基于VR的维修电工培训改革与实践*

刘 江

(包头职业技术学院 电气工程系，内蒙古 包头 014030)

随着社会的进步，人类面临的挑战也在增多，随之而来的对高校的教学方法也提出了诸多要求，新冠疫情的突然出现，就是一项重要考验。通过新冠疫情期间的教学数据监测和调查问卷发现，由于家中实训条件尚不完备、师生交流受限及配合程度变弱等因素存在，给高职教育中的维修电工培训造成了一定的障碍，严重影响了中级、高级维修电工的通过率。因此，在诸如疫情这样的特殊形势下如何提高维修电工的培训水平成为了亟待解决的问题。

1 教学策略改进

受特殊情况影响，必须横跨学生在校外和校内两个地点、不同时间段进行的维修电工培训，应该因地制宜地重构不同的教学实施内容。

学生在校外时，由于欠缺实时的实验环境及监督体制，所以主要采用可以反映数据统计功能和交互性的VR维修电工培训软件来进行实操模拟。从而突破实验场所的困境。按照家校结合、理实结合、电纸结合的“三结合”方式，由教师制定一系列培训计划。其中“家校结合”是指在家中利用虚拟仿真软件完成维修电工的实操培训；“理实结合”是指适当调整教学内容及教学思路，将容易理解的理论培训内容放在返校前，较为综合的内容放在返校后由教师统一指导；“电纸结合”是指以纸质教材为基础，利用其配套的电子资源，结合“互联网+信息搜集”以及各种直播软件，完成整个教学内容。

学生回到学校后，加入了教师的课堂观察，可在虚拟平台的训练基础上，增加教师针对性的指导，并根据返校前对学生虚拟平台的训练情况和数据统计，对知识点进行查漏补缺，最大限度提高集训质量。

2 VR维修电工虚拟软件开发思路

VR平台搭建工作，主要采用3ds Max三维设计软件构建数字3D网格模型、应用Unity3D引擎去完成平台各个模块儿的搭建，完善功能、实现人机交互。其中，部分功能也用到了Photoshop平面图形、图像处理技术。

2.1 数字3D模型的创建

3D模型通常采用可编辑的多边形Poly来拓扑网格，网格的拓扑布线是否合理、规整，关系到实际模型构建出来的还原程度，在此基础上，进一步优化和细分网格，从而使得模型的表现更加细腻。例如，平台中应用到的内热式电烙铁，主要应用到了3D软件中的Lathe(车削)修改器。

2.2 平面图形的应用

利用PS软件对平台中UI界面部分图形进行了优化，主要包括：按钮的样式、Logo的设计、标注及说明等。

2.3 通过Unity3D引擎对功能进行程序编译

首先，将以上两个部分所收集到的模型素材、贴图素材全部导入到引擎中进行编辑，通过引擎内部的光照、材质、渲染模块儿，使得仿真场景得以成功搭建。其次，编写代码来完成功能的交互，如实验平台上的视口的移动(Mouse X、Mouse Y)、旋转(Quaternion rotation)、缩放(MouseZoomMax、MouseZoomMin)等内容主要采用Java和C Sharp两种语言进行开发的，最后将完成脚本绑定到Camera上即可完成整个设计内容。

2.4 编辑及打包发布

把Unity平台上将所有素材整合完毕并且各个功能的交互操作都确认无误后，就可以进行最后的打包操作。结合项目需求，主要发布的平台为面向PC端的“.exe”以及移动端的“app”。

3 教学平台的改进

鉴于校外教学的特殊性，为了方便学生在缺少教师监督的基础上，反复巩固教学内容和知识点，教学平台在使用的时候特别增加了理论知识相关知识点和实训工具使用的介绍，例如电烙铁的特点介绍，见图1。通过该功能的使用，学生可以随时随地地了解维修电工所需基本硬件的基础知识，使得该虚拟仿真平台成为一个可移动的虚拟字典。

图1 实训器材特点介绍

4 实施效果

以VR维修电工培训软件在电工培训子课程“电子产品安装与调试”的应用为例，阐述相应软件使用情况。学生在校外时，通过虚仿真平台实施和练习，实现了线上线下同质等效，不仅提高了学生的装接工艺和熟练程度(见图2)，而且也降低了调试频率。该培训软件的应用使学生考工设计合格率上升25%，装接速度平均提升5min，成功率提升20%，真正达到了考前练兵和提升技能的目的，使得学生顺利完成了“电子产品安装与调试”的实操考试。

图2 学生技能实施效果

通过学生的实操成绩发现，由于学生在校外对VR虚拟平台的积极应用以及在校内的实操技能训练，使得学生的总体水平成功达到了需求能力标准。同时结合虚拟平台的知识介绍、教师线上培训和校内教学的查漏补缺，使得学生的排故次数、调试结果也得到了大幅度的改善。实践证明，本虚拟仿真平台具有良好的应用效果。

5 结论

综上所述，本文所提供的VR虚拟现实平台，在很大程度上减轻了教师和学生的作业负担，而且其打破了地理限制，方便学生随时随地地进行学习。该培训软件的应用使学生考工设计合格率、装接速度、成功率均得到明显提升，真正达到了考前练兵和提升技能的目的。