VR/AR技术在高职《压铸模设计》课程中应用的探索

桂艳

摘 要：虚拟和增强现实VR/AR技术近年来的快速发展，带动其逐渐在教育领域中得到应用。将VR/AR技术和高职《压铸模设计》课程实现有效结合，可呈现更加高效、真实课堂教学。对此，为了不断提升高职机制类课程的教育质量，本文基于高职《压铸模设计》课程的教学现状，分析了VR/AR技术在该课程中的应用意义，最后提出了该技术在课程教学中的探索与应用实践，对VR/AR在高职其他机制类专业课程教学中的推广具有现实意义。

关键词：VR/AR技术 高职教育 压铸模设计 教学应用

中图分类号：TG249 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）06（b）-0155-03

2017年1月19日我国国务院印发了《国家教育事业发展‘十三五规划》，其中提到“要全力推动信息技术与教育教学深度融合。综合利用互联网、大数据、人工智能和虚拟现实技术探索未来教育教学新模式”。面向职业、岗位的高职教育，突出特点在于其大多数课程都是以技术、技能等为主的实践性教育教学，根据虚拟和增强现实（VR/AR）技术的特征和优势，将这新技术应用到职业教育教学中将有效且十分迫切。压铸模具大多用于汽车零件，结构复杂，体积庞大，造价昂贵的特点，对此，探讨VR/AR技术在高职《压铸模设计》课程中的应用与探索很有必要，这也为VR/AR在高职其他机制类专业课程教学中的推广应用，具有十分重要的意义。

1 虚拟和增强现实（VR/AR）技术

Virtual Reality（VR），将计算机仿真技术、计算机图形技术、传感技术、人工智能、显示技术、网络并行处理等集成，呈现出虚拟的环境，可供人直接观察、触摸、操作等，并能与之发生“交互”作用，利用人在客观世界中的实际动作，产生和真实世界一样的感知；突破时间和空间，进入微观或宏观世界，完成在现实中由于条件制约难以完成的事。

Augmented Reality（AR），通过电脑技术，将虚拟的信息应用到真实世界，使虚拟的物体和真实的环境实时地叠加到同一个画面或空间的交互系统，展现真实世界的信息的同时显示虚拟的信息。用户通过头盔显示器，将真实世界与电脑图形多重合成，通过传感技术将虚拟对象准确“放入”真实环境中，借助显示设备将真实环境与虚拟对象融合，呈现出感官效果真实的新环境。

但这里不得不说明两者的区别，虚拟现实（VR），是将用户带入一个虚拟的世界；增强现实（AR），是把虚拟的信息带入到现实世界中。为了深入研究VR/AR技术在高职《压铸模设计》课程中的应用，立足职业教育视角，满足职业教育应用需求，尊重职业教育教学基本特征，结合目前压铸模课程的教学现状，分析出新技术的应用方向及其壁垒等。

2 高职《压铸模设计》课程的教学现状

压铸模设计是广州番禺职业技术学院机电工程学院模具设计与制造专业为拓宽学生的就业面而开设的一门专业选修课，是通过毕业生问卷调查结果反馈而增设的一门课程，教学学时数为36学时，教学内容涉及到压铸合金、压铸工艺和压铸模设计等方面的知识点，内容繁多，综合性较强。

对于压铸合金的熔炼，压铸机压铸工艺的选择等技能型知识目前只能通过书本进行理论学习，通过做题进一步理解，利用真实的生产视频初步掌握，但是学生缺乏企业实践，更缺少亲自动手操作的机会，难以深入掌握这些知识点。

跟《塑料模设计》课程相比，压铸模的学时很少，故理论知识尽量让同学们利用课前时间学习，课后复习和提升，课堂上主要针对前置作业进行讲解、讨论和总结，但难以有效地组织同学们在课堂上通过对真实压铸模进行拆装加深理解，缺少拆绘一套压铸模的实践课程，缺少利用CAD软件进行模拟设计的课程设计。

跟其他类型模具相比，压铸模大都用于生产相对大型且复杂的零件，比如汽车的变速箱、离合器等，因此，这些压铸模结构非常复杂，重量重达一二十吨，即使做出相应的教学模型，也很难真实表达其结构，也难以真实体会大型模具在实际生产中会碰到的难题，比如安全问题。

3 VR/AR技术在高职《压铸模设计》课程中的应用意义

VR/AR技术作为新的教学技术对于高职教育发展来说有着显著的推动作用。高职《压铸模设计》课程教学内容有些是难懂难学的，比如某些理论知识、结构原理及工艺设计等，更为本质的问题是，高职学生学习积极性不足、基础又薄弱导致学习效果不理想的现状，VR/AR技术应该能很好地解决了教与学碰到的难题；同时也能一定程度上解决模具设计与制造专业建设面临的资金不足、基础设施设备不完善的软硬件问题。VR/AR虚拟现实技术对于“立足于生产”的《压铸模设计》课程更是至关重要，将对传统的教学质量和教学效果带来质的飞跃。

