VR技术在变压器实训教学中的应用＊

施香怡，杨 乘

（贵州师范大学，贵州 贵阳 550025）

变压器检修实训课是电工专业必修课“电机与变压器”中的一节内容，实训的内容包含变压器的安装与检修。变压器的检修对于电工专业的学生是必须要会的技能。传统的变压器实训教学存在设备不足、危险系数高等问题。VR技术具有的沉浸性、构想性、交互性的特点，能够帮助学生切身地融入到变压器实训教学中，激发学生的学习兴趣，培养学生的创新能力和实践能力。

1 虚拟现实概述

虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术综合了计算机图形学、图像处理与模式识别、智能技术、传感技术、网络技术等多门科学，将计算机处理的数字化信息转化为人们能感受的具有各种表现形式的多维信息[1]。作为21世纪最新的技术成果，虚拟现实在教育领域中具有明显的优势和巨大的潜力，已广泛受到教育工作者的重视和青睐。运用虚拟现实技术构建虚拟教学环境，体现了和真实世界物体的交互性，打破了传统教育的壁垒，将虚拟现实与教育进行深度融合，来缩短教育与社会之间的差距，为学生提供丰富的教育资源和更加优质的教育。

2 变压器实训教学现状分析

2.1 基础设施不完善

变压器实训教学中所需的变压器设备相对比较昂贵，学校经费有限，无法及时更新变压器的基础设备，目前有些设备存在老化、零部件生锈等问题。学生在进行故障检修的过程中，出现的设备问题较单一，用来进行操作类实训项目的实训设备经过反复操作容易损坏，对于学生接下来的探索学习和研究产生了一些阻碍[2]。并且设备量也达不到学生数量上的均衡，无法达到实训教学的基本要求，实训教学质量得不到保障。

2.2 理论与实践结合度不高

实训课题设置不合理。变压器检修的训练课题在进行实训教学时，难以形成实际变压器运行情境，学生仅靠书本上的理论来支撑实训课，没有具体实物进行演示，学生难以形成对变压器产品的认知和维修的意识，对其操作注意事项和具体操作方法都不够具备，不利于学生职业能力和职业情商的培养。实训教学的考核形式化。教师没有把能力本位的思想贯穿到实训教学过程中，只注重考核结果，过于片面化，没有关注学生学习的过程，学生真正做变压器检修工作时，不具备专业能力和应对故障的技巧，实训课的作用没有发挥出来。

2.3 教学方法落后

按照国家教育部门相关规定，要求实训课中要以学生为主，教师为辅，将大量的时间给予到学生自主操作上，教师主要针对具体问题进行讲解与演示。然而在实际的实训课教学过程中，通常是教师讲解操作的演示过程，学生实际动手操作的机会很少，缺少对专业技能和操作经验的掌握，不利于培养学生主动创造的精神和实践锻炼的能力[3]。

3 VR技术在变压器实训教学中的应用

3.1 创设虚拟环境

设计VR场景，主要分为以下4个步骤：①设计用户交互界面。运用Unity3D中UI部件设计变压器虚拟场景的交互界面，包含变压器结构认识、变压器组装以及变压器故障呈现。②实现场景漫游。插入变压器收集真实环境中变压器各种零部件的详细数据，运用3D Max软件对变压器结构进行建模[4]；将建好的变压器模型以.fbx格式导入到unity3D 2018软件中，在场景视图中，设置大小和位置，给变压器模型添加Steam VR中的Teleport Point脚本实现场景漫游。③播放3D动画。运用unity 3D中的Video Player插件播放变压器组装视频和变压器正常运行工作场景。④具体的场景跳转和场景退出的代码通过C#进行编写。在编写脚本的时候需要注意脚本必须挂在游戏对象上，都必须继承MonoBehaviour类，脚本的文件名和类名称相同。

搭建VR平台。主要采取的软硬件设备包括计算机、HTC Vive头戴式设备、Steam VR和操控手柄。搭建VR平台的步骤主要分为以下5步：①规划操作区（虚拟边界）；②安装定位器；③下载Vive安装程序（Steam VR）；④将Vive设备连接到电脑；⑤启动程序完成VR平台的搭建。

