虚拟现实技术在高职教育机电类专业课程中的应用

钟石根 朱丽敏 张良杰 唐志伟

摘   要：首先，文章提出一种有效提高教学质量的方法，介绍虚拟现实技术的特点;其次，论述虚拟现实技术在电机、供配电技术、机械制图等机电类专业教学改革中的应用;最后，总结出虚拟现实技术应用在机电类教学中有明显的优点以及存在的现实问题。

关键词：虚拟现实;课程教学;教学效果

1    VR技术在机电类专业应用的优势

机电类专业教学具有电压高、电流大、结构复杂、规模庞大、设备种类繁多等特点，尤其在电机实验、电力系统继电保护、电工接线、电力、仪表认知和自动控制装置，特别是在带电部位操作、违章供电、信号缺陷、加工中心违规操作，验电设备损坏等给师生造成了安全隐患。为了进一步重现各环节操作过程以及违规操作的完全隐患，培养学生精益求精的工匠精神，虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术成为机电类课程教学的重要手段，能够形象生动地表现教学内容，有效模拟真实的环境，提高学生掌握知识技能的效率，激发学生学习的兴趣。虚拟现实技术非常适用于在机电类专业教育中开展具象教学、原理展示、模拟操作等教学环节。

2    虚拟现实技术

VR是指利用三维图形生成、多传感交互、多媒体、人工智能、人机接口、高分辨显示等高新科技，对现实世界进行全面仿真的一种技术，是多媒体技术发展的高级阶段，其人机交互方式得到重大改进。

在教育领域中，传统的PPT教学无法有效提高学生的学习积极性，如何打破沉闷的课堂，让学生积极参与课堂教学，成为社会研究的重要课题。而沉浸式的VR环境能够营造生动、逼真、身临其境的环境，更容易让学生印象深刻，让教育模式从传统的“被动接受式”学习转变为以学生为中心的“自主探究式”学习。静态的原理图无法呈现整个详细的工作过程，利用虚拟现实技术的优越性可以有效克服这一缺点，提高教学质量与效率。

3    虚拟现实技术在机电类课程教学中的应用

机电类专业技术是一门复杂的多学科交叉融合技术，不仅涉及机械、设备、电工、电子、仪器仪表、电力系统、过程控制等，还涉及计算机学科专业的内容。由于各职业院校办学条件及教学设备情况等不一致，大多数实验为验证性实验，对于理论知识的实际应用接触较少。所配静态插图无法说明整个动态的工作过程，因此，机电类教学效果并不尽如人意，亟需新的教学方法和教学手段来改善教学效果。本文研究了VR技术在机电类课程教学改革中的应用。

3.1  虚拟现实技术在电机教学中的应用

电机的主要教学内容包括：单相变压器实验、三相变压器的连接组和不对称短路、三相鼠笼异步电动机的工作特性、三相同步发电机的运行特性、三相鼠笼异步电动机的星三角启动。转变后的课堂采用了VR学习设备，学生可以通过VR一体机，把电动机拆开，深入内部看到电动机部件的构成关系，如图1所示。可以通过手触笔看到转动与不动的部件，还可以调节转速。通过该虚拟仿真实验装置可以完成电机拖动类实验、变压器实验等，如图2所示，通过模块化组合的方式，灵活组合各类模块，满足电机教学的需求。

3.2  虚拟现实技术在供配电技术教学中的应用

供配电技术具有高电压、大电流、接线复杂、规模庞大、设备种类繁多等特点。因此，为了逼真再现供配电各环节操作过程和运行状态，让学生了解电力工程运行，虚拟仿真成为教学的重要手段，如图3—4所示。

3.3  虚拟现实技术在“机械制图”教学中的应用

“机械制图”是机电类专业一门重要的专業基础课程，主要涉及零件图和装配图，此外还有布置图、示意图和轴制图等。表达机械结构形状的图形，常用的有视图、剖视图和剖面图等。在“机械制图”课程教学中，学生的空间思维不强，对复杂产品的结构认知不足等，尤其在对与组合体的结构形式、装配体的识读理解等方面上，传统的制图教学方式无法满足良好教学效果的要求，如图5所示。采用虚拟现实技术构建产品的三维模型，能观看到完整的截断面细节，相当于接近标准剖视图，对学生理解立体构型并绘制有很大的帮助，如图6所示。

4    结语

虚拟现实技术应用在机电类教学中有明显的优点，有利于开展“探究式”学习。但是目前的虚拟现实技术硬件设备价格相对较贵，还应与真实的传统教学相结合，互为弥补，各取所长。对于有一定实力的学校，可以购置VR设备和资源，甚至可以装备VR教室，率先进行VR教育教学创新的探究，形成学校的办学特色。VR教育作为新生的技术，对于如何更好地运用到课程中、合理安排教学进程、更好地与传统课程相融合、利用VR技术引领学生开展探究式学习等，还需要进一步研究。但是基于虚拟现实技术在实践教学中的独特优势以及计算机技术的发展，在教学过程中将有着广阔的应用。

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Application of virtual reality technology in mechanical and

electrical courses of higher vocational education

Zhong Shigen， Zhu Limin， Zhang Liangjie， Tang Zhiwei

（School of Information Engineering， Xiamen Nanyang University， Xiamen 361102， China）

Abstract：First of all， this paper puts forward an effective method to improve the quality of teaching， introduce the characteristics of virtual reality technology; secondly， discuss the application of virtual reality technology in the teaching reform of electromechanical specialty such as motor， power supply and distribution technology， mechanical drawing and so on; finally， summarize the application of virtual reality technology has obvious advantages and existing practical problems in electromechanical teaching.

Key words：virtual reality; course teaching; teaching effect