虚拟现实技术在航海技术专业实训教学中的运用

赵越

虚拟现实技术是对教学模式的一种全新尝试，通过设计虚拟现实的场景，重视学生在课堂上的主体地位，力求让学生真正参与到课堂教学过程中。应用在航海技术专业中，虚拟现实技术有利于培养学生的综合素质，提高教学质量。我通过分析在航海技术专业实训教学中应用虚拟现实技术的必要性，进一步探究了怎样将虚拟现实技术具体应用在实际教学过程中，以期为航海技术专业以及其他相关专业的实训教学模式提供参考。

虚拟现实技术指的是使用虚拟技术模仿抽象复杂无法讲解的情景，学生可以利用虚拟现实技术的可视性学习专业知识。如今虚拟现实技术已经应用在多个领域，包括军事演习、建筑设计、航空工程等。在西方等许多发达国家，虚拟现实技术已经被广泛应用在教学过程中。

一、在航海技术专业实训教学中运用虚拟现实技术的必要性

在目前传统的航海技术专业教学模式下，要想让学生实际掌握专业知识和技能，就必须进行实训练习。然而，因为航海技术专业的特殊性，这要求学校配置大量专业设备，由于这种专业设备成本大、价格昂贵，所以这种实训方式并不切实际。另外，科学技术随着时代的不断发展而进步，学校购买的固定专业设备很难满足时代进步的要求，在传统的实训教学模式下存在巨大的安全隐患。这种常用的教学方法实际上并不能完全保证学生的安全，容易导致实验室发生事故。航海专业技术的实验室操作与高电磁、高电压、高辐射有着密切联系，另外还有电气相关设备，把学生的人身安全置于一个不安全的境地。

虚拟现实也称作virtual reality，是利用虚拟技术和计算机互联网技术把实际不存在的场景制成在眼前的虚拟场景的一种先进技术。虚拟现实技术包含计算机显示、图像、传感等技术，是计算机在新领域的应用，适合时代发展的要求。

第一，虚拟现实技术和传统的教学模式相比具有教学效率高、安全指数高、教学成本低等特点，利用软件以及技术进行虚拟场景的模拟，通过鼠标、语音与设备进行信息传输，保障了教师以及学生在教学过程中的人身安全。另外，学生的错误操作也不会对昂贵的设备造成影响，节约了教学成本。

第二，虚拟现实技术可以改善教学质量、提高教学效率。虚拟现实设备与传统设备相比具有便捷轻便的特点，利用虚拟技术和计算机技术对航海有关的场景进行模拟，将完全接近现实的场景呈现在学生眼前，可以加深学生对专业技能的印象，让学生更好地理解实际操作的步骤。

第三，运用虚拟现实技术进行实训教学可以大大节约教学成本。学校节省了更新换代大型设备的成本，使用虚拟现实技术后，在更新换代的时候只需要对相应的软件模块进行改写，硬件设备也可以使用很多年，在节约成本的同时实现了资源的可持续利用。

第四，我国作为一个航运大国，在世界航运中的地位越来越重要。但与发达国家相比，我国的航运人才培养还存在一定的局限性，具有一定的差距，造成这种现状的原因主要是实训手段以及条件的落后，实训教学未达到理想水平。为了更好地建设世界航运强国，必須培养具有市场竞争力的航运人才，重视航海技术专业的实训教学，适应我国航运建设的需要。传统的教学模式已经很难满足航海技术人才的需要，时代要求必须使用更合理科学的方式培养航海技术人才。虚拟现实教学为实现教学目标提供了一种全新的手段和方式，满足了世界航运业的迅速发展。

二、虚拟现实技术在航海技术实训教学中的具体应用

虚拟现实技术主要由电脑主机、3D显示器、软件系统三大部分组成：首先是一台具有大内存和较高运转速度的电脑主机。在航海技术实训教学过程中，必须对专业设备的部件进行分离后再组合操作，创造与实际相同的虚拟场景，另外需要对虚拟部件和设备进行旋转、移动、细节放大等相关操作，所以计算机的主处理以及图形处理相关芯片必须具备高强度的处理能力；其次是一台清晰度高的3D显示器。3D显示器在显示实物方面不可以有色差，而且要加速显示2D、3D图像；尽量采取表面声波触控技术，防止频繁使用而造成屏幕破碎；最后是软件系统。软件系统要体现专业设备开关以及按钮等每个元件的特点和细节，对各项操作的正确或错误及时给予反应：正确操作，比如回波明显、天线旋转、电机运转等；错误操作，比如温度失常、设备异响、电机停止运转等。教师讲解专业知识或技能，利用触屏、语音等进行一键迅速操作，展示3D图像动画。此外，软件系统必须具有可移植性、适应性等良好特性，可以在Window7或10的操作系统下以正常速度运行，能够适应航海技术专业发展、设备更新换代的要求。

（一）课堂教学

课堂教学，是实际应用虚拟现实技术的主战场。在航海技术专业的实训教学模式中，虚拟现实技术的应用主要体现在以下几个方面：第一，船体构件等航海设备的立体展示。船体是应用航海技术的基础和前提，学生必须掌握锚、舵叶、螺旋桨等船体部件，教师可以利用多媒体投影仪技术展示实物状态，或者利用计算机的3dsMAX等三维造型及动画软件构建模型，以VRML格式进行储存，后面可以在NRML播放器中使用，另外，也可以使用QUICKTIMEVR等。教师可利用计算机三维技术创造一个立体动感的教学环境，激发学生兴趣；第二，航海虚拟教学场景的建立，指的是建立在历史或现实中存在的空间。利用虚拟现实技术，能改变传统教学的局限性，建立教学立体空间，构造航海虚拟场景，体现航海技术的实际应用。

（二）实验教学

航海模拟器已经应用得越来越广，包括船舶作业、航海操舵模拟器的应用。通过实验教学，能让学生熟悉使用四大设备驾驶虚拟仿真模拟器，主要包括GMDSS、雷达、EC-DIS、船舶操纵模拟器，为以后航海工作奠定扎实的基础。教师要利用航海模拟器创造一个逼真的视觉场景，让学生进行操舵训练、英语口语训练等。

通过实验教学，把航海具体过程与教学情景有机联系起来，能让学生实际感受驾驶台操作、船舶间靠离泊、船舶操纵等过程。教师要注意在实验过程中充分激发学生的主观能动性，这样有利于提高航海技术教学效果，让学生真正掌握知识。另外，利用虚拟现实技术进行教学不仅保证了学生的人身安全，还可以反复循环练习。

在建设航海船舶实验室的时候，同时可以使用显卡虚拟化技术建造网络实训平台，提升教学效果，节省教学成本。在上文提到的实验教学中，一个至关重要的内容就是构建船舶结构模型，一方面要保障教学质量，另一方面要简化模型，降低硬件要求。教师可以使用Multigen Creator构建仿真的实时三维模型，构建完成后，可使用 Unity3D驱动引擎，利用VR展现出来，提高真实感。通过使用显卡虚拟化技术，可以在网络上拓展实训教学，促进移动PC端或移动端的交互操作。

我国有着深远的航海业发展历史，在世界上是一个航运大国，如何培养航海业素质人才是一直被重视考虑的问题。虚拟现实技术给航海技术教学注入了新的活力，推动了教学模式的变革。随着不断实践和积累经验，虚拟现实技术在航海教育中会越来越普及，为我国培养航海专业人才做出贡献。

（责任编辑 林 娟）