虚拟现实技术在高职电子技术实训教学中的应用研究

宁金 叶裴琴 容慧

摘  要 高职院校实训教学受场地、设备、经费、师资等因素的限制，导致教学与生产岗位技能脱节。分析高职实训教学现状及虚拟现实技术应用于职业教育的意义，提出一种基于虚拟现实技术的电子技术虚拟仿真实训教学平台，以解决传统教学中实训教学资源匮乏的难题。

关键词 虚拟现实技术;实训教学;电子技术;高职院校

中图分类号：G712    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2019）16-0115-03

Application of Virtual Reality Technology in Electronic Tech-nology Training Teaching in Higher Vocational Colleges//NING Jinye， PEI Qin， RONG Hui

Abstract In view of the fact that the practical teaching in higher vocational colleges is limited by the factors of site， equipment， funds and teachers， which leads to the disconnection between teaching and production post skills， this paper analyses the significance of

applying virtual reality technology to practical teaching in higher vocational colleges， and constructs a virtual simulation teaching plat-

form of electronic technology based on Virtual reality technology， in

order to overcome the problem of lack of practical teaching resources

in traditional teaching..

Key words virtual reality technology; practical teaching; electronic technology; higher vocational colleges

1 引言

1989年，美國VPL公司创建人拉尼尔正式提出虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）的概念，随后引发虚拟现实相关理论与技术的研究热潮。随着计算机技术、传感器技术、场景生成技术的飞速发展，虚拟现实技术的发展也是日新月异，以微软、Facebook、HTC等为代表的科技企业引领虚拟现实技术在全球众多行业中取得突破性进展[1-2]。

高职实训教学是培养学生职业岗位技能的重要手段，因此，高职院校越来越重视实训教学，但是受场地、设备、经费和师资等因素的限制，导致实训教学内容与实际职业岗位要求脱节，难以满足企业的岗位技能要求[3]。虚拟现实技术与高职教育相结合，可以为学生提供一个全新的虚拟空间，让学生通过外围设备参与到虚拟空间中，并在其中学习如何使用特定的机器设备与处理各种实际问题，让学生以主角的感念存在于各个学习环节，并产生一种身临其境的感觉，从而有效改善高职实训教学的现状。因此，依托现有的虚拟现实技术来解决高职实训教学的关键问题，具有非常重要的意义[4]。

2 虚拟现实技术及其应用

虚拟现实技术以计算机技术、人工智能、传感器、场景生成等技术为核心，通过虚拟交互环境构建出一个虚拟的空间供学生进行体验。学生使用特定的外围设备如键盘、鼠标、头盔、数据手套等，与虚拟环境中的对象进行交互，如同置身于一个具有视、听、触觉的逼真的感官世界中，从而产生与置身真实环境中相似的感受与体验。此外，学生在虚拟的环境中不仅可以实现独立自主的学习，还可以充分发挥主观创新性，模拟真实场景完成实训内容。游戏般互动体验与沉浸体验使得学生在轻松的氛围下学习专业知识与技能，极大地提升了学习的兴趣和教学质量[5]。

虚拟现实技术与职业教学相互融合，主要可以达到两个方面的效果：其一，虚拟现实技术可以将教学中复杂的、难以体验的知识与技能点通过虚拟现实进行逼真模拟，从而实现重难点的突破;其二，虚拟现实技术改变了传统的单向教学模式，使高职实训教学向交互与沉浸体验的双向教学模式转变[6]。

3 国内外研究现状

国外研究者在21世纪初就开始研究基于虚拟现实技术的虚拟仿真实训教学平台，且取得实质性进展与成果[7]。

美国Central Florida大学开发的VSL虚拟仿真实训室借助计算机技术与仿真技术，可以大幅度提高计算机图形的清晰度，并改进使用过程中的人机交互设计。近年来，该实训室的研究者正在从事虚拟仿真实训平台的技术开发等相关工作，并在虚拟环境的通信技术、并网计算技术与实时仿真技术方面取得丰硕的研究成果[8]。

澳大利亚RMIT大学开发的热学虚拟仿真实训室将传统的预测—观察—分析教学方法与现代信息技术相互结合，开展热传递过程的教学。该方法一方面让学生自主地参与到实训教学中去，另一方面更利于教师掌握学生面临的困难。这种人机交互的实训教学方式，不仅帮助学生理解了相对抽象的理论概念，也帮助教师突破了教学的难点。

加拿大Victoria大学开发的电子电路虚拟仿真实训室，可以完成电子线路的设计、装调和调试任务，为学生提供了一交互式学习的虚拟环境。值得一提的是，该实训室的实训仿真平台不仅支持独立程序的应用，而且支持浏览器的访问[9-10]。

