职教实训教学中应用虚拟现实技术的相关问题研究

黄聪　黄莺

摘   要：职业教育注重学生的动手能力，希望把学生培养成为具有职业技能的技术人才。随着科技的发展计算机已经普及，5G时代即将到来互联网技术也日臻完善起来，虚拟现实技术在职教实训课中的应用，克服了职教实训教学缺乏教具的困难，通过虚拟现实技术可以模拟真实的场面进行实训教学，因此引进了虚拟现实的技术，有助于职教实训课的发展。

关键词：职教实训教学  虚拟现实技术  相关问题研究

中图分类号：G712                                  文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2020）06（b）-0204-02

职业教育注重学生的动手能力，希望把学生培养成为具有职业技能的技术人才。因此比较重视对学生进行实训教学，由于在一些实训教学中缺乏教具，还有的由于条件限制，很难做到一个班级的学生同时进行实训，因此在实训教学中引进了虚拟现实的技术，有助于职教实训课的发展。

1  职教实训教学的问题

目前职教实训存在一些问题。

1.1 庞大生产设备的维护检修无法复制

在职教的实训课中有很多是大规模生产设备的维护检修实训，比如铁路线路旁大量的信号设备，设备多且投资巨大，高校为了完成实践教学任务，尽可能安排有限的资金投入，但构造出的铁路线路场景与真实场景无论规模上还是数量上都存在一定差距，因此实践教学质量提高较慢。

1.2 危险场面实训困难

在职教的实训教学中对于危险场面的实训难以实现，比如一些高空作业场面如果学生不到现场，就感受不到实训的气氛，但是这么多学生都没有高空作业证明，也没有条件去体验高空作业的危险性，所以对于这种实训课只能通过老师的描述来理解了。

1.3 不能每人操作

在轨道交通控制类的实训中由于设备有限因此不可能每个人都有实训的机会，比如德国西门子公司的S700K型转辙机、国产ZYJ7型转辙机、国产ZD（J）9型转辙机等设备单价高，零件数量大且精密性强，导致学校采购数量较低，因此一节课要学生轮流来进行实训，因此做不到每个人都有实训的机会。

2  虚拟现实技术的优势

虚拟现实技术是基于电脑软件的一种模拟技术，这种技术可以让体验者有一种身临其境的感覺，虚拟现实技术可以提供一个虚拟的三维空间，让体验者有一种模拟真实的感觉。目前这种虚拟现实技术在各个领域都得到了广泛的应用，由于应用效果很好，因此这项技术有很好的发展前景。

2.1 硬件设备

为了达到惟妙惟肖的真实的效果，虚拟现实技术需要一些硬件的支持，它的硬件设备主要有VR设备、头盔、眼镜、显示器等。

2.1.1 VR设备

VR设备是一套虚拟现实软件和硬件操作系统，它包括3D显示系统，还有头盔、眼镜等硬件设备，用户带上头盔眼镜之后仿佛置身于真实的场景当中，通过自己操作可以模拟真实的场景，学生可以利用这种虚拟现实技术进行各种课程实训教学。

2.1.2 显示系统

大场景的显示系统提供360度的立体画面，给人一种真实的体验，体验者可以无死角地进行观察，完全模仿真实效果学生可以利用它进行实训教学。

2.2 虚拟现实的优点

2.2.1 有真实感

虚拟现实技术可以把学生带入一个模拟现实的空间，它的真实感完全可以达到以假乱真的感觉。用户在体验虚拟现实系统的时候，不是在屏幕上看到立体画面，而是仿佛置身在现实当中人有一种代入感，好像走到了现实当中还可以通过数据手套，进行操作更加强了真实的感觉还具有实用性。

2.2.2 交互感觉

虚拟现实技术通过人机对话产生一种真实的交互感觉，更增加了真实感。通过数据手套等设备可以模拟真实的操作场景，进行一些训练和操作。在虚拟现实中用户的一切体验，都模仿真实的感官感觉抓握拿取东西都会产生真实的效果，人的视野也会随着头部的转动来改变，而不是对着屏幕来看固定的图像。通过各种感官的交互式的互动体验完全达到一种真实的模拟现实的感觉。

2.2.3 多人协同体验

虚拟现实技术可以进行多人的群体体验，一个班的学生可以分成几批带上头盔，一起进行虚拟现实的实训学习。虚拟现实技术已经达到了多人协同作业的技术境界，因此学生在实训中可以互相配合，每个人都有自己的视角在虚拟现实中，和真实世界一样互相进行交互式的操作。

3  虚拟现实技术的应用效果

这种虚拟现实技术可以相得益彰的用于职教学生的实训当中，解决教具少不能多人进行实训等困难，通过虚拟现实技术可以组织学生一起进行各种场景的实训教学活动。

3.1 得到真实的实训体验

将虚拟现实技术应用在轨道交通控制类专业实践教学中，由于学生可以通过各种器官的体验产生真实的交互感觉，所以可以提高实训的效果。这种模拟现实的实训学生可以通过自己动手，得到真实的体验是看视频和看书所不能产生的真实经验。可以把学生带入真实的实训场面当中，学生通过这种模拟现实的技术可以得到交互式的真实体验，通过反复的练习可以掌握看书所学不会的操作技术，达到职业岗位所需要的实训的教学要求。这种教学方式给学生提供了操作机会，使以前无法完成的实训学习成为可能。

