虚拟现实技术应用于高职模具实训教学的有效性探究

□李金国 杨林生 李云贵

虚拟现实技术应用于高职模具实训教学的有效性探究

□李金国 杨林生 李云贵

针对高职院校模具实训教学受设备、场地、经费等因素制约的现状，提出了基于虚拟现实技术的模具实训教学策略，分析了虚拟现实技术应用于高职院校模具实训教学的意义，探索了虚拟现实技术提升高职模具实训教学的有效途径。虚拟现实技术在高职其他专业实训教学中，也有着较高的推广价值。

高职教育；虚拟现实技术；实训教学

随着竞争加剧与技术发展，模具行业对其技术人员的素质和能力要求越来越高，尤其强调技术人员的模具设计水平和实践操作能力。目前，我国高职模具专业人才的培养，虽然越来越重视实训教学，但由于受实训教学条件限制，教学与生产岗位脱节，导致学生毕业后在生产岗位上还要接受较长时间的再培训，不能够满足现代模具企业对技术应用型专门人才的迫切需求。虚拟模具实训教学避开了由于实训场地、设备、经费的制约，将有力推动模具技术应用型人才的培养。

一、虚拟现实技术及其应用于高职院校实训教学的意义

目前，我国高职院校模具专业实训教学，大多延续着“以教促学”的传统教学方法，例如，在模具结构认知教学中，教师通过模具结构示意图，示范模具拆装过程进行教学，但由于模具结构复杂，组件多，因此，学生无法真正认知模具内部的工作状态，影响模具实训教学的有效性。虚拟现实技术营造了“自主学习”的环境，由传统的“以教促学”的学习方式转变为学生通过自身与信息环境的相互作用来得到知识、技能的新型学习方式。虚拟现实技术用于实训教学是理论与实践之间一座新的桥梁,既是实践教学手段，也是实践教学内容。积极地开展虚拟技术的实训，可以较好地提升高职模具实训教学的效果、效率及效益。

（一）虚拟现实技术的含意

具体地说，虚拟现实技术就是采用以计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境，用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用、相互影响[1]，从而产生如同真实环境的感受和体验。尽管该环境并不真实存在，但它作为一个逼真的三维环境，仿佛就在我们周围。由于用户对计算机环境的虚拟物体产生了类似于对现实物体的存在意识或幻觉，用户在计算机所创建的三维虚拟环境中处于一种全身心投入的感觉状态，而这种环境非常适合学生的学习心理，他们就像玩游戏一样，一边享受视觉冲击，接收知识，一边练就技能。

（二）虚拟现实技术对高职院校模具实训教学的意义

创建虚拟现实的“模具实训工厂”情境，完成模具三维设计、模具零件制造、动态拆装、模具注塑工艺仿真等，实现实训课堂教学仿真化，使得校内实训和企业实训无界化，不但提高学生学习主动性，而且突破模具专业实训教学困境，促进模具专业实训教学目标的实现，有效提高实训教学水平[2]。

1.应用虚拟现实技术突破模具专业实训教学困境。高职院校模具设计与制造专业的学生实训课程包含：模具三维设计、模具拆装实验、零件制造、试模、注塑机及电火花线切割设备操作等环节。传统的模具实训教学中，普遍存在三方面问题：其一，传统灌输式的教学方式，使得学生缺乏对现实性问题的思考和判断。当然，学生对知识的应用能力就存在质疑；其二，在传统的模具实训教学中，由于学生人数较多，经常会遇到实训设备、实训场地、实训经费等的限制，致使一些必要的实训环节无法开展；其三，模具实训带有较高危险性。例如，模具拆装时的吊装不慎，导致人员砸伤；注塑过程中，料温高达200多度，可能存在烫伤等安全隐患。

而基于虚拟实现技术的模具实训教学，采用模具三维动画虚拟设计、虚拟模具加工、虚拟模具拆装，以及注塑工艺虚拟模拟等方式，使学生在虚拟环境下，体验游戏式的闯关实训，增强趣味性，以达到人人参与、人人动手的目标和事半功倍的效果，突破了模具实训的教学困境。

