VR技术在职业院校教学中的应用

赵中涛

（西安铁路职业技术学院，西安 710026）

我国高速铁路运营里程高居世界第一，运输量大，车辆多，检修任务重。因此，每一位铁路院校毕业的学生都必须对铁路类检修工作有清晰、整体的认知，能够熟练掌握检修流程，能快速高效地完成检修工作，能将理论知识熟练应用到检修过程中，做到两手抓，两手硬。为培养出毕业即可上岗的优秀学生、一流职工，铁路类职业院校除了讲授理论知识以外，必须让每一位同学在校时有实践锻炼的机会，有独自完成检修工作的经验。因此，一套能完成全部检修项目的虚拟仿真系统在铁路院校的教学中具有重要作用。

1 VR技术在实践教学中的应用优势

VR技术是随着计算机和多媒体技术发展而崛起的一门新技术，应用范围广，操作简单，在实践教学中具有诸多优势。

1.1 激发学习兴趣

沉浸式学习，有利于提高学习兴趣。操作者处于一个相对真实的环境进行实践操作，自己探索学习，有助于提升学习主动性，多次重复练习，反复纠错，加深学习记忆。同时避免了大段语言描述的枯燥性以及因讲解者语言匮乏、听课者空间想象力差而导致的听不懂、耗时间等问题，提升了学习效率[1]。

1.2 降低实践环节的危险性

用虚拟仿真软件可实现多次的重复练习，避免因不熟悉检修流程、设备、工具等而造成的安全问题。用软件检修中可设置好检修流程，在操作顺序和使用工具出错时及时告警，避免扩大错误，并加深检修者记忆，保证实践操作的安全。

1.3 经济性高，使用方便

用虚拟仿真技术进行实践操作，一次性投入可多次重复使用，降低了实践成本[2]。头盔式虚拟仿真软件真实性强，可用于多个检修场景；非头盔式检修设备只需安装软件就可以使用，即用即装，使用场所灵活。

1.4 占地面积小

用虚拟仿真软件代替车体结构，缩小了占地面积，解决了场地不足问题。

2 VR技术在实践教学应用中尚需解决的问题

2.1 没有触觉，体验效果欠佳

用虚拟仿真软件进行检修，只有视觉和听觉，没有触觉，降低了实践操作的体验感，导致操作者的代入性低，警惕性低，出错率和返工率高。

2.2 头显与近视眼镜互斥

用VR进行实践操作通常要用到VR头盔，如图1所示。为保持好的视觉效果，VR头盔上的眼镜需保持紧贴眼睛状态[3]。但是，配戴有近视眼镜的同学，如何让两副眼镜共存成为一个亟需解决的问题。

图1 VR头盔

2.3 软件成熟度不够

VR技术应用到实践教学的比例不高，在实践教学中软件成熟度不够，故障率较高，且需要专人维护。戴头显进行检修时，视野晃动严重，容易导致眩晕，导致每个人操作时间不能太长，甚至不能完整做完一套检修流程。

3 VR技术在铁路类职业院校教学中的应用实例

以西安铁路职业技术学院机电工程学院为例，因为高职类职业院校特色，学院教学均以理论教学加实践教学的模式进行。主流专业中，理论教学与实践教学比例基本达到1:1[4]。教学对实践设备的需求逐渐增大，但铁道车辆体积大、价格高，购买及放置实践所需的设备对学院来说困难较大。因此，西安铁路职业技术学院机电工程学院引入VR技术进行实践演练。以铁道车辆专业为例，依据专业实际需求，建设车辆制动系统检修仿真实训室和铁道车辆检修VR实训场。图2是对铁路货车进行检修，使用虚拟仿真软件能够实现对车体、车下、车端连接处的检修，还能够实现对列车制动保压缓解性能的试验；图3是对104型分配阀进行分解和组装，实现了每人一阀拆装练习，提升练习效率；图4是对制动夹钳进行检修逼真的检修场景，立体的视觉效果，能够达到与实物拆装几乎相同的训练效果。

图2 铁路货车VR检修实践现场

图3 104型分配阀的分解和组装

图4 检修制动夹钳

依据铁道车辆实训过程，统计得到本专业VR设备使用情况如表1所示[5]。

表1 VR设备实训使用率

4 VR技术在职业院校教学中的展望

VR技术能够在场地及资金有限的情况下，为学生提供一个训练、练习的场地，能够在避免操作危险的前提下，学习到检修流程并积累检修经验，能够多次使用不需要考虑耗材成本，且这种虚拟现实环境能够激起学生的好奇心，激发学习兴趣。随着多媒体设备在理论及实践教学中的应用推广，VR技术在教学中的应用前景越来越广阔。