VR技术在中职笔记本电脑维修课程技能教学中的应用

徐燕

摘 要： 近些年随着信息技术的发展，虚拟现实技术得到了迅猛发展，并被广泛应用于教学领域，取得了成效。研究了虚拟现实的相关技术，并将其应用于中职笔记本电脑维修课程的技能教学，以期能够更好地发挥虚拟现实技术在教学中的应用价值。同时，为其他同类专业课程的教学改革提供示范作用。

关键词： 虚拟现实VR技术;笔记本电脑维修;应用;中职

中图分类号： G642

文献标志码： A

文章编号：1007-757X（2019）06-0027-04

Abstract： In recent years， with the rapid development of information technology， virtual reality technology （VR） has been developed rapidly， and has been widely used in the field of teaching. This article carries on a research related to VR， and applies it to the technical ability teaching of the notebook computer maintenance in secondary vocational schools， in order to give full play to the VR in the teaching application value. At the same time， it provides a model for the teaching reform of other similar professional courses.

Key words： Virtual reality; Notebook maintenance; Application; Secondary vocational schools

0 引言

虚拟现实VR（Virtual Reality）技术是上世纪八十年代提出的理论，随着信息技术的快速发展，很多理论已转化为现实的技术成果，并广泛应用于各个行业，如军事、医疗、教育、航空等高精尖端领域，特别是在教育方面，虚拟现实更是发挥着巨大的作用，使教育手段更加多元化，提高了受教育者的学习效率。例如，西南林业大学的孟利清、徐艺等将VR技术应用于物流工程专业的实训教学中[1];李荣欣将VR虚拟技术应用于中职“综合布线”课程教学中[2];济宁职业技术学院的李艳鹏、钟军凯将VR技术应用于动漫课堂教学中[3];福州职业技术学院的林海彬将虚拟现实VR技术应用于汽车拆装实训教学中等等[4]。在中职笔记本电脑维修课程教学中也存在着学生动手操作次数少、实训设备易损坏、实训过程无法被记录、实训结果无法被验证、实训室无法及时更新硬件设备等困难，因此，笔者尝试引入VR技术，在教学中将虚拟技术与真机操作相结合，以期降低教学成本、增加学生的操作次数、提升学生学习的积极性与主动性。

本文首先介绍了笔记本电脑维修课程在以往的教学中所遭遇的教学困境，然后讲述了VR技术的概念、特征及在教学中的应用，由此提出将VR技术应用于本课程的解决方案。接下来，分析笔记本电脑维修虚拟仿真系统的设计方案，并介绍将该系统应用于课堂教学的教学过程及实现的教学效果。

1 笔记本电脑维修课程中的教学困境

“笔记本电脑检测与维护”是中等职业学校计算机与数码产品维修专业二年级学生必修的一门专业核心课程，重点培养学生从事笔记本电脑拆组装，故障检测、判定及维修，整机维修流程的组织与实施等专业技能。但是，由于笔记本电脑故障的排查过程复杂，在以往的教学中由于缺乏足够的故障实例，学生实际操作次数少从而无法形成快速准确的排查思路;教师也难以通过课堂教学时间，了解和检测学生的排查行为轨迹，优化学生的排查思路，让学生快速找到故障点，教学目标难以达成。

（1）故障实例缺乏，学生操作次数少

真实教学环境的构建需要大量的实训设备，但由于教师很难提供足够的笔记本电脑故障设备，只能用单一的实例进行实践操作;同时，笔记本电脑故障的排查过程复杂，学生难以在有限的课堂教学时间进行多次故障排查，从而导致学生操作次数少，无法形成一种有效的笔记本电脑故障诊断思路。

（2）教学管理困难，课堂效率低

课堂教学中由于学生人数多，教师不可能关注到所有学生的实践操作，无法及时发现学生的错误并帮助学生解决问题，导致课堂效率低下。笔记本电脑故障的排查过程较为复杂，教师难于对学生的观察能力、动手能力、协作能力、工作态度等进行评价，操作过程实时评价缺失。

（3）维修过程复杂，设备易损坏

学生在实践过程中，由于笔记本电脑制造工艺的精密性，在笔记本电腦整机拆组装以及故障排查过程中稍微的操作不慎就可能会对机器造成新的损坏，使维修过程变得更加复杂。同时，由于实训室无法及时更新损坏的硬件设备，导致学生的操作结果也无法被验证。