虚拟现实技术可以给学生提供任意的铁路维护检修教学场景，比如信号机维护检修、轨道电路设备维护检修、道岔转辙机维护检修、铁路信号电路故障查找等各种虚拟现实场景，学生们借助虚拟现实技术可以得到真实的体验机会，解决了实践教学中以往由于设备场地的限制所达不到的教学效果。利用虚拟现实技术可以进行各种铁路信号设备维护检修的实训操作，在现实中轨道交通控制是高职轨道交通类院校的一个很重要的专业，轨道交通控制的设备都是比较贵重的，工具也价值不菲，而且在操作中这些都是易耗品每次实训都要付出很多成本资金，现在完全可以应用虚拟现实技术进行实训教学，学生在虚拟的世界里可以体验到真实的感受，然后运用指导教师所教的技术进行反复的维护检修操作训练，不用担心损坏了零件所造成的损失，也不计成本地进行训练因此可以练就很高的技术水平。

3.2 增加交互的实训感觉

在职教实训教学中应用虚拟现实技术，可以使学生和真实的操作一样进行交互式的练习，学生通过这种模拟现实的交互式的操作，可以得到和真实的现实的操作一样的锻炼效果。比如学建筑的学生要进行高空作业的模拟训练，这时候完全可以依靠虚拟现实技术，来模拟真实的场景来进行高空作业训练，逼真的立体场景让学生产生真实的感觉，怕高的学生有一种真实的站在高处的感觉，通过反复的训练有助于学生消除的恐高的心理，通过虚拟现实技术可以模拟高空开龙门吊车学习。

因为虚拟技术没有危险也不用担心成本，所以很适合学生进行实训练习。职教老师可以利用虚拟现实技术，给学生提供一个安全的实训学习的机会。

3.3 多人参与

在职教的实训课中利用虚拟现实的技术，可以给学生提供以往所不具备的实训的机会，学生都有上机操作的机会，还可以利用虚拟现实技术在一起配合操作，反复练习加强记忆提高技术水平。比如在铁路信号设备维护检修的实践教学中，反复进行维护检修训练不会造成由于操作不熟练导致零件损坏产生的经济损失。

3.4 缩短设备运行时间

运用虚拟现实技术进行实训练习可以不必担心成本，也不会出现危险不会造成设备的损坏。对于任何的专业都可以利用这种虚拟现实的技术进行实训，也不会消耗成本不会造成设备损坏，每个学生都可以上机操作缩短了设备运行的时间，不用排队等着一台设备大家轮流学习，因此学生可以反复的练习非常适合学生实训学习使用。

3.5 满足学生弹性学习需要

利用虚拟现实技术进行职教实训学习，可以不受天气时间的限制学生可以进行弹性学习，利用课余时间也可以开机进行虚拟现实的实训练习，因此可以有效地帮助学生克服缺少教具的困难，随时随地都可以进行实训练习。

3.6 降低危险

高职轨道交通控制类专业教学有很多的不同实践教学内容，在实训中有一些登高、用电的项目都具有很多的安全隐患，采取虚拟现实技术可以有效地杜绝这些安全隐患，比如高空作业利用虚拟现实技术可以产生身临其境的高空反应，但是却不会带来真正的危险，在一些带电的操作中，只会真实地模仿环境不会引起触电伤害，所以降低了实训的危险。

3.7 模拟工作环境

通过虚拟现实技术可以模拟将来的工作环境，为以后步入职场早做准备，学生可以利用虚拟技术进行完整铁路信号设备的维护检修工作，可以模拟登记要点、登记销点的环节，熟练掌握整个维护检修的程序，通过虚拟的操作进一步了解维护检修规律。

4  虚拟现实技术在职教学习中的问题

虚拟现实技术由于具有真实的模拟感觉，可以给学生提供各種实训的机会不会发生危险还能节约资金成本，因此对于高职轨道交通控制类的实践教学具有很明显的现实意义，但是由于虚拟现实技术还不成熟，在具体的应用中还会出现一些问题。

由于虚拟现实技术的硬件问题，有时会出现视觉和声音移动时候出现卡顿的现象，因此会影响上课的效果，由于虚拟现实教室投资很大因此会占用很大的成本也是一个现实的问题，由于虚拟现实的教学场景有限因此有的教学由于缺乏场景，因此不能进行虚拟现实的实训学习，这些场景教课老师自己不能开发所以影响了这项技术的实用性。老师使用虚拟现实技术教学，要有一套全新的教学方式不能沿用过去的传统思维方式，必须改变观念与时俱进的发展。

5  结语

虚拟现实技术是一个高科技的产物，随着3D技术的发展虚拟现实技术越来越逼真，职教学习中可以利用虚拟现实技术来进行教学实训工作，利用这项技术可以带领学生进行以往所进行不了的课程实训，通过这项技术可以提高学生的动手能力，使学生利用虚拟现实技术反复地进行练习提高自己的实际操作水平。

参考文献

[1] 李克东.现代教育技术基础[M].上海：华东师范大学出版社，2012.

[2] 苏小红.计算机图形学使用教程[M].北京：人民邮电出版社，2017.

[3] 申蔚，曾文祺.虚拟现实技术[M].北京：清华大学出版社，2019.

①基金项目：2018年度广西职业教育教学改革研究项目《混合现实技术在轨道交通控制类专业实践教学中的应用与研究》（项目编号：GXGZJG2018B086）。

广西高等学校高水平创新团队及卓越学者计划资助《高铁信号职教装备技术研发与应用》：（项目编号：桂教人〔2018〕35号）。

作者简介：黄聪（1982，7—），男，汉族，广西钦州人，本科，副教授，研究方向：轨道交通信号自动控制。