*方 卉
(寧夏工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院 寧夏 750021)
十九大報(bào)告指出,中國(guó)已進(jìn)入新時(shí)代,而以虛擬現(xiàn)實(shí)為主的信息化教學(xué)模式必將成為新時(shí)代信息化教學(xué)模式改革的重要方向。借助VR技術(shù)(Virtual Reality)可將以書(shū)本、黑板為載體的傳統(tǒng)教學(xué),以PPT、微課等為載體的多媒體,直接推向沉浸交互式體驗(yàn)教學(xué)。
近年來(lái),科技、5G的快速發(fā)展、職業(yè)教育的利好政策,都為“VR+教育”在職業(yè)教育領(lǐng)域奠定了良好的資源與技術(shù)基礎(chǔ)。2022年2月教育司司長(zhǎng)陳子季指出,為了更好滿足因產(chǎn)業(yè)升級(jí)和經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整對(duì)技能人才的需求,可以根據(jù)專業(yè)教學(xué)要求,推出模擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)境;在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)安排困難或危險(xiǎn)性高的專業(yè)領(lǐng)域,開(kāi)發(fā)替代性虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng);針對(duì)教學(xué)中難以理解的復(fù)雜結(jié)構(gòu)復(fù)雜運(yùn)動(dòng)等,開(kāi)發(fā)仿真教學(xué)軟件等[1]。通過(guò)職業(yè)數(shù)字化教育的建設(shè),VR技術(shù)已廣泛的應(yīng)用在職教的很多領(lǐng)域。在中國(guó)知網(wǎng)中,以“VR”為關(guān)鍵詞在主題類一共可搜索到22,256條文章,以“VR+教育”為關(guān)鍵詞在主題類得到886條結(jié)果,其中VR技術(shù)廣泛應(yīng)用在紅色文化、檔案展覽、新聞傳播、傳媒影視、電子工業(yè)、醫(yī)學(xué)、機(jī)械、建筑、旅游乃至學(xué)前教育等多學(xué)科領(lǐng)域。以“化工職業(yè)教育”為關(guān)鍵詞得到10條結(jié)果,其中主要是素質(zhì)教育、道德培養(yǎng)等內(nèi)容。在其基礎(chǔ)上繼續(xù)輸入關(guān)鍵詞“VR、化工職業(yè)教育”“VR、化工專業(yè)”以及“虛擬現(xiàn)實(shí)、化工專業(yè)”等,均得到0條結(jié)果。然而化工產(chǎn)業(yè)具有連續(xù)化、大型化、復(fù)雜化等特點(diǎn)及高溫、高壓、易爆等危險(xiǎn)性,使得真實(shí)生產(chǎn)無(wú)法在學(xué)校開(kāi)展,學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中存在“看不見(jiàn)、進(jìn)不去、動(dòng)不了、難再現(xiàn)”等難題。因此可以依托VR技術(shù)營(yíng)造沉浸式教學(xué)環(huán)境、促進(jìn)教學(xué)理念、教學(xué)模式和教學(xué)方法改革,從而完成更精彩的教育、更簡(jiǎn)單的學(xué)習(xí)。
化工生產(chǎn)設(shè)備龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜,不能信手拈來(lái),隨時(shí)搬到課堂上。在理論學(xué)習(xí)中,動(dòng)畫(huà)、視頻、仿真等多種信息化手段雖然已經(jīng)很好地服務(wù)教學(xué),但由于學(xué)生并未感受到真實(shí)生產(chǎn),所以只是單純的懂得原理、無(wú)法將所學(xué)知識(shí)與真實(shí)生產(chǎn)聯(lián)系,學(xué)習(xí)的興趣、主動(dòng)性低,學(xué)習(xí)效果一般。