虚拟现实技术在机械实训课堂上的应用
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摘 要：近年来，科学技术的蓬勃发展带动了虚拟现实技术的迅速发展，目前虚拟现实技术正在以一种前所未有的方式改变着生活和工作方式，特别是在教育领域中，更扮演着非常重要的角色，对教学环境的改善起着积极的作用，在提高学生的应用技能方面也有非常出色的表现。文章以高职院校的机械实训课堂为研究对象，来分析虚拟现实技术在机械实训课堂上应用的优势及问题。
关键词：虚拟现实技术;机械教学课堂;高职院校
社会经济的飞速发展，加快了我国工业化、信息化、职业化进程的速度，相关企业对职业教育人才培养也提出了更高的要求，高素质技能型人才需求越来越大。随着国家对职业教育的大力支持，各级各类的高职院校纷纷开始了教育教学方面的改革创新，以便能够培养出大量优秀合格的技术性人才。目前虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术在教学当中的应用在教学改革和创新方面起到非常重要的作用，本文以高职院校的机械教学课堂研究对象，来分析一下虚拟现实技术在机械教学课堂上应用的优势及问题。
VR技术从其本质上来讲是一种可以构建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真，并使用户沉浸到该模拟环境当中。目前虚拟现实技术已经成为计算仿真技术的一个重要研究方向，不仅包括当前的仿真技术，还整合了计算机的相关技术比如计算机图像处理技术、计算机网络技术、通信技术、人机交互技术等，另外，还涉及多媒体技术、传感器技术等非常先进的技术，已经成为一门非常具有挑战性的综合性前沿学科，并且涉及的研究领域也是越来越广泛。
1 虚拟现实技术在机械实训课堂上的应用
随着虚拟现实技术的广泛应用，教学领域逐步开始引进这项富有挑战性的前沿学科，通过查阅相关的文献，发现关于虚拟现实技术在教学领域中的应用研究并不是太多，某些大学已经建成了基于VR技术的重点实验室，而对于普通的高职院校来讲，有的才刚刚起步，有的才开始准备研究，还有大部分的还未列出此项计划。
1.1 机械实训课堂的特点
众所周知，实训课堂是高职院校在教学环节实施过程中非常重要的一个组成部分，也是将来要培养出高技能型人才的关键所在，所以，机械实训课堂在机械教学环节中的重要性不言而喻。传统的机械实训课堂主要通过教师的示范讲解，让同学们开始动手操作，但是实际操作的过程中，一旦出现问题，可能某些配件都报废了，给实训课的正常进行带来了非常大的困扰。所以，每次实训课都需要做好充分的准备，但是即使再充分也会出现这样或那样的问题。因此，虚拟现实技术的出现让实训课堂有改善的希望。
1.2 虚拟现实技术的特点
虚拟现实技术主要由模拟环境、感知、自然技能和传感设备等方面组成。其中，模拟环境是由计算机生成的、实时动态的三维立体逼真图像。感知是指理想的虚拟现实应该具有一切人所具有的感知。自然技能是指人的头部转动，眼睛、手势或其他人体行为动作，由计算机来处理与参与者的动作相适应的数据，并对用户的输入实时响应，并分别反馈到用户的五官。传感设备是指三维交互设备。
多感知性是虚拟现实技术的特点之一，即理想中的虚拟现实，应该具有体验用户所具有的一切感知功能。存在感是虚拟现实技术的特点之二，即理想中的模拟环境，应该达到让体验者自身都难以分辨真假的程度。交互性是虚拟现实技术的特点之三，体验用户对模拟环境内所有物体的可操作性全部要从环境中得到反馈，并且还是相互的、实时的。自主性是虚拟现实技术的特点之四，即用户在虚拟现实运行中应该处于主导的地位。
1.3 将虚拟现实技术应用到机械实训课堂上的方法
1.3.1 分析機械实训课程的教学内容并进行课程设计
首先，在应用虚拟现实技术之前，需要对实训课程的教学内容进行分析，除了要清楚实训课程内容的结构以外，还要清楚各部分内容之间的关系。然后才能选择和确定虚拟实验教学的内容，接下来再进行模块的划分并确定相关的教学目标。
其次，还要对学生的具体情况进行分析，主要包括学生的学习能力分析、学生个性分析以及认知能力分析等，它是整个虚拟实验教学设计的关键环节。
最后，是教学设计的分析，在具体的实训课程教学设计过程中，我们需要系统综合地对学生的特征、学习的内容、教学的目标、教学策略的选择和设计以及教学设计结果的评价等多种因素进行分析研究，使之相互结合构建一个行之有效的教学方案。