2.凭借虚拟现实技术促进模具专业实训教学目标的实现。学习模具专业知识和技能最好的方法就是“项目教学”[3]。然而在这个过程中，如果要实现每个学生一副模具，就需购置大量的实训耗材以及模具制造过程中的多种特种加工设备，给学校带来较大的经济压力。另外，模具零件的加工精度要求高，而学生操作加工设备不熟练，导致设备误操作损坏和大量报废件的出现，因此，许多高校模具专业学生的实训往往被简化，甚至被取消，从而影响了模具专业学生的培养质量。

虚拟现实技术全面考虑了模具实训 “项目教学”的要求，在开发时，将模具专业实训各项内容进行分组，每组配上对应的项目案例及项目任务，学生自主选择项目，根据项目要求执行实训任务。在虚拟空间里，学生可以尽情发挥自己想象力，大胆的设计。当项目任务执行完成后，虚拟平台的评价模块给出成绩，并对实训过程的不当之处进行点评，给出最佳方案，以此来及时纠正不当之处。虚拟现实技术的应用，减少了学校在购置实训设备和实训耗材上的开支，又实现了项目教学法的任务要求，从而真正实现了模具实训教学的目标。

3.创建虚拟仿真实训场景能有效提高实训教学效果。学生的能力培养不单单是简单的操作训练，还应包括收集和选择信息的能力、解决问题的能力、创新能力和适应能力等，也就是培养学生的综合素质。实训有利于学生综合职业能力的全面培养，因此，模具虚拟实训场景应符合学生能力培养宗旨，它主要用计算机实现模具实训教学的三维动态多媒体仿真，通过专门的虚拟平台，使学生在虚拟的实训场景中，直观看到模具的内部结构、制件成型过程、模具组装过程以及模具在成型机上的工作过程，并在虚拟情景下，让学生训练模具的设计、制造、组装和成型，使学生主动学习，有效提高实训教学效果[4][5]。

二、虚拟现实技术提升高职模具实训教学有效性的具体途径

虚拟现实技术目前在军事、航空、航天、建筑、交通等可视化领域得到广泛的应用，而用于高职院校的实训教学，还处于初期阶段，不管在技术还是在制度上都不完善。因此，为了提升高职实训教学的有效性，应采取以下途径来实现：

（一）虚拟现实技术应用于高职实训教学需进行相应的教学改革

首先，进行教学模式的改革。改革“以教促学”的传统教学模式，积极推进基于工学结合的教学模式，创设与模具专业学生未来工作的职业情境密切相关的教学情境，为学生掌握职业岗位营造认知环境和载体。高职院校一方面可以通过使用虚拟现实技术手段创设基于工作的、模仿从业者真实活动的虚拟学习环境情境，来提高学习的有效性；另一方面还应积极探索情境体验教学的有效形式，推进“生产性实习”、“项目化教学”、“任务驱动教学”等各种形式的情境体验教学的实施，使学生在对情境问题的探索中形成职业意识，提升职业能力与素质。

其次，进行课程体系改革。传统的教学模式主要以教师讲授为主，理论教学占据整个课时的70%至80%，而高职院校主要培养一线应用性人才，旨在学生对所学知识的应用能力和实践操作能力。因此，传统课程体系已落后于高职院校学生的培养宗旨，必须尽快摆脱传统的“实践是理论的应用”的哲学逻辑顺序，遵循“工作过程导向”的实践逻辑顺序，来构建课程体系。虚拟现实技术给课程体系改革提供了平台，使得学生在教学过程中，边学边做、做中学、学中做，有效提升教学有效性。

第三，进行教学条件的更新。传统授课方式以多媒体教学为主，通过多媒体演示讲授课程内容，学生通过视觉和听觉单向接收知识，这种灌输式的教学方式，使得学生缺乏对现实性问题的思考和判断。当然，学生对知识的应用能力就存在质疑了。如果将课堂教学迁入到虚拟世界，教师在虚拟环境中授课，学生通过学中做、做中学等途径，身临其境体验模具的设计和制造过程，充分发挥学生学习的主观能动性，将有效提高学习效率[6][7]。

（二）虚拟现实技术应用于高职模具实训教学需组建高素质、专业化的教师队伍

高职教师是高职院校教学活动的具体实施者和教学效能的主导者，高职院校有效教学的实施离不开综合素质高、专业化强的高职教师。以虚拟现实技术提升高职院校模具实训教学的有效性，离不开掌握现代教学方法、虚拟现实技术和模具设计与制造技术的专业骨干教师，因此，在教师个体素质上提出了较高的要求。

