供配電教學中利用VR技術構建沉浸式學習環境的策略研究

王眾毅，周剛

（許昌電氣職業學院，河南 許昌 461000）

電氣工程專業的課程內容均具備實踐性的特征，這要求教師能夠打破課堂的限制，在教會學生理論內容的基礎上，帶領學生參與實踐，實現理論與實踐的有效結合。在傳統的教學工作中雖然也認識到了實踐教學的重要性，但由于實踐場地有限，多個班級輪流使用，很難在完成理論學習后直接參與實踐，且不能保障每個學生都有機會上手操作，這便會對實踐教學效果造成影響，容易出現理論與實踐脫節的問題?；诖?，利用VR技術打造虛擬的實踐場地，為學生創造沉浸式的學習環境具有極為現實的教育意義。

1 沉浸式學習環境構建的基本原則

1.1 遵循科學性原則

在打造沉浸式學習環境時，主要目的是利用虛擬化技術構建虛擬的實踐場景，并引導學生佩戴虛擬設備親自參與實踐操作，與虛擬空間進行良好交互。這便要求對沉浸式學習環境的打造要圍繞具體的教學內容，保障環境構建的科學性。如在供配電學習中的應用，則需根據供配電技術的各個模塊，分別創建供配電操作環境，促使學生在虛擬場景中完成對理論知識的應用，這與實際參與實踐的教學效果相同。如在學習高壓斷路器的結構和運行機理時，則可利用3D技術先構建高壓斷路器的三維模型，之后通過貼圖和渲染使其盡可能接近高壓斷路器的實物，之后讓學生佩戴虛擬設備，實踐操作高壓斷路器的拆卸與組裝，這可使學生加深對其內部結構的直觀了解。

1.2 遵循連貫性原則

此處指課程內容的連貫性以及學習知識的連貫性。同時，為了保障沉浸式學習環境構建的有效性，還需根據學生的學情和學習特點對其進行層次劃分，對理解能力和學習能力較強的學生和學習能力較差的學生分別設置不同的知識框架，但需要注意的是，應圍繞特定時期的教學任務，對知識框架進行科學設計，并將知識點進行模塊化處理，以便于滿足不同層級學生的學習需求。

1.3 遵循交互性原則

處于VR學習環境中的學生可以實現與三個對象的交互：（1）與被控制對象進行交互。指的是學生可以根據前期的學習內容操作實踐，直接控制被控制對象的動作，在操作時，被控制對象的形態，運動方向等均受學生直接控制，并且會反饋相關的變化參數，輔助學生完成實踐學習活動。（2）是與虛擬對象的交互。主要是指學生在實踐過程中遇到問題時，可直接與虛擬對象對話，提出問題獲得答案后，繼續實踐操作，直至完成實踐學習任務，在與虛擬對象對話的過程中往往可以學習到書本中沒有的知識點，促使學生的實踐能力得到更好的提升。（3）與學習者的交互。指的是與同為學生的學習者進行交流和互動，在虛擬學習環境中，每個學習者均會化身虛擬形象，通過語言和肢體上的交流實現交互，通常是多個學習者通過在虛擬學習環境中的交互來共同合作完成實踐學習任務。在沉浸式的學習環境中，學生的學習態度可以由被動學習轉變為主動學習，相對來說，學習效果也更為突出。

2 利用VR技術構建供配電沉浸式學習環境的策略

隨著VR技術的不斷成熟，其已經被逐漸應用于教學工作中，利用虛擬現實技術實現對特定學習環境的模擬，為學生創造出沉浸式的學習環境，這可在一定程度上激發學生的主觀意識，使其主動參與實踐學習。從教學方面來講，傳統的教學模式以硬性灌輸為主，學生只能被動接受，對各類理論知識的理解不夠透徹，且無法應用于具體的實踐中，出現理論與實踐脫節的問題。而在VR技術的作用下，可為學生打造較為真實的實踐學習環境，讓學生在虛擬現實情境中直接動手實踐，做到對理論知識的融匯貫通與合理利用。因此，此種教學手段更加教學優勢，能夠圍繞學生的實踐學習需求創設學習環境，促使學生通過真實體驗掌握更多的供配電技術。