1.3.2 利用虚拟现实技术、建模技术开发虚拟实验教学系统
在利用虚拟现实技术进行机械实训教学时，需要从以下几个方面做起。（1）素材准备的阶段;（2）虚拟实验教学功能实现，另外还要做到对系统进行综合评价和修正;（3）虚拟实验教学系统的发布与应用阶段。
素材的准备要从建立一个文件夹开始，使用这个文件夹作为资源库存放虚拟实验教学系统需要的各种素材，并以“rec”后缀的格式进行命名和保存。
虚拟实验教学功能的实现过程中肯定会出现一些问题，这样就需要反复对系统进行系统评价、修改，最后达到理想中的效果。系统评价作为此项工作中的一个重要环节，主要由形成性评价及总结性评价组成，形成性评价要完成虚拟实验系统整个开发过程中的评价。总结性评价主要是在系统开发完成以后，对系统整体性能、效果等做出的评价。
虚拟实验教学系统在开发完成以后，可以发布为网页形式，也可以发布成应用文件的形式，其中，前者的实现步骤主要通过选择“File”菜单下的相关命令可以实现。而后者的发布则可以通过相关的生成器来实现。
1.4 机械实训课堂引入虚拟现实技术后的优势
虚拟现实技术作为信息技术未来发展的新趋势，应用到机械实训课堂之后，原有的教学媒体手段得到充实和丰富，信息教育技术的范围也得到了扩大，从而直接为机械实训教学提供了技术方面的大力支持。学生再也不会因为受实训场地、实训设备等实训条件的限制而担心实训教学的设备使用问题和安全问题，学生也可以自主的畅游在虚拟的学习世界里，借助优质的教学资源来提高学生学习的效果和效率。随着对虚拟现实技术在高职教育实训教学环节的广泛应用和深入，高职教育教学的改革和创新也迎来了新的机遇。 1.5 机械实训课堂引入虚拟现实技术后出现的问题
从师生的沟通交流方面来讲，虚拟现实技术引入到机械实训教学过程后，从某程度上来说，师生之间的情感交流变得弱化，师生之间的情感也变淡。
从虚拟现实技术应用的水平来讲，虚拟现实技术的应用水平还很低，虚拟仿真软件的开发质量也比较有限，即使专业的软件开发团队对课程内容的把握也有限，更何况高职院校的虚拟现实技术水平有限的专业教师。因此，在开发设计出具有系统稳定、结构优良的教学软件时难度更大。
从虚拟现实技术开发角度来看，到目前为止，还没有建立起来统一规范的行业标准，在实际初识教学的应用过程中，许多高职院校也只是把建设好的虚拟现实教学系统当作一个样品。学校相关人员的缺失和能力不足，直接导致缺乏专人维护，同时，也没有制定相关的管理制度来规范和约束正确的操作。
因此，到目前虚拟现实技术仍处在一种积极向前探索和自我不断发展完善的阶段。虚拟现实技术在实训教学中的实际应用效果研究少，特别是如何用虚拟现实技术来贴近真实的实训目标、如何融合实训内容到虚拟环境当中等问题都还需要进一步的探索和研究。因此，对于虚拟现实技术在高职院校实训教学中的应用效果的研究，还需要相关部门的大力支持和帮助。
2 结语
本文从虚拟现实技术的相关概念出发，在分析了机械实训课堂的特点后，提出了一条利用虚拟现实技术开发虚拟实训教学系统的思路，按照思路中提到的开发实验步骤，从理论上来讲，应该可以满足当前高职院校机械实训教学的相关要求，对真正教学环境中的实操练习起到了预想的补充作用，在实训教学质量方面应该可以实现有效的提升，在学生职业技能的学习上也應该有非常积极的作用。总之，虚拟实现技术实验系统应用于高职院校的实训教学上已经具备了重要的理论意义和实践价值，值得各级各类的高职院校去探索和研究。但是，由于个人的时间、能力等方面的问题，本文主要提出了一种构建虚拟技术在实训教学中应用的框架思路，没有真正开发出来可以投入使用的实体系统。当然也存在着一些问题和不足，后续将继续学习研究，争取早日实现系统开发的目标。
[参考文献]
[1]赵烨菊，曾鹏.机械设计制造中的虚拟现实技术刍议[J].山东工业技术，2019（13）：29.
[2]段丹萍，唐润华，项朝阳，等.基于VR技术的高职实践教学改革研究[J].广东职业技术教育与研究，2019（2）：158-159.
[3]梁利东，江本赤，贾文友.VR技术在实践教学中的应用研究[J].教育教学论坛，2019（16）：50-52.
[4]蔡龙辉.虚拟现实技术在职教实训教学中的应用研究[D].广州：广东技术师范学院，2014.
作者简介：张慧玲（1979— ），女，河南濮阳人，讲师，硕士;研究方向：机械设计。
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