虛擬現實技術在職業教育教學中的應用——以機電專業教學為例

江西冶金職業技術學院 黃輝

一．虛擬現實技術的概述

虛擬現實技術（即Virtual Reality，簡稱VR技術），是20世紀發展起來的一項全新的實用技術，它囊括計算機、電子信息、仿真技術，其基本實現方式是以計算機技術為主，利用并綜合三維圖形技術、多媒體技術、仿真技術、顯示技術、伺服技術等多種高科技的最新發展成果，借助計算機等設備模擬創建一個三維虛擬世界，不僅真實的再現客觀世界，甚至趕超客觀世界，打破時間和空間的限制，給使用者提供視覺、嗅覺、觸覺及其他感覺的體驗。VR技術是一種全新的人機交互模式，使用者可以根據自己的意愿對虛擬世界進行操縱和改變，身臨其境般地探索虛擬世界的事物。

VR技術的發展方向主要歸納為: 低成本快速建模技術、實時三維圖形生成和顯示技術、新型交互設備的研制、智能化和自然的虛擬現實建模以及分布式虛擬現實技術。隨著VR技術的發展以及內容的不斷豐富，VR將成為影響所有領域的革命性技術，預期將成為下一代通用計算平臺。PC時代，我們用鼠標和鍵盤操作虛擬桌面；智能手機時代，我們用touch、擬物方式和屏幕交互； 下一個時代，我們或許可以直接用視覺、手勢、語音去操作真實世界，就像人與人溝通一樣。

二．虛擬現實技術在機電專業教學中的應用

1. 虛擬現實技術在教學中的作用

在計算機軟件飛速發展的今天，VR技術逐漸被應用到各個領域，成為時代的新寵兒。而用于教育領域更成為教育改革的重要手段，促使著教學手段的快速更新。教師要嚴謹利用VR技術進行教學實踐，謹慎把握方向，將VR技術完美地與課堂教學相結合，在有限的空間提供無限的可能。借助VR技術進行教學，教師能夠利用仿真、模擬、借用等方式，使教學環境更為逼真，接近真實世界。將虛擬現實技術用于教學，能夠最大程度上地揭示與展現事物的本質，虛擬展示事物的運動規律及其之間的關系。有效發揮學生自我感知能力，使學生能夠接收更多更具體的信息，加深對知識的理解與記憶，也能夠促使學生更加熟練地掌握專業技能。

2. VR技術在機電專業教學中應用的必要性

當前職業教育，主要培養技術技能型人才。基于這種定位，職業教育偏重實踐教學，提高學生的動手能力，實際的操作能力，使他們能掌握一定的專業技能，職業院校機電專業課程的培養目標亦如此：為相關企業培養高素質技術技能型人才。然而在實際教學中，機電專業課程尤其是一體化課程往往會因為實驗/實訓設備、實驗/實訓場地、教學經費等方面的不足，而使一些應該開設的教學實驗/實訓項目無法開展。利用虛擬現實系統，可以彌補這些方面的不足，學生可以做各種各樣的實踐，獲得與真實實驗/實訓一樣的體驗，從而豐富感性認識，加深對教學內容的理解，提高各種機電方面的實踐技能。

將VR技術應用于機電專業課程教學，可以為師生提供一種全虛擬狀態的學習和工作環境，讓各方都免受由于機電設備和其它安全因素導致的阻礙教學和學習的事故。對于教師而言，VR技術蘊含的先進信息化技術能為教師的教育教學開拓眼界，豐富教學內容，在不斷教學實踐中不斷總結和創新更加適合學生的教學模式。對于學生來說，也可通過VR技術，根據自身情況選擇適合自己學習能力的內容展開學習。VR技術與機電專業的結合，讓教學和學習的自主性進一步被釋放，是機電專業面向現代機電技術發展的重要改革，也是信息化時代“互聯網+教育”新模式的良好實踐。

3. 產生的積極效果

（1）可以降低教學成本

教學成本的降低可從以下3個方面體現：

1）減少設備的采購費用。為建立功能強大、涵蓋面廣的機電實訓中心，大部分職業院校會采購一些先進的機電實訓設備，這些都將耗費一定的教學資金，而且機電技術發展比較快，崗位需求不斷變化，教學內容也要隨著更新，大批量采購同一種機電設備將大大增加教學成本。可以借助VR技術搭建該種設備的虛擬仿真實訓平臺，它具有升級迅速、擴展性好、價格低廉等特點，從而減少設備大批購買的資金投入，且能克服學生實訓工位不足的缺點。

2）降低維護成本。當前大部分職業院校機電專業普遍存在硬件設備維護成本偏高，頻繁使用設備容易導致功能失效、參數錯誤甚至設備損壞等情形。而在電腦上操作該設備的虛擬仿真教學系統，先讓學生熟練掌握了正確的流程以后再進行現場實際操作，則將大大降低設備的損耗程度，從而節約大量的實訓開支。

3）虛擬仿真系統可突破教學困境。當前職業院校的高職機電專業學制三年，但在校學習時間比較短，僅有兩年或兩年半。引入虛擬仿真實訓教學系統則可在短時間內提高學生的學習效率，從而保證教師的教學質量和教學進度。

（2）能產生一定的經濟效益

校內實訓室先使用，效果較好可推廣至兄弟院校甚至商業化。開發后先在機電專業實訓室試用，在電腦上安裝該虛擬仿真實訓教學系統就能實現多個班級同時進行虛擬實訓教學，從而減少學校資金投入。該虛擬仿真實訓教學系統一旦技術成熟，測試效果良好，預計可把軟件商業化，投入市場，產生一定的經濟效益。

四. 結束語

將虛擬現實技術應用于職業院校一體化課程教學，能將傳統教育模式進行分解，引領著教育研究者們進入一個可重構教學的教學模式，沖破了傳統教學的束縛，能開拓教學手段的新空間，確立非現實性的合理化，超越與創新新平臺、新空間。不僅使課堂多元化，提升教學質量與教學手段，還能突破時間與空間的限制，滿足學生的個性化學習需求。學生可以在虛擬環境中反復實驗或實訓而不存在任何風險，而且可以減少教學資金的投入。