基于三维虚拟现实的实训教学研究

倪叶青

[中图分类号]TP391.9 [文献标识码]A [文章编号]2095-3089（2017）12-0036-02

一、三维虚拟实训应用现状

国家教育信息化十三五规划和浙江省高等教育“十三五”发展规范都提出深化信息技术与教育教学、教育管理融合发展.其中浙江省高等教育“十三五”发展规范提出全面推进智慧教育，建设浙江省高校虚拟仿真实验实训平台，提供远程实验实训指导和教学服务。高等职业技术教育的培养目标是为生产、服务和管理第一线培养高层次实用人才。实训教育教学是将业务实训贯穿于教学始终的一种教学方法，实训基地是与这种教学配套的实践教学场所。实训教育是体现高职教育的特色和自身优势重要优势，然而各高职院校在实训建设项目中都遇到了如实训教学和实际工作需要的脱节、实训教学设备资源的紧缺和实训资源的不开放、实训环节具有危险性等情况；同时实训设备的高投入也让学校背负沉重经济负担。在另一方面，学生在实训教学中容易出现兴趣缺乏等情况，或者由于条件限制，同学难于得到充分的实训机会情况也不乏少见。

现代学习理论强调学习的过程是人与环境相互作用的过程，知识必须基于真实的学习情景呈现。虚拟现实技术是继多媒体技术、网络技术之后又一门崭新的技术，在为学习者创建仿真的学习情景方面有着不可替代的积极作用。基于三维虚拟现实的实训教学采用游戏化教学，可以提高学生主动学习的积极性，满足学生的技术实践需求，从而突破传统教学的局限}生，培养更多的技术性人才，进而提高学生的创新、创业能力，解决实训教育质量及效率低的问题，促进传统实训模式的转变与创新，推进互联网信息技术与传统教育教学的深度融合。

二、统一入口教学模式虚拟实训教学模式

EVC虚拟校园统一入口教学模式突出用户创造内容（UGC），全体师生员工以统一客户端的公共虚拟现实空间。在虚拟现实空间中，用户可更具预先设置，实现对汽车中控仪表台各功能部件认知；并能通过虚拟操作，实现相应功能部件的对应功能。同时在虚拟世界中已建立物流码头实训基地，该实训基地以宁波港为背景，在平台上搭建虚拟宁波港实训基地。包括：大型船舶、岸吊、堆场、商务楼和调度室、闸口以及相关的配套设施。展示以集装箱为货物的运输过程，实现装船和卸船流程。提供龙门吊、岸吊、汽车虚拟实训产品，供师生用户仿真模拟操作。师生用户通过港口物流虚拟实训系统进行实训操作，既解决了大型设备和场地实训的资源稀缺性和人员安全管理难题，也提高了学生用户的使用興趣，真正做到了“玩中学”，提高了对港口物流操作的直观感受。也为学生用户今后进一步的实地实训打下良好基础，提供平滑过渡。

EVC虚拟校园服务器统一入口教学模式采用C/S架构，包含客户端和服务器端。服务器端部署采用分布式架构，包含两组六大类服务器，其中用户服务器、网格服务器、物品服务器、库存服务器和消息服务器为公共应用服务组，而岛服务器根据具体场景配置需要，可灵活配置数量，所有用户及服务器配置、状态及其他属性都存入数据库持久保存。这种高度模块化的架构，使系统在具有高度灵活性、可扩展性的同时，兼具性能可靠性强和服务负载均衡容易等特点。

三、分专业虚拟实训教学模式

EVC虚拟校园分专业虚拟教学模式目注重分析教师和学生实际需求，以“学”、“教”有机结合为基础，在学生自主学习的平台中，突出三维虚拟实训教学特有的沉浸感、真实性、交互性和构想性。

同时，在该模式设计中引入大数据思维，注重实训实验数据的收集与分析，教师可以将学生的实训数据作为教学分析和教学模式改进的有力依据，改变以往只以教学模块和知识点作为实训、教学考核点的模式，通过实训数据真实分析教学难点和重点，在“学”、“教”基础之上更做到“析”，以更好的为教学服务，为师生服务。如汽车电控发动机故障诊断虚拟实训系统突出我校在汽车电控发动机维修方面的优势经验和积累，主要为了解决学生应试和动手能力的脱节问题，实现对发动机及检测台的三维仿真、并将OBD诊断数据库、发动机元件库、检测工具库、故障检测数据库、故障原因库、修理知识库等囊括于实训系统中，与学校汽车检修台架紧密结合，涵盖实习了汽修专业教学中中间的13类故障，以及100多种故障原因。图3汽车电控发动机检修虚拟实训与酒店前台与客房虚拟

实训

酒店前台与客房虚拟实训系统则虚拟构建一个“虚拟的酒店”。该虚拟酒店包括真实酒店的基本要素，通过该系统可以进行前台服务、酒店前台布局设计、客房服务、房型、房态、房价、入住、退房等流程的模拟实训，学生即可通过实训系统实习自主学习，也可进行相应自动化考核，教师则可以对实训结果进行可视化数据管理与分析。

