供配電教學中利用VR技術(shù)構(gòu)建沉浸式學習環(huán)境的策略研究

王眾毅，周剛

（許昌電氣職業(yè)學院，河南 許昌 461000）

電氣工程專業(yè)的課程內(nèi)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(nèi)容的基礎(chǔ)上，帶領(lǐng)學生參與實踐，實現(xiàn)理論與實踐的有效結(jié)合。在傳統(tǒng)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(xiàn)理論與實踐脫節(jié)的問題?；诖?，利用VR技術(shù)打造虛擬的實踐場地，為學生創(chuàng)造沉浸式的學習環(huán)境具有極為現(xiàn)實的教育意義。

1 沉浸式學習環(huán)境構(gòu)建的基本原則

1.1 遵循科學性原則

在打造沉浸式學習環(huán)境時，主要目的是利用虛擬化技術(shù)構(gòu)建虛擬的實踐場景，并引導學生佩戴虛擬設(shè)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(huán)境的打造要圍繞具體的教學內(nèi)容，保障環(huán)境構(gòu)建的科學性。如在供配電學習中的應用，則需根據(jù)供配電技術(shù)的各個模塊，分別創(chuàng)建供配電操作環(huán)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(jié)構(gòu)和運行機理時，則可利用3D技術(shù)先構(gòu)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(shè)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(nèi)部結(jié)構(gòu)的直觀了解。

1.2 遵循連貫性原則

此處指課程內(nèi)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(huán)境構(gòu)建的有效性，還需根據(jù)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(shè)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(shè)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(huán)境中的學生可以實現(xiàn)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(jù)前期的學習內(nèi)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(tài)，運動方向等均受學生直接控制，并且會反饋相關(guān)的變化參數(shù)，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(xù)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(huán)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(xiàn)交互，通常是多個學習者通過在虛擬學習環(huán)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(huán)境中，學生的學習態(tài)度可以由被動學習轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W習，相對來說，學習效果也更為突出。

2 利用VR技術(shù)構(gòu)建供配電沉浸式學習環(huán)境的策略

隨著VR技術(shù)的不斷成熟，其已經(jīng)被逐漸應用于教學工作中，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)對特定學習環(huán)境的模擬，為學生創(chuàng)造出沉浸式的學習環(huán)境，這可在一定程度上激發(fā)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(tǒng)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(xiàn)理論與實踐脫節(jié)的問題。而在VR技術(shù)的作用下，可為學生打造較為真實的實踐學習環(huán)境，讓學生在虛擬現(xiàn)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(yōu)勢，能夠圍繞學生的實踐學習需求創(chuàng)設(shè)學習環(huán)境，促使學生通過真實體驗掌握更多的供配電技術(shù)。

2.1 依托學習者的學習需求構(gòu)建沉浸式學習環(huán)境

構(gòu)建沉浸式學習環(huán)境的主要目的是打破傳統(tǒng)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(huán)境中掌握相關(guān)的供配電技術(shù)。在構(gòu)建沉浸式學習環(huán)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(huán)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(shù)要領(lǐng)，提升學生的實踐操作能力。在沉浸式的學習環(huán)境中，可以改變枯燥的學習氛圍，學生可在虛擬環(huán)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(guī)范學生的實踐操作行為，在其中積累大量的實踐經(jīng)驗，為今后步入崗位奠定良好的基礎(chǔ)。除此之外，可以設(shè)計多個知識模塊，確保學生在參與虛擬環(huán)境時，可以根據(jù)學生的學情為其智能推薦相關(guān)的學習內(nèi)容，根據(jù)技術(shù)操作的難易程度細分課程內(nèi)容，使學生通過沉浸式學習積累大量的實踐經(jīng)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(guān)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(gòu)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(nèi)部結(jié)構(gòu)進行建模，并設(shè)置聯(lián)動機構(gòu)，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(nèi)部結(jié)構(gòu)，可以將三維模型生產(chǎn)動態(tài)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(gòu)件之間的關(guān)系，明確在斷路器中各個構(gòu)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(chǔ)上，方可利用VR技術(shù)為學生營造沉浸式的學習環(huán)境，使其在虛擬環(huán)境中完成與被控制對象的交互，全面掌握斷路器的結(jié)構(gòu)特點和運行原理，這可為今后的供配電技術(shù)學習奠定良好的基礎(chǔ)。

2.2 增強虛實結(jié)合的效果為學生帶來沉浸式的學習體驗

VR技術(shù)中的仿真功能十分強大，能夠根據(jù)具體的學習需求，實現(xiàn)虛擬與現(xiàn)實的有效結(jié)合，現(xiàn)階段，VR技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)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(huán)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(shù)的操作方法。當學生沉浸于虛擬環(huán)境中時，便能忽視現(xiàn)實與虛擬環(huán)境的界限，在虛擬環(huán)境中完成對供配電相關(guān)技術(shù)的實踐操作，積累和掌握大量的實踐操作經(jīng)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(chǔ)，并將其融匯到具體的實踐作業(yè)中，通過觀察學習者的實踐操作表現(xiàn)，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(shù)水平。

2.3 融合多學科內(nèi)容搭建知識體系完善的沉浸式學習系統(tǒng)

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(shù)中均融合了多學科的內(nèi)容，供配電技術(shù)也不例外，其與自動化技術(shù)和電氣技術(shù)等存在密切的聯(lián)系。因此，在針對供配電技術(shù)進行學習時，不得局限于課本內(nèi)容，還需根據(jù)其技術(shù)特性對所學的知識內(nèi)容進行擴展，但不得脫離于供配電相關(guān)技術(shù)的范疇，旨在強化學生的供配電技術(shù)能力。在借助VR技術(shù)打造虛擬學習環(huán)境時，可以將多學科的知識點融入其中，實現(xiàn)供配電技術(shù)與多學科內(nèi)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(shù)有更深入的認知。

3 結(jié)語

VR技術(shù)在供配電學習中的應用優(yōu)勢主要表現(xiàn)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(huán)境，首先，應該明確學生的主體學習地位，根據(jù)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(huán)境，確保每個層級的學習者均能通過與虛擬環(huán)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(huán)境的沉浸式體驗，讓學生通過多重交互掌握特定的技術(shù)操作方法，積累和總結(jié)大量的技術(shù)操作經(jīng)驗，彌補在傳統(tǒng)學習活動中存在的不足；最后，需要實現(xiàn)對學科知識點的融合，讓學習者在有限的時間內(nèi)獲得更多知識內(nèi)容，提高供配電學習的實效性。