3.2 丰富教学内容

对变压器故障检修的内容，将其分为两部分。第一部分为变压器的安装。主要通过VR呈现变压器的基本结构，学生能够近距离接触变压器，了解变压器的内部结构。在讲解变压器组装这块内容时，通过VR视频展现35 kV节能型油浸式变压器、10 kV节能型油浸式变压器和节能型环氧浇注干式变压器三种变压器由内到外、由底到上安装的全过程，然后学生再对变压器进行安装。第二部分为变压器的故障处理。常见的变压器故障分为内在故障和外在故障，学生平常实训接触到的故障为绕组和铁芯故障居多，对油温升高、强烈喷油、冒火花现象接触较少。通过VR运用粒子系统呈现变压器冒火花的现象，学生能够学习到更多切合未来发展的知识，切身感受到变压器环境可能存在的不安全因素，增强操作规范性的训练。

3.3 改变教学方式

VR技术作为一种新兴的信息技术手段，将其运用到实训教学中，丰富了实训教学的媒体平台，扩展了实训教学的展开方式，为变压器检修实训教学提供了强有力的支撑。由于变压器结构复杂、零部件过多，学生对变压器结构认识仅靠书本和PPT的形式，到真正传统实训拆装的过程中，不能够形成自己对变压器结构内在和外在的联系。教师可以通过VR在三维空间里将言语不能够表达的抽象概念和平面图片进行立体化和可视化的呈现，学生能够直观地感受到变压器知识结构，场景里边会提示每一个具体零部件的名字和位置，方便学生建立起知识内在和外在的联系[5]。

学生在课前通过VR自主学习了解变压器结构和三相变压器的具体组装步骤，具备了变压器相关理论知识。在进行变压器组装实训时学生之间可以通过协作学习的方式，共同完成变压器组装，通过与同伴交流，发现自己存在的问题，不断的探索和改进[6]。教师在此过程中主要承担的角色是指导者和陪同者，目的是培养学生自主创新能力和团队协作能力，为以后投入到电力部门的相关工作奠定基础。

3.4 提升教学效果

通过VR教学将枯燥的知识概念进行动态化的演示，学生能够在场景中从多个角度观察到变压器结构，来掌握变压器相关基础知识。学生能够直观地感受变压器实际运行工作场景，身临其境到实训环境中，调动自己身心，提高学生学习兴趣，为教学有序开展奠定了良好的基础。

通过VR技术还原真实变压器设备组装与维修的全过程，帮助学生对变压器常见故障现象进行识别、检测与维修。按照变压器常规作业流程来规范学生实训操作，将变压器相关理论知识与实际操作相结合，培养学生形成良好的实训操作习惯，形成一套系统性地变压器检测步骤顺序，产生肌肉记忆，逐渐熟能生巧，独立完成变压器技能操作，培养学生的专业能力[7]。

通过VR技术对学生掌握变压器知识水平进行考核，学生能够及时亲测到自己所出现的问题。根据自我测评，学生可以分析自己对知识掌握的程度，能够做到及时反馈和查看，进行查漏补缺，方便与师生交流，提升自己的专业水平和技能操作，真正做到理论知识与实践相结合，而不仅仅以成绩考核为主。通过VR技术对学生掌握变压器知识水平进行考核，帮助学生提高运用知识的能力，使学生灵活处理遇到的问题，并乐于探索并爱上学习。

4 结语

实训教学是职业教育中培养学生职业能力的重要环节，虚拟现实技术作为一种新兴的信息技术手段，将其运用到职教实训教学中是大势所趋。通过创设变压器虚拟教学环境、编排教学内容、改变教学方式，分析了在变压器在实训知识讲解、实验操作和考核评价等方面结合VR技术得到教学效果的提升，培养学生自主学习能力和创新实践能力。将VR技术应用到职业教育实训教学中，拓宽了教学思路，为职业教育改革发展提供新方向。