VR虚拟现实仿真技术融入职业教育实训教学模式探究

2021-04-03翟峻

中国设备工程 2021年11期

翟峻

（甘肃钢铁职业技术学院，甘肃嘉峪关 735100）

VR虚拟现实仿真技术在职业教育实训教学中有着突出性优势，不仅能够在无实训设备的条件下设置虚拟的实训教学，培养学生的专业技能，还可以将抽象、复杂的教学内容通过直观的图像形式进行展现，化繁为简，更便于学生的理解和掌握。基于VR虚拟现实仿真技术对职业教育实训教学的推动和辅助作用，广大职业技术院校应该对此予以高度重视和关注，并将其广泛应用于实训教学中，推动专业实训教学模式的改革和创新，是职业教育发展中的重要转折点。

1 VR虚拟现实仿真技术的概念

简而言之，VR虚拟现实仿真技术是基于互联网信息技术基础上的综合性智能技术，以计算机仿真系统为依托，结合用户需求，设置相应参数，将抽象、静态的信息通过VR技术处理创建出动态的立体画面，为使用者呈现出仿真实体行为的情境，感受身临其境的虚拟仿真世界，能够全身心地沉浸其中。随着现代信息技术的改革与发展，职业教育实训教学模式也在不断创新，VR虚拟现实仿真技术的融入不仅改善了传统实训教学因资金有限、产地、设备不足等因素造成的困境，还通过仿真情景化教学让学生在虚拟实践过程中能够将所学理论知识融会贯通，真切体会到实训教学所强调的实践动手能力以及解决问题的逻辑思维等，培养学生的综合素养，能有效提升教学效果。VR虚拟现实仿真技术起源于20世纪末期，截至现在，发展不过数十年，还有很多地方需要进一步完善，但其创设的仿真虚拟情境，栩栩如生，十分逼真，让人身临其境，其所营造的虚拟环境和感知具有较强的交互性、感知性和自主性，是目前其他现代化技术手段所达不到的效果。尤其是对于智能制造专业群实训教学而言，如电气自动化、机电一体化、机械设计与制造、工业机器人等相关专业，VR虚拟现实仿真技术的应用可以融合实训教学需求，构建实训教学相关的虚拟实训工作任务、虚拟工厂等虚拟与现实交互式的实训环境。

2 我国职业院校实训教学人才培养现状

实训是职业教育中的重要教学环节，需要结合相关专业岗位能力需求和专业人才培养规律和目标，在专业标准范围内积极开展学生技能教学和训练。实训课程的开设效果将直接影响专业人才专业知识、技能水平、创新精神、职业素养等综合能力的培养。随着职业教育的深入改革与发展，实训教学在职业院校人才职业教育培养中的课时比例不断提高，职业院校也开始大力建设、完善和改进实训基地。然而，在实际开展实训教学课程中，因多方面因素的限制和影响导致课程开展教学并未达到预期。首先，由于资金缺乏，各地区职业教育发展水平参差不齐。部分经济困难地区虽然已经充分认识到实训教学的重要性和独特价值，但是，由于缺乏资金支持，导致实训课程迟迟无法真实开展。还有部分职业院校有一定的经济基础并投入建设了实训基地，但是，随着技术的发展和更新，实训设备的后期维护和消耗较大，造成了严重的资金压力。其次，实训教学具有一定的危险性，尤其是智能制造类专业实训环节，学生的人身安全缺乏保障。

3 VR虚拟现实仿真技术融入实训教学的优势

与传统实训教学相比，将VR虚拟现实仿真技术应融入职业教育实训教学，在教学模式和人才培养上有着明显优势，主要如下：

（1）效率高，投资少，更新快。VR虚拟现实仿真技术通过计算机仿真系统构建了虚拟与现实交互的实训环境，由于是人工智能系统的自动调制，其精确度较高，与传统实训器材人工调式相比，发生意外及突发事件的概率相对较低，所以虚拟设备运行效率比实际安置的设备器材运行效率要更高。同时，VR虚拟现实仿真系统的建立资金只需实际实训基地建设的几十分之一，前期资金投入较少，并且随着器械设备的改革和更新，VR虚拟现实仿真技术只需在原有基础上进行技术更替，与实际实训基地的设备更新相比，资金消耗大幅度降低。

（2）消耗低，应用范围广，无地域限制。VR虚拟现实仿真技术是以互联网为媒介，通过仿真系统构建虚拟实训环境，只需要定期对互联网设备及虚拟仿真系统进行维护和更新，在实训过程中能耗消费较低。即使出现突发状况也能及时得到解决，并不会对实训课程造成影响。除此之外，VR虚拟现实仿真技术在实训教学中应用范围极广，不仅能够突破现实难题，解决当前实训困境，提高操作安全性，还可以应用于难度较小的实训项目，通过虚拟仿真训练培养学生的实操能力，减少实训基地资源投入，可以将更多的资金投放到有挑战性的实训项目中。

（3）灵活性好，难度较小，更加生动形象。与传统实际实训相比，VR虚拟现实仿真技术的灵活性更强，对于实训过程中的重难点可以通过人为设置记录下来，并反复进行演练，同时，还可以根据每位学生的需求自主调试虚拟仿真系统的运行速度，因人而异地安排适宜的实训内容，提高学生的操作能力。VR虚拟现实仿真技术的应用使职业教育实训课程教学不再枯燥、单一，通过与多媒体的完美融合，将复杂、机械的操作内容变得更加生动、形象，富有情趣，可以有效激发和调动学生的学习积极性。

4 VR虚拟现实仿真技术融入实训教学的方式

随着信息技术的更替发展，“虚拟现实+人工智能”的VR虚拟现实仿真技术改善了实训教学的困境，改革了专业人才培养模式，主要包括以下两个组成部分，即硬件设备和软件环境。

（1）硬件设备。VR虚拟现实仿真技术可以让学生在虚拟环境中感知到听觉、视觉及触觉，需要在实训过程中为了能够有更清晰的沉浸式感知，需要借助视觉现实设备、感知设备、交互设备等各类虚拟现实硬件设备。

（2）软件环境。由于VR虚拟现实仿真技术的专业性，应采用校企合作共建虚拟仿真实训平台，基于B/S和C/S网络协议下实现了企业与学校之间数据共享，可以将其中一方收集的信息实时传输到另外一方，完善数据管理。虚拟仿真实训平台应包含教学资源库、教学管理平台、课件制作平台等方面，使教师能够通过平台完成学习进度跟踪管理、考核等实训教学环节；学生通过平台能够课堂学习、在线实训操作、课后实训考核等方式完成实训学习环节，同时，学生可以通过PC或手机APP方式接入平台网络系统进行实训学习，学生可以不受限制地参与实训教学过程中。

5 应用案例分析

以甘肃钢铁职业技术学院2019年完成的智能制造实践中心柔性生产线建设与VR虚拟仿真实训系统建设项目为例，该项目通过智能制造柔性生产线、柔性生产线VR虚拟仿真教学实训室、柔性生产线VR虚拟仿真教学平台、智能制造柔性生产线教学资源包等子项目建设，利用VR虚拟现实仿真技术辅助实训教学有效改善原来实训教学面临的设备昂贵、场地有限、工位不足、实训安全等方面问题，同时通过校企融合分析智能制造人才需求，精准定位职业能力，建立融入式人才培养模式，对智能制造专业课程体系进行基于虚拟仿真实训教学模式的重构等方式，将柔性生产线VR虚拟仿真教学融入智能制造专业集群各专业实训教学环节，提高学生专业实际操作能力、创新创造能力、团队协作能力，进而促进学生综合实践素质的提升。