因此運(yùn)用VR技術(shù)可以讓冷冰冰的知識(shí)變得更形象、更具有真實(shí)性。比如借助VR技術(shù),在虛擬工廠中,創(chuàng)建真實(shí)的生產(chǎn)工藝流程、運(yùn)行工況等教學(xué)現(xiàn)場(chǎng),學(xué)生在虛擬環(huán)境下可以看到和現(xiàn)實(shí)設(shè)備一樣的塔設(shè)備、換熱器等,通過(guò)將課堂教學(xué)與化工生產(chǎn)實(shí)際緊密聯(lián)系,解決理論學(xué)習(xí)脫離工廠實(shí)際、無(wú)法感知真實(shí)生產(chǎn)等難題,更好的完成化工生產(chǎn)各工段的流程認(rèn)知、設(shè)備認(rèn)知等理論知識(shí),提升課程教學(xué)效果,為后續(xù)工業(yè)化生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。
現(xiàn)代化工生產(chǎn)的工藝流程復(fù)雜,化工專業(yè)傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目考慮可操作性因素多以單元化為主,真實(shí)生產(chǎn)場(chǎng)景及完整生產(chǎn)流程的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目十分少,實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)內(nèi)容之間邏輯關(guān)系不夠緊密,教學(xué)內(nèi)容與生產(chǎn)實(shí)踐之間脫節(jié),不能滿足學(xué)生職業(yè)技能的培養(yǎng),也不適應(yīng)企業(yè)對(duì)應(yīng)用化工專業(yè)高技能人才的實(shí)際需要。借助VR技術(shù),在虛擬環(huán)境下,讓學(xué)生走進(jìn)工廠,通過(guò)創(chuàng)設(shè)真實(shí)的工作任務(wù),學(xué)生可以以操作工、技術(shù)員等不同身份參與生產(chǎn),從閥門(mén)開(kāi)關(guān)到安全措施制定,讓學(xué)生真實(shí)體驗(yàn)工業(yè)生產(chǎn),并通過(guò)輪崗制度多角度親歷全過(guò)程生產(chǎn),有利于學(xué)生鞏固理論知識(shí),強(qiáng)化操作技能,熟悉將來(lái)的工作環(huán)境,推進(jìn)教育教學(xué)與生產(chǎn)實(shí)踐的有效對(duì)接,滿足企業(yè)需要具有扎實(shí)的理論知識(shí)、又具有高素質(zhì)綜合技能型“灰領(lǐng)”人才。
化工生產(chǎn)具有連續(xù)化特點(diǎn),且不同的操作方式耗時(shí)不同,有些教學(xué)過(guò)程耗時(shí)較長(zhǎng),很難在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)開(kāi)展。如甲醇精制、烯烴分離等工段都需要進(jìn)行多次精餾操作,而精餾操作為保證混合物系的分離效果,需要長(zhǎng)時(shí)間的共沸狀態(tài),因此在操作中會(huì)導(dǎo)致一方面學(xué)時(shí)數(shù)不足,另一方面實(shí)驗(yàn)效率低而無(wú)法開(kāi)展。通過(guò)VR技術(shù)可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)方式,改變仿真時(shí)鐘設(shè)置,縮短等待時(shí)間,讓學(xué)生能夠有更多的時(shí)間去參與生產(chǎn),觀察現(xiàn)象;并且運(yùn)用VR技術(shù),可以規(guī)避掉真實(shí)生產(chǎn)連續(xù)性特點(diǎn),學(xué)生在開(kāi)展工業(yè)化操作時(shí)可以隨開(kāi)隨做,做完可隨時(shí)關(guān)閉。
