虚拟现实技术在高职实践教学中的应用

陈再发

（浙江国际海运职业技术学院，浙江 舟山 316021）

一、引言

虚拟现实技术（VirtualRealityTechnology，VR），是利用电脑模拟产生一个三度空间的虚拟世界，提供用户关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让用户如同身临其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物[1]。用户进行位置移动时，电脑可以立即进行复杂的运算，将精确的三维世界视频传回产生临场感。目前，虚拟现实技术已广泛地应用于教育、军事、工业制造、医疗等众多领域，为行业发展提供切实可行的解决方案。特别是在教育领域，虚拟现实技术不仅可以灵活生动地展现教学内容，还可以通过场景模拟，为学生定制仿真实的实践环境，这为高校实践教学的开展提供了新的途径[2]。

实践教学一直是高校提高学生专业知识应用能力、培养学生分析创新能力的重要教学过程。我国教育部对专业学位学生的培养目标定位为培养掌握某一专业（或职业）领域坚实的基础理论和宽广的专业知识，具有较强的解决实际问题的能力，能够承担专业技术或管理工作，具有良好的职业素养的高层次应用型专门人才。而现阶段，我国大学生在实践的过程中经常会遇到企业由于缺乏规范而又完善的实习措施，学生实习期间的无人管理和安全问题；高校对学生实践管理不灵活，评价体系不规范等一系列问题，使得学生在实践过程中的表现效果并不理想。如何提高学生实践能力，培养出适应社会需要的高素质人才是各高校对学生实践教学改革的重中之重[3]。

本文结合虚拟现实技术的实施过程，给出其应用于实践教学的模式体系，以提高高职学生的专业技能和实践能力的培养水平，提升实践教学质量。

二、虚拟现实技术应用于实践教学的实施过程分析

虚拟现实技术基于计算机仿真、人机交互、传感器等技术，生成仿真实的环境，为用户提供一个沉浸式的、可交互的模拟系统，以特有的浸沉感、交互性和构想性提高用户的代入感和参与度。实践教学的核心之一就是学生对生产实践的参与。通过直接参与生产，可以让学生从各个感观通道收集信息，并结合所学专业知识激发逻辑性和创新性的思考，实现理论知识到实践应用的转化。将虚拟现实技术应用于实践教学首先需要硬件体系与软件环境的支持。目前各类虚拟现实硬件设备已经得到快速的发展，包括建模设备；视觉显示设备，如投影、头盔等；听觉、触觉、味觉等感知设备；交互设备，如动作捕捉、眼动仪、力反馈等。这些硬件设备的完善发展为创建合适的实践教学环境提供了基本的技术保障[4]。

在软件方面，基于B/S和C/S的软件体系可以很容易满足和实现企业与高校之间的信息数据传输要求及相应功能。通过物联网技术将企业生产、管理数据收集并实时传输到高校可以极大地增强了虚拟现实应用的即时性。这些即时数据与模型化后的生产场景一起形成时变的虚拟现实场景，为学生提供了实时高效的真实交互，使得学生通过虚拟现实平台参与企业实践成为可能[5][6]。

三、虚拟现实技术应用于实践教学模式

虚拟现实应用于实践教学的实现依托于一定的软硬件体系，根据抽象层次，可以分为企业层、平台层和实践层。通过三个层次的转换，实现企业场景和生产管理数据在学校虚拟环境的重现，使得学生能够在方便快捷地在虚拟场景中进行优化设计，完成实践教学任务。其总体模式结构如图1所示。

图1 虚拟现实技术应用于实践教学的模式

在企业层，各企业提供实际生产管理需求场景，教师完成必要的场景、数据界定和仿真环境建立。通过网络环境，将数据传输至虚拟现实平台层，在平台层首先实现企业应用的抽象，将不同场景的数据规范整理，结合虚拟现实平台中的模型进行应用展示。在实践层中，学生可根据自己需要实践的内容选择在虚拟场景中进行相应模块的实践操作，如进行布局设计仿真实践时，学生可以对虚拟场景中的物体进行重新布局并进行优化评估，实现结合企业实际情况的沉浸式实践操作，以到达身临其境的效果。

