寧金 葉裴琴 容慧

摘 ?要 高職院校實(shí)訓(xùn)教學(xué)受場(chǎng)地、設(shè)備、經(jīng)費(fèi)、師資等因素的限制，導(dǎo)致教學(xué)與生產(chǎn)崗位技能脫節(jié)。分析高職實(shí)訓(xùn)教學(xué)現(xiàn)狀及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于職業(yè)教育的意義，提出一種基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的電子技術(shù)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)，以解決傳統(tǒng)教學(xué)中實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源匱乏的難題。

關(guān)鍵詞 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù);實(shí)訓(xùn)教學(xué);電子技術(shù);高職院校

中圖分類(lèi)號(hào)：G712 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2019）16-0115-03

Application of Virtual Reality Technology in Electronic Tech-nology Training Teaching in Higher Vocational Colleges//NING Jinye， PEI Qin， RONG Hui

Abstract In view of the fact that the practical teaching in higher vocational colleges is limited by the factors of site， equipment， funds and teachers， which leads to the disconnection between teaching and production post skills， this paper analyses the significance of

applying virtual reality technology to practical teaching in higher vocational colleges， and constructs a virtual simulation teaching plat-

form of electronic technology based on Virtual reality technology， in

order to overcome the problem of lack of practical teaching resources

in traditional teaching..

Key words virtual reality technology; practical teaching; electronic technology; higher vocational colleges

1 引言

1989年，美國(guó)VPL公司創(chuàng)建人拉尼爾正式提出虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，簡(jiǎn)稱(chēng)VR）的概念，隨后引發(fā)虛擬現(xiàn)實(shí)相關(guān)理論與技術(shù)的研究熱潮。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、場(chǎng)景生成技術(shù)的飛速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展也是日新月異，以微軟、Facebook、HTC等為代表的科技企業(yè)引領(lǐng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在全球眾多行業(yè)中取得突破性進(jìn)展[1-2]。

高職實(shí)訓(xùn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)崗位技能的重要手段，因此，高職院校越來(lái)越重視實(shí)訓(xùn)教學(xué)，但是受場(chǎng)地、設(shè)備、經(jīng)費(fèi)和師資等因素的限制，導(dǎo)致實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際職業(yè)崗位要求脫節(jié)，難以滿足企業(yè)的崗位技能要求[3]。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與高職教育相結(jié)合，可以為學(xué)生提供一個(gè)全新的虛擬空間，讓學(xué)生通過(guò)外圍設(shè)備參與到虛擬空間中，并在其中學(xué)習(xí)如何使用特定的機(jī)器設(shè)備與處理各種實(shí)際問(wèn)題，讓學(xué)生以主角的感念存在于各個(gè)學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，并產(chǎn)生一種身臨其境的感覺(jué)，從而有效改善高職實(shí)訓(xùn)教學(xué)的現(xiàn)狀。因此，依托現(xiàn)有的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來(lái)解決高職實(shí)訓(xùn)教學(xué)的關(guān)鍵問(wèn)題，具有非常重要的意義[4]。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能、傳感器、場(chǎng)景生成等技術(shù)為核心，通過(guò)虛擬交互環(huán)境構(gòu)建出一個(gè)虛擬的空間供學(xué)生進(jìn)行體驗(yàn)。學(xué)生使用特定的外圍設(shè)備如鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、頭盔、數(shù)據(jù)手套等，與虛擬環(huán)境中的對(duì)象進(jìn)行交互，如同置身于一個(gè)具有視、聽(tīng)、觸覺(jué)的逼真的感官世界中，從而產(chǎn)生與置身真實(shí)環(huán)境中相似的感受與體驗(yàn)。此外，學(xué)生在虛擬的環(huán)境中不僅可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立自主的學(xué)習(xí)，還可以充分發(fā)揮主觀創(chuàng)新性，模擬真實(shí)場(chǎng)景完成實(shí)訓(xùn)內(nèi)容。游戲般互動(dòng)體驗(yàn)與沉浸體驗(yàn)使得學(xué)生在輕松的氛圍下學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)知識(shí)與技能，極大地提升了學(xué)習(xí)的興趣和教學(xué)質(zhì)量[5]。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與職業(yè)教學(xué)相互融合，主要可以達(dá)到兩個(gè)方面的效果：其一，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以將教學(xué)中復(fù)雜的、難以體驗(yàn)的知識(shí)與技能點(diǎn)通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)進(jìn)行逼真模擬，從而實(shí)現(xiàn)重難點(diǎn)的突破;其二，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)改變了傳統(tǒng)的單向教學(xué)模式，使高職實(shí)訓(xùn)教學(xué)向交互與沉浸體驗(yàn)的雙向教學(xué)模式轉(zhuǎn)變[6]。