化工生產(chǎn)過(guò)程十分復(fù)雜且存在危險(xiǎn),為保證企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的安全,需要積極開(kāi)展安全教育,提高學(xué)生安全意識(shí),培養(yǎng)學(xué)生的規(guī)范操作習(xí)慣。單純的安全知識(shí)講解、視頻演示等方式只能讓學(xué)生懂得相關(guān)知識(shí),很難讓學(xué)生從意識(shí)深處意識(shí)到安全生產(chǎn)的重要性。運(yùn)用VR技術(shù),可創(chuàng)設(shè)具有安全隱患的真實(shí)生產(chǎn)情景,對(duì)學(xué)生系統(tǒng)性的進(jìn)行三級(jí)安全教育、安全標(biāo)識(shí)的認(rèn)知,廠區(qū)危險(xiǎn)源辨識(shí)等安全培訓(xùn),讓學(xué)生扎實(shí)掌握判識(shí)安全隱患技能,并能對(duì)安全隱患進(jìn)行認(rèn)知、查找、整改。這種借助VR技術(shù)創(chuàng)設(shè)的真實(shí)生產(chǎn)環(huán)境更容易激發(fā)學(xué)員參加安全教育的學(xué)習(xí)興趣,通過(guò)置身各種復(fù)雜和突發(fā)環(huán)境中,強(qiáng)化學(xué)員對(duì)安全事故的感性認(rèn)識(shí),提高學(xué)生的應(yīng)變能力。
化工生產(chǎn)過(guò)程由于存在易燃、易爆、有毒、有害等物料,在生產(chǎn)中有可能發(fā)生火災(zāi)、爆炸、泄露事故,如若事故處理不當(dāng)將會(huì)造成毀滅性的后果,因此事故處理的訓(xùn)練對(duì)于學(xué)生至關(guān)重要。而學(xué)生的生活、學(xué)習(xí)環(huán)境離生產(chǎn)事故很遠(yuǎn),無(wú)法感知事故帶來(lái)的后果,更不可能有機(jī)會(huì)處理事故,因此這方面的訓(xùn)練是缺失的。為更好的解決這個(gè)問(wèn)題,可借助VR技術(shù),讓學(xué)生在虛擬的環(huán)境中經(jīng)歷一場(chǎng)接近真實(shí)的如火災(zāi)、爆炸、泄漏等事故,充分感受事故的毀滅性,體會(huì)日常安全管理的疏忽將導(dǎo)致怎樣嚴(yán)重的結(jié)果,從而產(chǎn)生巨大的警醒作用。并且運(yùn)用VR技術(shù),可以讓學(xué)生在虛擬的化工企業(yè)環(huán)境下進(jìn)行火災(zāi)、爆炸、泄露等故障處理,提高應(yīng)學(xué)員應(yīng)急處置的能力和水平,提升企業(yè)安全運(yùn)行水平的同時(shí),不用擔(dān)心故障處理過(guò)程中受到傷害。
應(yīng)急演練在傳統(tǒng)開(kāi)展過(guò)程中成本高、局限性大,實(shí)際可操作性差,學(xué)生參與性差等。借助VR技術(shù),以真實(shí)發(fā)生的典型安全事故案例為藍(lán)本,使學(xué)生沉浸于事故中,掌握安全操作規(guī)程,制定應(yīng)急預(yù)案,查找應(yīng)急程序所存在的缺陷,彌補(bǔ)應(yīng)急管理中人力、設(shè)備、通訊等應(yīng)急資源配備的不足,并能達(dá)到人人動(dòng)手[2],增強(qiáng)學(xué)生應(yīng)對(duì)突發(fā)安全事故的處置技能。通過(guò)VR技術(shù)在應(yīng)急預(yù)案演練中的應(yīng)用,極大的降低了演練的成本,并且可以根據(jù)需要及時(shí)定制、調(diào)整演練內(nèi)容。
在熟練安全應(yīng)急演練、工業(yè)化生產(chǎn)單人操作后,升級(jí)為多人協(xié)同操作。借助VR技術(shù),創(chuàng)設(shè)真實(shí)生產(chǎn)場(chǎng)景,學(xué)生根據(jù)企業(yè)崗位要求進(jìn)行角色扮演,開(kāi)展多人協(xié)同操作。通過(guò)借助VR技術(shù)中的多人協(xié)同操作,整體上提高學(xué)生的操作技能、溝通水平、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等多方面的水平與能力。