2 VR技术介绍

2.1 基本概念及主要特征

VR技术是一个以沉浸性、交互性和构想性为基本特征的计算机高级人机界面。综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术，模拟人的视觉、听觉、触觉等感觉器官功能，使人能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中，并能够通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互，创建了一种适人化的多维信息空间。[2]

VR技术在使用过程中主要有三大特征：沉浸性、交互性和构想性[6]。使用者不仅能够通过虚拟现实系统感受到在客观物理世界中所经历的“身临其境”的逼真性，而且能够突破空间、时间以及其他客观限制，感受到真实世界中的体验。

2.2 在教学中的作用

（1）节省教学成本

实训的相关设备是技能教学的基础，计算机硬件品种型号繁多，更新快，学校的实训室无法及时更新损坏的硬件设备。在这种情况下，不仅学生实际操作的机会很少，而且对相关设施的认识也会理解不深。VR技术的应用，可以通过模拟现实场景，利用一些智能穿戴设备来操纵虚拟的设备。当实训的设备需要更新时，只需重新建模即可，非常方便，不需要维护，也不会因为设备过时而造成资源浪费[1]。

（2）操作安全性高

在现实的技能教学过程中，由于学生的操作不当等会对设备造成损坏，学生的操作结果也不能得到及时的反馈。VR虚拟环境中，老师可以提前通过对系统设置，使学生在实操的过程中，只要一出现错误，系统就可以给予其一定的警示;还可以通过反复操作，让学生逐步养成正确的操作习惯。

（3）操作过程可记录

在现实的技能教学过程中，学生的操作过程无法被实时记录，教师难以在课堂教学中了解和检测学生的操作能力。借助VR技术，学生的操作过程能够被实时记录，操作结束后系统能够将学生的操作步骤与预先设置的标准的操作步骤进行比对，给出验证结果，并反馈学生在操作过程中所有的错误之处。

（4）提高学生的学习兴趣

由于笔记本电脑硬件设备容易损坏，学生实际操作次数少，无法快速诊断出故障点，从而导致学生没有积极性，达不到理想的教学效果。VR技术的应用，提供了直观形象的视觉和听觉体验，提高了学生参与的积极性;并且VR技术使复杂的结构简单并具体化，降低了学习难度，学生也可以通过反复多次操作练习获得成就感。同时VR技术作为一种新生的科技成果，也从另一方面提高了学生使用和学习的兴趣。

3 VR系统设计

基于上述分析，笔者尝试将VR技术应用于中职笔记本电脑维修课程，以期解决学生操作次数少、课堂效率低、设备易损坏等教学困境，提升课堂效率。笔记本电脑维修虚拟仿真系统采用先进的虚拟现实技术实现了三维场景测试、设备的链接、测试场景漫游，学生使用VR头戴式显示器和手柄即可进行全方位自由观察和交互。3D建模和场景设计真实还原了现实的设备和场景，建模精细、场景真实，学生采用第一视角观察并通过手柄进行交互、操作与漫游，仿佛身临其境。

3.1 设计VR场景

笔记本电脑维修虚拟实训室场景有两类，第一类是笔记本电脑硬件组装实训场景;第二类笔记本电脑故障排查实训场景。虚拟仪器包括组成笔记本电脑的零部件、螺丝、排线，拆装工具（不同型号的螺丝刀、镊子、撬棒）、维修工具等。

通过校企合作收集笔记本电脑常见的故障现象，针对每个常见故障进行“故障现象→原因分析→排查过程→诊断结果”过程梳理，导入笔记本电腦维修虚拟仿真系统，在虚拟仿真系统中还原各故障的排查流程，为学生进行笔记本电脑维修虚拟实践操作提供多样、真实的故障案例。

3.2 搭建VR平台

虚拟实训室的软硬件环境包括计算机、Vive头戴式设备、Vive操控手柄等，如表1所示。

安装步骤如下：第一步，规划操作区。操作区即设定的虚拟边界，与虚拟现实物体的互动都将在操作区中进行。第二步，安装定位器。使用安装工具包将定位器安装在房间内的对角位置，并调整定位器角度，使其前面板朝向操作区中心。第三步，下载Vive安装程序，按照提示操作完成设置过程。第四步，将Vive头戴式设备连接到电脑。第五步，启动Vive系统。打开Vive应用程序，确保定位器已接通电源，确保头戴式设备已通过串流盒连接到电脑上，启动操作手柄。第六步，佩戴头戴式设备，握住操控手柄，开始操作。