2.1 依托學習者的學習需求構建沉浸式學習環境

構建沉浸式學習環境的主要目的是打破傳統教學模式的局限性，做到理論與實踐的深度融合，確保學生在特定的學習環境中掌握相關的供配電技術。在構建沉浸式學習環境時的要點為以學習者的學習需求為核心，盡可能為學生打造真實的實踐氛圍，確保學生在虛擬學習環境中能夠獲得沉浸式的體驗，從中了解和掌握大量的供配電技術要領，提升學生的實踐操作能力。在沉浸式的學習環境中，可以改變枯燥的學習氛圍，學生可在虛擬環境中練習供配電操作的基本要求，當學生做出錯誤的操作時，可以通過與虛擬對象的交互，獲得錯誤提示，有助于規范學生的實踐操作行為，在其中積累大量的實踐經驗，為今后步入崗位奠定良好的基礎。除此之外，可以設計多個知識模塊，確保學生在參與虛擬環境時，可以根據學生的學情為其智能推薦相關的學習內容，根據技術操作的難易程度細分課程內容，使學生通過沉浸式學習積累大量的實踐經驗，保障在今后參與工作后能夠盡快適應崗位工作。

如在學習有關真空斷路器的倒閘順序和操作安全知識時，可以利用3D軟件先構建一個三維模型，并在模型上附圖渲染，使其形成與真實的真空斷路器無限接近的虛擬模型，之后對其內部結構進行建模，并設置聯動機構，確保對實踐操作步驟的真實模擬。為讓學生了解斷路器的內部結構，可以將三維模型生產動態動畫，對于斷路器的拆卸和安裝過程進行演示，讓學生了解各個構件之間的關系，明確在斷路器中各個構件的基本作用，這有助于學生對斷路器運行原理的學習。在此基礎上，方可利用VR技術為學生營造沉浸式的學習環境，使其在虛擬環境中完成與被控制對象的交互，全面掌握斷路器的結構特點和運行原理，這可為今后的供配電技術學習奠定良好的基礎。

2.2 增強虛實結合的效果為學生帶來沉浸式的學習體驗

VR技術中的仿真功能十分強大，能夠根據具體的學習需求，實現虛擬與現實的有效結合，現階段，VR技術已經能夠實現視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等多種感知的模擬，將其應用于供配電學習過程中，可以促使學生與虛擬環境的交互來獲得多種感官體驗，從中真實地感受供配電技術的操作方法。當學生沉浸于虛擬環境中時，便能忽視現實與虛擬環境的界限，在虛擬環境中完成對供配電相關技術的實踐操作，積累和掌握大量的實踐操作經驗。此外，在實踐操作中也能檢驗學習者在理論學習中存在的不足，幫助學習者更好地掌握理論基礎，并將其融匯到具體的實踐作業中，通過觀察學習者的實踐操作表現，也能明確今后的實踐學習方向和學習任務，致力于不斷彌補學生的短板，強化其供配電技術水平。

2.3 融合多學科內容搭建知識體系完善的沉浸式學習系統

當前時期，最明顯的特征便是學科的邊界不再清晰，大部分技術中均融合了多學科的內容，供配電技術也不例外，其與自動化技術和電氣技術等存在密切的聯系。因此，在針對供配電技術進行學習時，不得局限于課本內容，還需根據其技術特性對所學的知識內容進行擴展，但不得脫離于供配電相關技術的范疇，旨在強化學生的供配電技術能力。在借助VR技術打造虛擬學習環境時，可以將多學科的知識點融入其中，實現供配電技術與多學科內容的深度融合，通過跨學科的學習能夠不斷完善學生的知識體系，使其對供配電技術有更深入的認知。

3 結語

VR技術在供配電學習中的應用優勢主要表現為，能夠帶給學習者多種感官體驗，使其在學習中體驗沉浸式學習的樂趣。為了打造高效的沉浸式學習環境，首先，應該明確學生的主體學習地位，根據學情劃分等級，并有針對性地為其提供對應層級的實踐學習環境，確保每個層級的學習者均能通過與虛擬環境以及被控制對象的交互達成良好的實踐學習效果；其次，便是豐富虛擬學習環境的沉浸式體驗，讓學生通過多重交互掌握特定的技術操作方法，積累和總結大量的技術操作經驗，彌補在傳統學習活動中存在的不足；最后，需要實現對學科知識點的融合，讓學習者在有限的時間內獲得更多知識內容，提高供配電學習的實效性。