3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

國(guó)外研究者在21世紀(jì)初就開(kāi)始研究基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)，且取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展與成果[7]。

美國(guó)Central Florida大學(xué)開(kāi)發(fā)的VSL虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室借助計(jì)算機(jī)技術(shù)與仿真技術(shù)，可以大幅度提高計(jì)算機(jī)圖形的清晰度，并改進(jìn)使用過(guò)程中的人機(jī)交互設(shè)計(jì)。近年來(lái)，該實(shí)訓(xùn)室的研究者正在從事虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的技術(shù)開(kāi)發(fā)等相關(guān)工作，并在虛擬環(huán)境的通信技術(shù)、并網(wǎng)計(jì)算技術(shù)與實(shí)時(shí)仿真技術(shù)方面取得豐碩的研究成果[8]。

澳大利亞RMIT大學(xué)開(kāi)發(fā)的熱學(xué)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室將傳統(tǒng)的預(yù)測(cè)—觀察—分析教學(xué)方法與現(xiàn)代信息技術(shù)相互結(jié)合，開(kāi)展熱傳遞過(guò)程的教學(xué)。該方法一方面讓學(xué)生自主地參與到實(shí)訓(xùn)教學(xué)中去，另一方面更利于教師掌握學(xué)生面臨的困難。這種人機(jī)交互的實(shí)訓(xùn)教學(xué)方式，不僅幫助學(xué)生理解了相對(duì)抽象的理論概念，也幫助教師突破了教學(xué)的難點(diǎn)。

加拿大Victoria大學(xué)開(kāi)發(fā)的電子電路虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室，可以完成電子線路的設(shè)計(jì)、裝調(diào)和調(diào)試任務(wù)，為學(xué)生提供了一交互式學(xué)習(xí)的虛擬環(huán)境。值得一提的是，該實(shí)訓(xùn)室的實(shí)訓(xùn)仿真平臺(tái)不僅支持獨(dú)立程序的應(yīng)用，而且支持瀏覽器的訪問(wèn)[9-10]。

我國(guó)在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)方面的研究起步較晚，因此，國(guó)內(nèi)關(guān)于虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室的研究并不多見(jiàn)，但是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與教育結(jié)合已經(jīng)成為企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。2008年，我國(guó)成立第一個(gè)國(guó)家級(jí)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)訓(xùn)室，其中標(biāo)志性的成果就是成功研制了三維圖形平臺(tái)BH-GRAPH，它融合了建模、布景、繪制三大實(shí)時(shí)功能，技術(shù)水平處于國(guó)際領(lǐng)先地位。國(guó)內(nèi)從事虛擬現(xiàn)實(shí)教育領(lǐng)域開(kāi)發(fā)的企業(yè)主要有百度、網(wǎng)易等互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)及蘭特、黑晶等創(chuàng)新型企業(yè)。此外，國(guó)內(nèi)以清華、北航、北師大為代表的高校也著手布局虛擬現(xiàn)實(shí)教育領(lǐng)域，主要產(chǎn)品有VR超級(jí)教室、VR課堂、VR圖形平臺(tái)等[11]。

4 基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施

在現(xiàn)有的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合電子技術(shù)課程的教學(xué)需要，構(gòu)建基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的電子技術(shù)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)，主要包含以下幾個(gè)方面的工作。

電子技術(shù)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)的教學(xué)模式與教學(xué)體系設(shè)計(jì) ?采用虛實(shí)結(jié)合的實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式替代傳統(tǒng)的以教促學(xué)實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式。具體實(shí)施方面，首先，通過(guò)構(gòu)建虛擬的學(xué)習(xí)情境，使學(xué)生置身于高度逼真的工作環(huán)境與工作崗位上，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與效率;其次，針對(duì)虛擬課堂教學(xué)，改革現(xiàn)有的教學(xué)組織形式，實(shí)施以學(xué)生為主體的交互式體驗(yàn)教學(xué)形式;最后，同步完善實(shí)訓(xùn)室硬件與軟件設(shè)施，通過(guò)現(xiàn)代化的通信與計(jì)算機(jī)技術(shù)，將單個(gè)的實(shí)訓(xùn)室變成數(shù)據(jù)與資源共享、使用方便合理的現(xiàn)代化虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室。