四、应用案例分析

以与我校合作的某船舶制造企业为例，该企业车间的主要生产模式为流水线作业，在完成船壳分段组装之后，主要工作为船舱内部设备安装调试。由于其船体规模较大，舱室较多以及船舱内设备摆放不规范等因素造成流水线生产不平衡、厂内物流不通畅、在制品堆积严重等问题。根据实际生产管理情况，企业的重新设计布局和优化物流工作作为实践教学内容，并要求在实践教学过程不影响正常生产。在完成企业层的分析接洽后，需要对问题在平台层进行抽象建模。利用3DMAX软件及Unity3D软件对船舶机舱内部实体进行建模，建立虚拟现实场景，要求其与真实的场景实体保证高度的相似性；通过企业ERP系统获取企业即时的生产数据，实现生产流程的真实展现。在实践层，学生结合虚拟仿真平台对企业即时数据进行仿真分析，优化产线布局，并将优化后的方案与企业沟通实施，借助虚拟仿真平台，实现参与企业生产实践的教学效果。虚拟现实平台主要部分如图2所示。

图2 船舶机舱虚拟现实平台展示

VR技术与实践教学相结合的教学模式，可以避免学生在企业中出现无人管理和安全问题；虚拟技术营造沉浸式环境，增强学习的互动体验性，激发学生的热情，提升他们对于学习的渴望，发掘他们的潜力；虚拟现实的交互方式提供了传统方式无法比拟的信息维度，让学生获取更丰富的资讯，更全面地了解学习对象，思考现状并发现问题，进而提升认知世界的能力；虚拟现实即具有极强的互动性，又安全可靠，降低了学生探索学习的门槛，降低了他们害怕失败的心理成本，促使他们勇于思考、勇于尝试，用安全有趣的方式，提高学生的探索能力。

五、开展虚拟实训的注意事项

在具体的实践中，VR技术还是受一定因素的制约，目前主要存在的问题和注意事项如下：

1.改善硬件设备。虚拟现实技术是通过计算机的程序设置和传输，通过解决虚拟环境的复杂结构和处理各种数据信息，从而达到逼真的视、听、触觉等一体化的虚拟世界，然而目前计算机的处理速度还不能突破虚拟实践中庞大数据量及时处理的实时性要求，对于数据存储也存在一定缺陷，这些硬件设备的不完善，都会导致虚拟现实技术运用起来存在效果不理想和操作不方便的情况，所以应该加大对新设备的研发力度，不断开发新产品，做到虚拟现实技术可以更加广泛地为社会、教学而用。

2.加大软件开发力度。由于各高校暂时还不具备自主研发的软件团队力量，所以在软件的使用中会出现，通过软件展示出来的效果不够逼真、可操作性不够强及交互性不够的缺点，所以加紧完善软件配备设施也是高职院校应该重视的问题，保证高水平的技术运用到高等职业教育中去。

3.做到虚实有效的结合。虚拟现实技术好具有很多优点，但不能完全替代实践训练的作用，应该将两者有效地结合起来：实训操作无法完成的内容结合虚拟现实技术进行开展，比如开展有危险，存在伤害性的实训时；如开展常规技能训练，则合理地将虚拟现实技术融入到实训中，保证两者的和平共处。

六、结语

通过对虚拟现实应用于实践教学过程的分析，探索了结合虚拟现实技术平台让学生参与企业生产实际的实践教学模式。通过案例应用表明其教学模式的可行性和实现效果。虚拟现实作为一种新的实践教学模式，提供了更为安全和快捷高效的实践体验和学习效果，可以让更多的学生参与实践并取得较好的实习质量。通过进一步搭建有效的监测和评价体系，可以更有效地保障实践教学效果的实现。

[1]张建武，孔红菊.虚拟现实技术在实践实训教学中的应用[J].电化教育研究，2010，(4)：109-112.

[2]肖 嵬.虚拟现实技术在校园网络管理中的应用研究[D].重庆：重庆师范大学,2009.

[3]王金岗.对高职工学结合有效教学评价特色的探索 [J].职教论坛,2010，(30)：50-52.

[4]蔡卫国.虚拟仿真技术在机械工程试验中的应用[J].实验技术与管理，2011,（8）：15-20.

[5]夏平均，姚英学.虚拟装配的研究综述与分析（Ⅱ）[J].哈尔滨工业大学学报，2008,（6）：31-33.

[6]尹湛华，朱海洋.虚拟仿真技术在高职实践教学中的比较优势[J].南昌高专学报，2008,（8）：5-10.