“VR+教育”廣泛應(yīng)用在檔案展覽、新聞傳播、電子工業(yè)、醫(yī)學(xué)、機(jī)械、建筑、旅游乃至學(xué)前教育等多學(xué)科中,可以解決教學(xué)過(guò)程中的重難點(diǎn)問(wèn)題,適用現(xiàn)代化職業(yè)教育的發(fā)展趨勢(shì)。但VR技術(shù)運(yùn)用在化工職業(yè)教育的過(guò)程中仍存在一些問(wèn)題,應(yīng)用效果并不理想。VR資源最核心的是要貼合教學(xué)內(nèi)容,結(jié)合實(shí)際生產(chǎn),然而現(xiàn)階段VR的產(chǎn)品相對(duì)單一,很難滿足化工職業(yè)教育,需要加大對(duì)VR資源的開(kāi)發(fā)力度?,F(xiàn)有的VR資源里很多真實(shí)的工廠場(chǎng)景簡(jiǎn)單,設(shè)備與企業(yè)真實(shí)設(shè)備之間還有差距,學(xué)生很難融入環(huán)境,需要優(yōu)化場(chǎng)景缺陷。目前VR資源在教學(xué)中更多的是堆砌,沒(méi)有更好的服務(wù)教學(xué),因此也需要進(jìn)行改進(jìn)。
針對(duì)VR+化工職業(yè)教育所存在的問(wèn)題,借助科技的快速發(fā)展,提出了相對(duì)應(yīng)的解決策略。
目前,化工職業(yè)教育中的VR資源產(chǎn)品和內(nèi)容都相對(duì)單一,為更好利用VR資源開(kāi)展教學(xué),需要投入大量的人力、物力、財(cái)力。社會(huì)中缺乏優(yōu)質(zhì)復(fù)合型人才進(jìn)行VR資源的制作開(kāi)發(fā)。就此問(wèn)題,人社部等部門(mén)將“虛擬現(xiàn)實(shí)工程技術(shù)人員”列為16個(gè)新職業(yè)之一,教育部也將“虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)本科專業(yè)”納入到《普通高等學(xué)校本科專業(yè)目錄(2020年版)》[3]。通過(guò)注重虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)專業(yè)人才的培養(yǎng),滿足VR產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求。
VR資源不單純是有畫(huà)面有場(chǎng)景,還需要有符合實(shí)際教學(xué)的內(nèi)容,因此只是單純依靠技術(shù)人員的制作是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,制作團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)該由技術(shù)人員、一線教師、企業(yè)和教育專家組成,共同研究、制訂VR資源的內(nèi)容和表現(xiàn)形式等。教學(xué)團(tuán)隊(duì)和技術(shù)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)分工研究,首先需要一線教師根據(jù)教學(xué)的內(nèi)容提出需求,技術(shù)團(tuán)隊(duì)和教師團(tuán)隊(duì)緊密溝通、探討VR的呈現(xiàn)方式和角度等,撰寫(xiě)VR資源的內(nèi)容腳本,共同打磨出既符合教學(xué)設(shè)計(jì),又符合企業(yè)實(shí)際操作,又有意境的VR內(nèi)容。在制作過(guò)程中,為減輕學(xué)習(xí)者的疲勞感和眩暈感,應(yīng)關(guān)注時(shí)間,合理拆分教學(xué)內(nèi)容,設(shè)計(jì)VR資源,制作的VR資源應(yīng)不易過(guò)長(zhǎng)。VR資源中的操作應(yīng)該完成參照企業(yè)實(shí)際的操作規(guī)范,為學(xué)員建立規(guī)范的操作習(xí)慣。