1.个体素质的要求。首先，教师必须娴熟的掌握虚拟平台的操作方法，能够自主开发或更新虚拟平台，不断完善虚拟平台。其次，教师必须具备敏锐的洞察力和前瞻的预测能力、很强的辨别能力和判断能力，他不仅是模具专业的行家，而且还要求能创造性地提出问题，并引导学生解决实训过程中遇到的问题。

2.一线专业技能锻炼，培养“双师型”教师。高职院校通过经常性地选派教师深入生产、管理一线进行实践锻炼，使教师在工作现场亲身感受技术与岗位的最新变化，深入体悟、反思，并积极向一线专家和技术能手学习，从而不断发展自身的专业实践知识与技能，成为名符其实的“双师型”教师。

3.吸收企业技术人员参与教学。企业一线技术人员有着丰富的实践操作能力，以及对模具故障诊断和排查能力，这是高职院校实践教学所需的。他们的参与，能够有效改变以理论教学为主的传统教学方式，像师傅带徒弟一样，遇到问题解决问题。技术人员指导学生带有企业的工作特征，无形之中使学生融入到工作情景之中，也为虚拟实训和现实对接搭建了桥梁[8]。

（三）虚拟现实技术应用于高职模具实训教学需合理开发虚拟实训平台

模具实训虚拟平台开发应符合模具专业人才培养要求，与岗位环境情景相符，逼真的反映实训内容。首先，虚拟实训平台的开发需要来自企业的专业模具设计人员参与制定，使实训教学与企业岗位对接。其次，虚拟实训平台的模块结构合理，充分反映岗位要求。模具实训在主体模块上应包含：辅助学习模块、训练模块和评价模块。辅助学习模块主要给予学生熟悉模具岗位职责、实训目标、流程、内容以及案例导航等自主学习内容。训练模块提供实训过程中需掌握的相关知识、技能，并将训练难度分为“易、中、难”，训练模式设置成为游戏式的闯关实训，增强了趣味性。当一项训练任务完成后，评价模块能有效的对操作过程中的误操作进行点评和提示，及时纠正不规范的操作或错误的操作，给出最佳方案。虚拟平台框架如图1所示：

图1

三、结语

虚拟现实技术进入高职院校实训教学，对提高现代职业技术教育水平、改善实验实训环境、优化教学过程、培养具有创新意识和创新能力的人才产生深远的影响，并将有助于解决不可视、不可摸、不可入、危险性场所的实训等问题，解决高校普遍存在的教学场地、设备等条件的制约。虚拟现实技术的集成性、控制性和交互性的特点，还可向网络学校、虚拟教育延伸。

[1]李大成,王晖,张涛川.高职模具专业“核心实例贯穿式”实践教学模式之探索[J].中国职业技术教育，2008(16):46-49.

[2]陈雷,高欣宝,闫军，等.虚拟实验在弹药检测技术课程教学中的应用研究[J].现代教育技术,2009(7):101-104.

[3]刘启文,邱枫.虚拟现实技术在产品开发过程中的应用研究[J].武汉理工大学学报,2009(12):89.

[4]黄诚驹,熊怡.模具专业关键职业能力培养初探——项目教学法的实践[J].中国职业技术教育，2007(30):30-33.

[5]杨林生,牟惠康.默会知识视阈下的高职院校有效教学研究[J].现代大学教育,2008(4)：104-109.

[6]柯中炉,牟惠康,杨林生.以虚拟仿真技术提升高职实践教学有效性的探索——以生化制药技术专业实践教学为例[J].中国职业技术教育,2009(5):21-25.

[7]李小琳.虚拟现实技术运用于教学之探讨[J].教育技术研究,2004(3):56-60.

[8]王红军,于昂.基于 CAD/CAE/CAM的注射模具实训[J].南京工业职业技术学院学报,2009(02):35-37.

浙江省教科规划课题，项目编号：SC170；台州职业技术学院教育教学专项课题“虚拟现实技术在模具实训教学中的应用探索”，项目编号：2009ZX02。

李金国（1979-），男，浙江人台州职业技术学院教师，博士生，研究方向为模具设计与制造。

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1001-7518（2010）03-0069-03

责任编辑 吴学仕