四、两种模式的虚拟实训教学对比研究

浙江经济职业技术学院在基于三维虚拟现实的实训教学模式探究中，采用了统一入口教学模式与分专业虚拟实训教学模式两种模式并存的方式。

统一入口教学模式采用OpenSim及类Second Life模式，该平台下的开放互动特性决定了其非常适用于有特定流程的教学实训活动，SecondLife其第二人生的特点即是让用户在三维游戏世界中体验现实世界中暂时不能实现的自我，其核心理念“用户创造内容”非常符合发挥学生用户的主动性和创造性，对于设计类、程序类课程有着非常大的优势。但由于openSim（second Life）的游戏模式较复杂，也让师生用户反馈其学习曲线陡峭，往往让用户在学习系统操作上花费了太多时间，反而失去了对本该重视的实训教学环节的聚焦，也曾有用户反馈类似SecondLife模式是考验用户技术；再者随着这几年Second Life（OoenSim）在商业上的落寞，其开发者在技术上的停滞不前，用户界面的粗糙对该模式用户的使用体验都是较大的调整。

分专业虚拟实训教学模式聚焦于具体专业或课程，其部署、实施、操作都会针对具体客户具体设计，故该模式的上学习曲线平缓，实训教学内容精密围绕课程设计；学生在实训教学中的操作和步骤都是收到预先设计和控制的，较易体现教学者的实训教学思路。该模式能最大程度地满足专业教学的需要，为专业教学提供最优的辅助教学手段，是该实训系统模式建设的最基本目的。在实训系统的运行、使用和费用上有着自己的优势，但是对于发挥学生用户创造性与主动性方面，则相较与统一入口教学模式稍差，且其游戏趣味性也会随之减弱。

五、不同专业虚拟实训教学思考

1.流程类实训学习探索与思考

有特定流程的教学实训活动其类似RPG（角色扮演）游戏的闯关模式特性决定了其非常适用于游戏化教学。在充分针对这类实训教学调研分析，判断实训教学中的难点和关卡，提取出相关用户痛点，则非常有利基于三维虚拟现实的实训教学模式实践。如果针对流程类关卡中的实训数据进行采集、加工、分析，以大数据的思维去看待实训教学，则更有利于教师分析学生实训情况和对实训情况进行教研分析。当然，如果流程类实训教学模式需要实现多人互动，则是该类实训的难点，需要考虑和协调的难点更多。当然，流程类实训最重要的还是对教学模式和教学环节设计的研究分析。

2.计算机创新类实训学习探索与思考

针对计算机创新类实训学习，则可将计算机专业三维建模，动画设计，程序设计等课程有机结合，设置可以将控制技术相关知识融合其中，如浙江经济职业技术学院虚拟校园实训平台（EVC）本身具有的强大的开发工具可以供计算机类学生一个非常优秀的建模及动画设计实训平台，通过平台可以实时展现学生实训设计作品并进行评价。而其脚本语言一林登脚本语言（LSL）的语法和PHP类似，方便师生掌握，可供学生进行程序设计课程实训，并能和建模成果结合提供良好的展现平台。

3.沉浸类实训学习探索与思考

对于语言类和导游类的实训教学，虚拟实景有着非常大的优势，自由，安全，廉价都有着其他实训难于达到的优势；同时，如能结合增强现实（AR：Augmented Reality）的应用，则会有更好的用途和实现效果，能实现更多实际实训无法达到的效果并提供用户良好体验，并能拥有良好的社会效益和经济效益。

4.模拟仿真类实训学习探索与思考

在EV实训平台的实践探索过程中，我们也发现如对于一些机械类和汽车类这样的机器模拟、仿真类实训教学中，这类模拟仿真类实训教学更要求的是一个“真”而对师生互动要求不高，所以更适合分专模式三维实训教学模式，更有利于师生用户聚焦操作与模拟仿真，并利于对专用设备的实训实验数据采集分析。

六、基于三维虚拟现实的实训教学模式展望

随着国家教育信息化十三五规划和浙江省高等教育“十三五”发展规范都提出深化信息技术与教育教学、教育管理融合发展.特别是如浙江省高等教育“十三五”发展规范提出全面推进智慧教育，建设浙江省高校虚拟仿真实验实训平台的规划提出，虚拟实训教学模式必将是“十三五”建设期间的明星技术和产业，特别是随着AR技术MR技术的火爆与日趋陈述，开发成本的降低，开发模式的成熟，基于三维虚拟现实的实训教学模式必将快速进入各个学校、各位老师和同学的实训环节，在實际使用和开发中，必须要注意的是：1、开发模式的选择，基于三维现实的实训教学模式并不成熟，采用什么方式，如何与实训教学环节向匹配，更好的突出实训教学目的，以便学生真正掌握实训技能，缩短实际实训间隙是首要选择因素。2、实训教学设计是三维虚拟现实实训教学的根本，脱离了具体教学环节的设计，则任何技术都是无本之木，无源之水，不能为建而建，毕竟基于三维虚拟现实的实训教学模式费用并不低，需要有所区分和筛选。3、需要结合物联网和大数据技术。任何实训教学设计脱离了数据，则对于教师来说是无法掌握学生实训教学的实际情况的，对于学生自我实训的反馈也是不利的，所以我们在基于三维的虚拟实训教学模式设计中，注重以大数据的视角去开发、设计相关实训教学，同时注重物联网技术的应用，以数据化管理为控制环节去管理实训教学，则能带来更好的实训教学效果，对于学生自我实训与学习也能带来更好的效果。