為避免課程的VR資源建立不當(dāng)或過(guò)多,引發(fā)VR資源過(guò)度浪費(fèi)的現(xiàn)象,應(yīng)系統(tǒng)建立、豐富VR教學(xué)資源。在建立VR資源過(guò)程中,應(yīng)遵循課程設(shè)置原則,將課程內(nèi)容進(jìn)行逐步分析細(xì)化,將各類章節(jié)分解為獨(dú)立又有聯(lián)系的知識(shí)點(diǎn)或技能點(diǎn),結(jié)合VR資源的建設(shè)特點(diǎn)、方法對(duì)各章節(jié)所需內(nèi)容進(jìn)行開(kāi)發(fā),使VR教學(xué)資源具有一定的系統(tǒng),避免資源的重合和浪費(fèi)。
除了要防止VR資源的浪費(fèi)外,如出現(xiàn)內(nèi)容上的缺失也將影響教學(xué)質(zhì)量。在工業(yè)化生產(chǎn)中,除了正常的開(kāi)停車操作外,還有很多故障需要處理,比如閥卡、泵壞等,其中有些設(shè)備故障,要想處理得當(dāng),需要讓學(xué)員了解在真實(shí)生產(chǎn)中設(shè)備出現(xiàn)的異常現(xiàn)象,因此可借助VR讓學(xué)生身臨其境的感受及處理。比如工業(yè)化生產(chǎn)進(jìn)行流體輸送常常會(huì)使用到離心泵。離心泵使用過(guò)程中典型故障有氣縛和汽蝕兩個(gè)現(xiàn)象。這兩個(gè)現(xiàn)象在企業(yè)都會(huì)出現(xiàn),而很多學(xué)生很難區(qū)分,分析不對(duì)更不易進(jìn)行正確處理??梢越柚鶹R技術(shù)創(chuàng)設(shè)出離心泵故障的生產(chǎn)情景,當(dāng)離心泵無(wú)法送液時(shí),學(xué)生在此環(huán)境中觀察泵出口流量的變化情況、感受泵有無(wú)發(fā)出異常振動(dòng)和噪聲,判斷離心泵是發(fā)生了哪個(gè)故障。然后根據(jù)故障情況,進(jìn)行相關(guān)故障處理操作,解決這一故障。在故障排除過(guò)程中,可借助VR技術(shù)考核學(xué)生的操作。當(dāng)操作正確,進(jìn)入下一步故障排查與操作;當(dāng)操作錯(cuò)誤,模擬出現(xiàn)的相應(yīng)事故,引起學(xué)生的警示。在VR資源中通過(guò)加入故障更加豐富資源,不單培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力,還可以加強(qiáng)學(xué)生分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力,潛移默化中使學(xué)生樹(shù)立良好的職業(yè)理想。
VR資源就是要讓學(xué)員能夠身臨其境的進(jìn)行學(xué)習(xí)與操作,但如果出現(xiàn)真實(shí)場(chǎng)景無(wú)法超清還原、場(chǎng)景轉(zhuǎn)換卡頓等問(wèn)題,就將造成學(xué)生很難沉浸其中,嚴(yán)重影響學(xué)習(xí)效果。VR是通過(guò)計(jì)算機(jī)運(yùn)算而生成的虛擬的真實(shí)環(huán)境,對(duì)生成過(guò)程中對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬、信號(hào)傳輸有很高要求,才可以完成龐大的數(shù)據(jù)運(yùn)算量和圖像傳輸量。因此要善于借助先進(jìn)技術(shù),解決VR資源中場(chǎng)景的超清復(fù)原。5G技術(shù)具有速率高、傳播快、延時(shí)短、容量大等特點(diǎn),可將5G技術(shù)融入到VR中,使VR中的數(shù)據(jù)傳輸更快、圖像傳輸更流暢。據(jù)“2022世界電信和信息社會(huì)日”大會(huì)透露,目前中國(guó)已建成5G基站155.9萬(wàn)個(gè),全國(guó)所有地級(jí)市和縣城城區(qū)都覆蓋到,已建成全球規(guī)模最大的移動(dòng)寬帶和光纖網(wǎng)絡(luò)。借助5G技術(shù),通過(guò)超高容量的云端存儲(chǔ)和高速、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸,將部分?jǐn)?shù)據(jù)和計(jì)算任務(wù)交由云端完成[4],可彌補(bǔ)真實(shí)場(chǎng)景無(wú)法超清還原、場(chǎng)景轉(zhuǎn)換卡頓等問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)受訓(xùn)者難辨真假的虛擬環(huán)境。