合理搭建電子技術(shù)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái) ?高職院校在構(gòu)建電子技術(shù)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)時(shí)要充分考慮：實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的建設(shè)要符合高職院校人才培養(yǎng)目標(biāo)與企業(yè)生產(chǎn)崗位環(huán)境，可以逼真地反映課程實(shí)訓(xùn)內(nèi)容;采用高職院校和企業(yè)共建的方式完成實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的建設(shè)，確保實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容與企業(yè)崗位直接對(duì)接;實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的主體模塊包括資源庫(kù)模塊、學(xué)習(xí)模塊、虛擬訓(xùn)練模塊和評(píng)價(jià)模塊;適當(dāng)?shù)卦黾犹摂M實(shí)訓(xùn)內(nèi)容的趣味性，比如采用游戲闖關(guān)的方式提升學(xué)習(xí)的樂(lè)趣;實(shí)訓(xùn)結(jié)束后，學(xué)生與教師均可以通過(guò)評(píng)價(jià)模塊進(jìn)行自評(píng)、互評(píng)和教師評(píng)價(jià)，通過(guò)總結(jié)反饋內(nèi)化知識(shí)與技能點(diǎn)。

電子技術(shù)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)的技術(shù)實(shí)現(xiàn) ?技術(shù)方面，虛擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)采用工具軟件Autodesk 3ds Max 2010構(gòu)建模型庫(kù)，采用C++編寫(xiě)3D圖形和模型庫(kù)，系統(tǒng)平臺(tái)采用Studio 6.0編程平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)，交互設(shè)計(jì)采用Open GL來(lái)完成。電子技術(shù)虛擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)由四個(gè)部分構(gòu)成，即實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)模塊、虛擬學(xué)習(xí)引擎模塊、通信模塊和教學(xué)資源庫(kù)模塊。平臺(tái)的系統(tǒng)框架如圖1所示。

改革傳統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)教師管理體制和隊(duì)伍結(jié)構(gòu) ?實(shí)訓(xùn)教師是整個(gè)教學(xué)活動(dòng)的主導(dǎo)者和實(shí)施者，他們的專(zhuān)業(yè)水平、綜合素質(zhì)和職業(yè)技能直接影響虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)的開(kāi)展程度。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于高職院校實(shí)訓(xùn)教學(xué)，既需要掌握現(xiàn)代教學(xué)方法，又需要將虛擬技術(shù)與專(zhuān)業(yè)知識(shí)相結(jié)合的專(zhuān)業(yè)骨干教師，因此對(duì)專(zhuān)業(yè)教師提出更高的職業(yè)要求。專(zhuān)任教師不僅要熟練掌握虛擬平臺(tái)的操作方法，能夠自主開(kāi)發(fā)、更新和完善虛擬平臺(tái)，還需要經(jīng)常深入企業(yè)一線進(jìn)行實(shí)踐鍛煉，將企業(yè)的工作特征無(wú)形地融入教學(xué)情境之中，從而搭建虛擬實(shí)訓(xùn)和現(xiàn)實(shí)之間的橋梁。

5 結(jié)語(yǔ)

采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)，主要有六個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)：空間可視化，即行業(yè)應(yīng)用真實(shí)場(chǎng)景1：1還原，真實(shí)展現(xiàn)行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景;操作互動(dòng)性，即設(shè)備安裝融合應(yīng)用場(chǎng)景，增強(qiáng)了互動(dòng)性;資源可拓展，即空間和設(shè)備的模型可拓展，實(shí)訓(xùn)內(nèi)容多樣化;深度交互，即可移動(dòng)空間操作設(shè)備，多種場(chǎng)景切換交互;沉浸體驗(yàn)，即人與虛擬空間深度融合，視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、感覺(jué)沉浸體驗(yàn);創(chuàng)意構(gòu)想，即廣闊想象空間，虛擬無(wú)限可能，激發(fā)創(chuàng)意。

本文將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)引入高職實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，并以電子技術(shù)課程的實(shí)訓(xùn)教學(xué)為例，搭建電子技術(shù)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)。運(yùn)用該平臺(tái)去協(xié)助電子技術(shù)課程的實(shí)訓(xùn)教學(xué)，通過(guò)VR虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)平臺(tái)，可以讓學(xué)生獲得深度交互與沉浸體驗(yàn)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣、上課的積極性和主動(dòng)性，改善教學(xué)效果。

此外，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，讓學(xué)生在一系列虛擬場(chǎng)景中模擬實(shí)操練習(xí)，掌握電子技術(shù)基本理論和技能。不僅可以解決傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中資源匱乏的難題，還可以緩解當(dāng)前日益增長(zhǎng)的教學(xué)需求與教學(xué)資源不足之間的矛盾。因此，推廣虛實(shí)結(jié)合的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)具有非常重要的意義，在不增加大量設(shè)備、資金和師資投入情況下，可以達(dá)到更好的教學(xué)效果。

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