3.3 VR系统的运行

笔记本电脑维修虚拟仿真系统的开发，立足于实际教学任务，通过软件交互让学生进行直观、有效的虚拟训练，节省了实训建设成本和操作安全风险。通过真实模拟现实教学任务，让学生利用Vive头戴式设备和操作手柄等交互设备体验笔记本电脑的拆组装及故障诊断过程，引导学生正确操作，全面提升学生的实践能力和职业素养。例如，在笔记本电脑硬件组装实训场景中，学生在VR真实情境下进行笔记本电脑硬件的组装，平台按照“先内后外”的组装思路对学生的组装过程进行监测。学生组装结束后按下开机键，平台给出验证结果，并反馈组装行为、步骤、用时，呈现错误组装硬件列表。学生根据反馈列表进行再次组装，直至笔记本电脑被正确组装。

4 教学设计

将笔记本电脑维修虚拟仿真系统应用于《笔记本电脑检测与维护》课堂教学中，学生在VR真实情境下进行笔记本电脑故障排查，系统按照“观察→检测→诊断”的排查思路对学生的排查过程进行监测。同时，借助虚拟仿真系统中实时反馈数据，教师轻松掌握学生的学习情况，及时解决学生学习过程中出现的问题，提升课堂效率。下面以“显示故障的排查”为例，其教学重点是快速准确地排查笔记本电脑的显示故障，找到故障点;难点是如何训练学生掌握“观察→检测→诊断”的排查思路。具体教学过程设计如下：

4.1 系统体验

学生进入笔记本电脑故障排查VR体验，通过系统发布的显示故障排查引导题，引导学生在虚拟排查过程中按照“观察→检测→诊断”的排查思路来排故，让学生初步了解显示故障排查的优化流程。例如，故障题目是“屏幕没有画面，硬盘有运转声音”，首先进行观察分析：听到硬盘转动，代表电脑已经开机，基本可以排除是内存问题，所以此类故障通常为屏线异常、显示器异常、主板显示电路异常。接下来进行检测：1、外接显示器，若正常显示，则可判断显示器排线异常，更换显示器排线，若故障排除，则确认为连接线损坏;2、若更换显示器排线后依然不能正常显示，则可判断显示器损坏：更换显示器，若故障排除，则确认为显示器损坏;3、外接显示器，若不能正常显示，则可判断主板显示电路故障。最后提交诊断结果：屏线异常或显示器异常或主板显示电路异常。

教师通过将学生排查流程图，如图1所示。

与系统中标准排查流程图进行比对，分析该故障的原因及排查过程，总结归纳出常见笔记本电脑的显示故障现象及排查方法，帮助学生初步建立“观察→检测→诊断”的笔记本电脑显示故障排查思路。

4.2 真机操作

虚拟仿真系统依据学生排查结果进行差异分组（4人一组），每个小组将随机获取一道题目故障排查，系统开始记录每个成员的排查时间及排查行为数据，直至每位同学都完成任务。之后，由组内用时最短的学生上台分享故障排查思路，并担任组长。教师再对每个小组故障题目分别进行点评，让学生学会运用快速准确地故障排查思路。接下来，每组学生进行真机演练，学生运用已形成的故障排查思路在真机演练中快速准确地找到故障点，突破了教学重点。

4.3 限时竞赛

全班进行组间限时竞赛，每个小组的每位成员随机获取故障题目，按照已形成的“观察→检测→诊断”思路进行故障排查。系统在20分钟内记录每个小组成功排查故障的个数及排查行为数据，成功排查故障个数最多的小组获得冠军。在操作过程中，系统自动记录并呈现学生的排查流程图;教师实时关注每个小组的操作进程，对请求帮助的小组进行个别指导;系统及时汇总各个小组的排故个数，对操作结果进行排名。

