金有限的情況下，為學(xué)生提供一個(gè)訓(xùn)練、練習(xí)的場(chǎng)地，能夠在避免操作危險(xiǎn)的前提下，學(xué)習(xí)到檢修流程并積累檢修經(jīng)驗(yàn)，能夠多次使用不需要考慮耗材成本，且這種虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境能夠激起學(xué)生的好奇心，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。隨著多媒體設(shè)備在理論及實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用推廣，VR技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用前景越來越廣闊。