我国在虚拟现实技术方面的研究起步较晚，因此，国内关于虚拟仿真实训室的研究并不多见，但是虚拟现实技术与教育结合已经成为企业技术开发的热点。2008年，我国成立第一个国家级虚拟现实技术重点实训室，其中标志性的成果就是成功研制了三维图形平台BH-GRAPH，它融合了建模、布景、绘制三大实时功能，技术水平处于国际领先地位。国内从事虚拟现实教育领域开发的企业主要有百度、网易等互联网企业及兰特、黑晶等创新型企业。此外，国内以清华、北航、北师大为代表的高校也着手布局虚拟现实教育领域，主要产品有VR超级教室、VR课堂、VR图形平台等[11]。

4 基于虚拟现实技术的实训教学设计与实施

在现有的虚拟现实技术的基础上，结合电子技术课程的教学需要，构建基于虚拟现实技术的电子技术虚拟仿真实训教学平台，主要包含以下几个方面的工作。

电子技术虚拟仿真实训教学平台的教学模式与教学体系设计  采用虚实结合的实训教学模式替代传统的以教促学实训教学模式。具体实施方面，首先，通过构建虚拟的学习情境，使学生置身于高度逼真的工作环境与工作岗位上，从而提高学生的学习兴趣与效率;其次，针对虚拟课堂教学，改革现有的教学组织形式，实施以学生为主体的交互式体验教学形式;最后，同步完善实训室硬件与软件设施，通过现代化的通信与计算机技术，将单个的实训室变成数据与资源共享、使用方便合理的现代化虚拟仿真实训室。

合理搭建电子技术虚拟仿真实训教学平台  高职院校在构建电子技术虚拟仿真实训教学平台时要充分考虑：实训平台的建设要符合高职院校人才培养目标与企业生产岗位环境，可以逼真地反映课程实训内容;采用高职院校和企业共建的方式完成实训平台的建设，确保实训教学内容与企业岗位直接对接;实训平台的主体模块包括资源库模块、学习模块、虚拟训练模块和评价模块;适当地增加虚拟实训内容的趣味性，比如采用游戏闯关的方式提升学习的乐趣;实训结束后，学生与教师均可以通过评价模块进行自评、互评和教师评价，通过总结反馈内化知识与技能点。

电子技术虚拟仿真实训教学平台的技术实现  技术方面，虚拟实训平台采用工具软件Autodesk 3ds Max 2010构建模型库，采用C++编写3D图形和模型库，系统平台采用Studio 6.0编程平台来实现，交互设计采用Open GL来完成。电子技术虚拟实训教学平台由四个部分构成，即实训教学平台模块、虚拟学习引擎模块、通信模块和教学资源库模块。平台的系统框架如图1所示。

改革传统的实训教师管理体制和队伍结构  实训教师是整个教学活动的主导者和实施者，他们的专业水平、综合素质和职业技能直接影响虚拟仿真实训教学的开展程度。虚拟现实技术应用于高职院校实训教学，既需要掌握现代教学方法，又需要将虚拟技术与专业知识相结合的专业骨干教师，因此对专业教师提出更高的职业要求。专任教师不仅要熟练掌握虚拟平台的操作方法，能够自主开发、更新和完善虚拟平台，还需要经常深入企业一线进行实践锻炼，将企业的工作特征无形地融入教学情境之中，从而搭建虚拟实训和现实之间的桥梁。

5 结语

采用虚拟现实技术实现实训教学，主要有六个方面的优势：空间可视化，即行业应用真实场景1：1还原，真实展现行业应用场景;操作互动性，即设备安装融合应用场景，增强了互动性;资源可拓展，即空间和设备的模型可拓展，实训内容多样化;深度交互，即可移动空间操作设备，多种场景切换交互;沉浸体验，即人与虚拟空间深度融合，视觉、听觉、感觉沉浸体验;创意构想，即广阔想象空间，虚拟无限可能，激发创意。

本文将虚拟现实技术引入高职实训教学中，并以电子技术课程的实训教学为例，搭建电子技术虚拟仿真实训教学平台。运用该平台去协助电子技术课程的实训教学，通过VR虚拟现实体验平台，可以让学生获得深度交互与沉浸体验，提高学生学习的兴趣、上课的积极性和主动性，改善教学效果。

此外，利用虚拟现实技术，让学生在一系列虚拟场景中模拟实操练习，掌握电子技术基本理论和技能。不仅可以解决传统实训教学中资源匮乏的难题，还可以缓解当前日益增长的教学需求与教学资源不足之间的矛盾。因此，推广虚实结合的虚拟仿真实训教学具有非常重要的意义，在不增加大量设备、资金和师资投入情况下，可以达到更好的教学效果。

参考文献

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