4.4 教学反馈

冠军小组上台，展示系统形成的多个故障排查流程图，分享他们的故障排查思路。通过学生的大量演练、多次分享和教师的实时点评，使学生掌握了“观察→检测→诊断”排查思路，攻克了本课的教学难点。教师总结回顾，对学生“观察→检测→诊断”排查思路的养成情况进行点评。

5 教学效果

（1）提升了课堂效率

学生进入笔记本电脑组装VR体验，在VR真实情境下进行笔记本电脑的组装，组内成员进行过程指导，平台按照“先内后外”的组装思路对学生的组装过程进行监测。学生组装结束后按下开机键，平台给出验证结果，并反馈组装行为、步骤、用时，呈现错误组装硬件列表。学生根据反馈列表进行再次组装，直至笔记本电脑被正确组装。系统汇总呈现每个学生的组装时间、组装次数及组装行为数据。教师在系统外可以通过VR系统的第一视角（学生操作者的视角）或者第三视角来观看学生在虚拟系统中的操作过程，并对学生操作错误的地方进行纠正和指导，提升课堂效率。

（2）増加了操作的有效次数

通过校企合作，采集企业真实案例，丰富了案例样本，为学生实践操作提供了大量的、真实的、可操作的故障案例。学生进入笔记本电脑故障排查VR体验，通过故障资源库获取操作实例，按照“观察→检测→诊断”思路进行故障排查，根据故障现象分析故障原因，制定诊断思路，完成操作过程，提交诊断结果。每位学生的故障诊断次数从原来的1例提升至多例，大大増加了操作数量，巩固了操作要领，形成了一种快速有效的笔记本电脑故障诊断思路，达成了教学目标。同时，虚拟仿真系统的运用，相比于学生真机操作，实现了整个维修过程中的可控性，杜绝了在维修过程中其他故障的产生，并减免了学生在拆组装及维修过程中对真机的损坏。

（3）培养了学生的职业素养

笔记本电脑的组装与维修过程有着相对完善的评价标准，在虚拟仿真系统里的每个操作步骤都能实现评分标准化。学生在虚拟空间进行操作时，系统会形成每位学生的操作流程图，通过与系统设定的标准流程图进行比对，对学生的操作进行分级评价。同时，笔记本电脑维修虚拟仿真系统的过程性评价功能能够帮助学生形成规范的职业行为，树立认真、严谨的工作态度，养成良好的職业素养。

6 总结

因此，将虚拟现实VR技术应用于技能教学具有显著的优势，它能够很好地改善实训环境，优化教学过程，培养具有创新意识和创新能力的技能型人才[4]，同时也可以解决操作过程不可记录、操作结果不可验证等传统教学中所遇到的教学困惑。本文将VR技术引入笔记本电脑维修技能课堂教学，创建了笔记本电脑维修虚拟仿真系统。3D建模和场景设计真实还原了现实的设备和场景，学生使用VR头戴式显示器和操控手柄进行全方位自由观察和交互，能有效发挥学生各种感官作用，加深了学生对技能的掌握，提高了教学效率，解决了传统教学中因软硬件设备限制给教学带来的各种问题。同时，我们也看到虽然VR虚拟现实技术在教学领域中有着非常好的实用性，但是具体到一门课程的研发，仍然是需要不菲的费用，必须加以普及才能实现其价格的惠众性。因此，VR教学是需要教育管理部门、学校和研发企业共同推进的。

参考文献

[1] 孟利清，徐艺，王浩，方赛银，王艳艳.VR技术在高校实训教学中的应用—以物流工程专业为例[J].齐鑫物流技术，2018，1（37）：150-152.

[2] 李荣欣.VR虚拟技术在《综合布线》课程中的教学初探[J].电脑迷，2017，14：191-192.

[3] 李艳鹏;钟军凯. 虚拟现实（VR）在动漫教学中的应用[J]. 中国信息技术教育，2017（21）：75-77.

[4] 林海彬.虚拟现实技术在汽车拆装实训中的应用[J].教育教学论坛，2017，2（8）：241-242.

[5] 卢强，童子方，李伟.浅谈虚拟现实技术在教学中的应用[J].科技视界，2016（26）：157.

[6] 姚振华.“互联网+”下VR技术的实践教学分析[J].电脑知识与技术，2017，13（29）：205-206.

（收稿日期： 2018.12.20）