當(dāng)今時(shí)代VR技術(shù)在化工職業(yè)教育的課堂中的結(jié)合度依舊不是特別高,因此為了更好的讓VR資源融入教學(xué)中,豐富教學(xué)手段,解決教學(xué)問(wèn)題,需要從教師、學(xué)生兩個(gè)維度分別探究VR資源與教學(xué)的優(yōu)化策略。
①教師教學(xué)設(shè)計(jì)的優(yōu)化策略、在教學(xué)過(guò)程中以適應(yīng)現(xiàn)代化職業(yè)教育的發(fā)展趨勢(shì),重構(gòu)學(xué)科課程教學(xué)內(nèi)容,借助VR技術(shù),將課堂教學(xué)與化工生產(chǎn)緊密結(jié)合,積極推進(jìn)模塊化教學(xué)模式的改革。在改革中,應(yīng)加大教師教學(xué)設(shè)計(jì)能力、VR設(shè)備使用能力的培養(yǎng),提高教師整體教學(xué)能力。要求教師可根據(jù)教學(xué)目標(biāo),結(jié)合教學(xué)內(nèi)容,善于運(yùn)用VR技術(shù)等手段,將教學(xué)方式方法,教學(xué)過(guò)程評(píng)價(jià)等教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行重新整合與設(shè)計(jì),使教學(xué)實(shí)現(xiàn)理實(shí)融合、虛實(shí)結(jié)合。
②學(xué)生學(xué)習(xí)方面的優(yōu)化策略。5G環(huán)境下,借助VR技術(shù)將真實(shí)的工廠實(shí)景和教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行疊加,使學(xué)生在教室實(shí)現(xiàn)虛擬生產(chǎn),在虛擬工廠實(shí)景可增加學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解。在VR資源中根據(jù)相關(guān)知識(shí)點(diǎn),嘗試小游戲,邊學(xué)邊做邊玩,增加學(xué)生的趣味性和參與度。通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)生的參與度將會(huì)讓學(xué)生們的探索欲望從一開(kāi)始的玩耍最終轉(zhuǎn)向?qū)W習(xí)思考[5]。學(xué)生在該環(huán)境下按照企業(yè)的操作規(guī)范進(jìn)行操作,操作后的結(jié)果VR快速取得并進(jìn)行評(píng)估,以便讓學(xué)生更清楚的了解在操作過(guò)程中的薄弱點(diǎn)、易錯(cuò)點(diǎn)與錯(cuò)誤次數(shù)等,對(duì)于操作熟練的學(xué)生,設(shè)置安全事故,教師引導(dǎo)學(xué)生分析,找到解決的方案,使學(xué)生的理論知識(shí)用于實(shí)踐,實(shí)踐能力飛躍式提升。
VR技術(shù)在化工職業(yè)教育中的應(yīng)用改變了傳統(tǒng)的教學(xué)方法,克服了化工企業(yè)運(yùn)行中的高溫、高壓給學(xué)生在企業(yè)實(shí)習(xí)、實(shí)訓(xùn)帶來(lái)的不能親自動(dòng)手操作的弊端。借助VR技術(shù),教學(xué)改革為學(xué)生進(jìn)入虛擬的生產(chǎn)場(chǎng)景,完成工藝流程、設(shè)備認(rèn)知、生產(chǎn)操作訓(xùn)練。通過(guò)邊講邊看邊做,學(xué)生能夠熟悉設(shè)備、工藝流程、掌握正確操作,更好的將理論知識(shí)用于實(shí)踐。但是VR在化工職業(yè)教育的實(shí)際教學(xué)使用過(guò)程中受制于現(xiàn)有條件,仍然不能做到廣泛應(yīng)用。相信伴隨著科技、5G的高速發(fā)展、職業(yè)教育的利好政策、教師教學(xué)能力的增長(zhǎng),VR技術(shù)會(huì)得到突破和發(fā)展,從而彌現(xiàn)有不足,更好的服務(wù)于化工職業(yè)教育。