虚拟现实VR技术在实训教学中的创新应用

李舒明

福建船政交通职业学院，福建 福州 350007

近些年来随着教育产业结构的大幅度改革，院校的实训教学模式亦需改变其原来的单一模式和片面结构化，为社会培养集理论知识与实训经验于一身的高技能人才。但是我国目前的人才培养基地仍较为匮乏，教育模式的落后和教学手段的单一都极大地限制了人才培养的教学进程。在传统教学模式仍然占据课堂主流之时，学生依旧游离在教学课堂之外，在教学过程中学生的主体地位仍处于较为薄弱的状态，体现在学生无法将学习与现实生活、理论与能力结合起来，学习的压力亦不能转变为学习动力。

培养学生的实践与应用能力需要大量的技术理论知识作为储备，但不可否认的是，切切实实的实训经验才是培育应用型人才的重要手段。若要减少单一、低效的教育模式对学生带来的消极影响，创设适宜的教学情境及营造想象和思辨的空间，必须改革教学模式，引进先进的信息技术，如虚拟现实VR技术。据全球VP教育市场预测，在2017—2025年间，虚拟现实技术在教育市场所占的份额比重将越来越大，增长率由2017年的-40%到2025年的120%，逐年递增，由此可看出虚拟现实技术的重要性及发展的潜能空间，如图1所示。

图1 2017—2025年全球VR教育市场规模预测

1 虚拟现实技术的定义

“虚拟”是指在应用计算机生成，“现实”是指理论上所存在的任何一种事物或环境，既包含可生成的情境，又包含不可实现的过程或成果[1]。虚拟现实(Virtual Reality，可称为VR)，别名为临境技术，是一种将多媒体应用软件、传感技术与仿真技术相互融合的应用型交互环境。细分开来，则是指应用计算机软件生成试听触等感官于一体的虚拟环境，学生可借用特定的设备，选用适宜的方式与虚拟世界里的人物进行交流，强化双方的积极相互影响，从而体验到身临其境的感受。但是虚拟现实技术并非只是特指头戴显示器等传感装置的技术，而是包含其他可营造出自然逼真的用户体验的科学技术。

2 虚拟现实技术的基本结构

目前所有开发出的虚拟现实技术都具备以下五个核心部分：虚拟世界、VR系统、虚拟现实技术、计算机应用软件、输入与输出设备，如图2所示。这五个基本结构构建了交互的虚拟现实世界，学生在使用虚拟现实技术学习时可通过任何一个角度检测虚拟对象，其中可观察的对象一般包含着多维角度和环境的信息资源库；虚拟现实系统可提供即时观测与参加虚拟世界的机会；输入设备一般被用来观察与构建虚拟空间，如鼠标、追踪器等；输出设备可清晰的显现出当前情况下的实体视图，如头戴显示器与头盔等。

图2 虚拟现实技术的基本结构

3 应用虚拟现实技术的实训教学要求

3.1 创设情境

实训教学的核心教育理念便是提高学生的实践基础能力，并开展其职业发展所需的各项技能要求的教学活动，但是职业能力的培养却是需要教师创设适宜的情境。在虚拟现实实训教学过程中，教师可利用虚拟现实软件及其他多媒体辅助教学工具，将以往的“教师一言堂”转变为师生互动交流的有机教学模式。在授学时教师可将高数和有机化学等理科类的公式、定理及概念等形象化的知识点，用教学软件转换成学生可接受的具体化的讲解模式，并将复杂化的操作流程、实验与实践等学习任务简单化，有助于学生充分理解、记忆晦涩的知识点，提高其思维能力。

3.2 案例分析

与课堂教学不同的是，实训教学注重将教学知识点与实际生产以及学生未来的职业岗位要求相结合[2]，并在具体的实践教学活动中构建相关的知识体系，表现出与教学情境有关联的、确定的职业知识，最后培养出学生的实训能力。虚拟现实实训教学应用软件可围绕学生的各项综合能力与个性化需求为基础内容，因此教师在授课时应组织学生进行VR技术基本内容的案例分析讨论，学生在对代表案例进行细致与统一的认识与探讨后，可从中学习总结出具体实战的操作技巧与方法。学生在对实训模式进行整体的了解后，会在头脑中建立起职业实践间的具体联系，并有意识地提高自身的实践能力。

3.3 趣味教学

虚拟现实教学因其具备灵活多变的教学方法、教学过程中的有效情境、内容的“以假乱真”性及应用技术的科学性，使实训教学拥有极大的趣味性。趣味性的教学课堂，既符合学生的心理年龄与行为差异的需求，亦是现代教育的重点教学要求之一。而开展趣味性虚拟教学的关键因素在于学生的课堂配合及积极参与程度，这就对虚拟教学实训技术提出更高的要求，与此同时在应用实训软件时，不可只进行单纯的与教学内容无关的庸俗娱乐。

4 虚拟现实技术在实训教学中的作用分析

4.1 虚拟现实技术在汽车维修教学上的应用

虽说我国已经进入了全面信息化的教育时代，但是多数国民对计算机的认知仍停留在简单操作上，汽车维修专业的学生亦是如此。为培养更多汽修专业的人才，教师在开展实训教学活动中可将虚拟现实技术应用到教学中，让学生沉浸在声音和动画交互的虚拟世界中，开拓自身的学习思维能力。比如多数汽修专业的学生难以充分掌握汽车的维修与发动机构造课程内容，此时教师便需应用到虚拟现实技术设备。通过ADAMS等软件演示对柱塞系统选取零部件安装的方式后，学生可在虚拟世界中看到或是感受到尺寸大小对柱塞系统的影响作用，由此增强自身对发动机装置和构造的深层次认识，便于在实践中掌握好汽车内部零件的知识，从而将理论与实践相结合。

4.2 虚拟现实技术在船舶教学上的应用

在以往的船舶教学中，教师主要采用图片示例、实物展示和动画播放软件等方式穿插教学，但是这些教学方式都存在着一定的缺陷，无法让学生直观地感受到船舶的具体构造，从而导致学生在此学习方面上的困难。对此，教师可在开展实训教学活动中引进虚拟现实技术，并借助3dxmas建模，为学生构建实物仿真类的三维船舶物体，除此之外亦可采用计算机的模拟技术模拟船体结构，如图3。如此可有效地解决船舶空间的细节部分难以展示的教学困难，学生可从各个角度出发观看虚拟世界中的模拟船体细节部分，在动感和有趣的学习环境下学好专业知识。

图3 虚拟现实技术下的船体空间结构

5 结语

综上所述，在我国的实训教学过程中，虚拟现实技术已起到不可或缺的作用，其在提高学生的学习兴趣、综合能力、职业素养能力、实践操作能力等方面有着重要的影响力。现如今虚拟现实技术具备鲜明的教学特色，展现出不凡魅力，相信其必定可为我国的实训教学开拓新的教育长河，谱写培养高素质、高技能的应用型人才的新格局，开启新的高效教学模式的新篇章、新未来。