企业现实环境中的压铸模生产往往会涉及到安全问题。由于压铸机射料压力大，速度快，模具未锁緊或调整不当可能飞料造成周围工作人员的烫伤。特别是当合金液高温内部混入气体或水分时，将出现剧烈膨胀可造成爆炸。还有就是行车吊模具时，不可站在其下方，否则可能出现严重的压伤。但在教学中使用VR/AR技术，以上的一些安全问题完全可以在虚拟环境中避免，学生实践若危险操作时，系统可及时通过视线变红等模式警告学生，提高安全操作意识。

在学校课堂实践教学中，进行40人班级的压铸模模型拆装实训，若每人1套模具，学习效果比较好，需要压铸模40套；若4人一组，需要压铸模10套，但教学效果比较差，且拆装时间有限，大部分同学只能学习了解一套模具的结构和设计方法，难以交换学习。因为模型都较小简单，难以真实再现压铸模的复杂性和先进性，同时不可避免设备和工具的损耗，成本较高。还有就是常用的压铸机有四种，学校配备齐全的话，资金上也是难以实现的，不利于学生对压铸设备有深刻的认识，对于压铸工艺的知识同样缺乏实践。但利用VR/AR技术进行压铸模拆装实训和压铸机的操作实训，虽然前期硬件与软件的投入较高，胜在使用过程中基本无损耗，并且可以随意的更换拆装模具，增多模具的种类，扩大学生的实训的内容，增加模具的难度，体验真实压铸模的生产过程。

更重要的是学生亲身的感受与体验远比课堂传统教学更具有说服力，营造“自主学习”的环境，学生可随时进入系统学习，学习时间灵活，大幅度提高学生的学习热情和钻研精神。这将从本质对以往的教学模式颠覆性地改变，学生的学习兴趣被激发，学习的主观能动性被充分調动，教学效果才能大幅度地提高。

4 VR/AR技术在高职《压铸模设计》课程中的应用实践

近年来软硬件技术的不断突破，VR/AR技术开始逐渐被运用到教育等领域，实现量产，成本下降，普及度提高，这就意味着将这项新技术引入高职压铸模设计课程中的可行性和应用性。

首先，在教学过程中，教师可以借助VR/AR技术真实地展现教学内容。例如，压铸模结构的教学当中，教师可以借助新技术播放相应的模具结构图，其中需要包含压铸模的平面图、整体结构图以及细节零件图等，让学生“进入”到图中，对压铸模进行近距离观察，拆装，从而掌握普通压铸模的基本结构。当前的技术创建了许多的仿真软件，实现逼真、高品质的实时渲染3D图像的内容，更好地展示模具各零件的相对位置和运动关系，从而高职压铸模设计的课程的情境教学更加生动形象。更为重要的是，可以将大量的模具结构图提供给学生进行学习、比较和模仿。

其次，已有的铸造模拟仿真软件，包括温度场、应力场、微观组织，以及缩孔、裂纹等铸造缺陷。由于铸件形状复杂，因此传统的2D观察手段效果不佳，理解难度很大。而将VR/AR技术引入压铸过程分析中，能够让学生更快了解整个过程，尤其适用于观察铸件、冷铁、浇注系统等部件的相对位置，也方便查看铸件中出现缩孔缩松缺陷的区域。

还可建立虚拟学习环境，借助小组或团队的方式进行讨论及合作的学习模式。比如，在压铸合金的课程中，需要了解常用压铸合金材料的基本特性和冶炼工艺。为了更好的探讨材料的成分、结构与特性，教师可以让多位同学一同借助VR/AR技术开展协同性学习，并通过所提供的“真实”实验让学生掌握不同合金的基本特点，并借助对合金冶炼过程的观看，发现不同产品需求时的合金选择，并让学生对VR/AR技术所提供的视频进行观察、分析，讨论、从而提升学习效果。

5 结语

总之，伴随着VR/AR技术的快速发展，在高职机制类课程教育过程中，合理应用该技术，可让学生真正的感受体验压铸模的生产、设计及相关的工艺流程，促使学生对压铸设备等有更为准确的掌握，提升高职《压铸模设计》的教学质量。

就目前而言，一整套VR/AR技术教学设备的购入成本很高，许多普通高职院校很难承担，想要真正为每一位学生普及一套教学设备，其难度不言而喻，且相应课程的资源开发也是一个难题，将制约着VR/AR技术在高职压铸模课程的应用。但随着该技术的快速发展，将其应用于课程教学中势在必行，该技术在高职教学中的应用将颠覆性地改变传统课堂教学方式，大大提高学习效果。

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