供配电教学中利用VR技术构建沉浸式学习环境的策略研究

王众毅，周刚

（许昌电气职业学院，河南 许昌 461000）

电气工程专业的课程内容均具备实践性的特征，这要求教师能够打破课堂的限制，在教会学生理论内容的基础上，带领学生参与实践，实现理论与实践的有效结合。在传统的教学工作中虽然也认识到了实践教学的重要性，但由于实践场地有限，多个班级轮流使用，很难在完成理论学习后直接参与实践，且不能保障每个学生都有机会上手操作，这便会对实践教学效果造成影响，容易出现理论与实践脱节的问题。基于此，利用VR技术打造虚拟的实践场地，为学生创造沉浸式的学习环境具有极为现实的教育意义。

1 沉浸式学习环境构建的基本原则

1.1 遵循科学性原则

在打造沉浸式学习环境时，主要目的是利用虚拟化技术构建虚拟的实践场景，并引导学生佩戴虚拟设备亲自参与实践操作，与虚拟空间进行良好交互。这便要求对沉浸式学习环境的打造要围绕具体的教学内容，保障环境构建的科学性。如在供配电学习中的应用，则需根据供配电技术的各个模块，分别创建供配电操作环境，促使学生在虚拟场景中完成对理论知识的应用，这与实际参与实践的教学效果相同。如在学习高压断路器的结构和运行机理时，则可利用3D技术先构建高压断路器的三维模型，之后通过贴图和渲染使其尽可能接近高压断路器的实物，之后让学生佩戴虚拟设备，实践操作高压断路器的拆卸与组装，这可使学生加深对其内部结构的直观了解。

1.2 遵循连贯性原则

此处指课程内容的连贯性以及学习知识的连贯性。同时，为了保障沉浸式学习环境构建的有效性，还需根据学生的学情和学习特点对其进行层次划分，对理解能力和学习能力较强的学生和学习能力较差的学生分别设置不同的知识框架，但需要注意的是，应围绕特定时期的教学任务，对知识框架进行科学设计，并将知识点进行模块化处理，以便于满足不同层级学生的学习需求。

1.3 遵循交互性原则

处于VR学习环境中的学生可以实现与三个对象的交互：（1）与被控制对象进行交互。指的是学生可以根据前期的学习内容操作实践，直接控制被控制对象的动作，在操作时，被控制对象的形态，运动方向等均受学生直接控制，并且会反馈相关的变化参数，辅助学生完成实践学习活动。（2）是与虚拟对象的交互。主要是指学生在实践过程中遇到问题时，可直接与虚拟对象对话，提出问题获得答案后，继续实践操作，直至完成实践学习任务，在与虚拟对象对话的过程中往往可以学习到书本中没有的知识点，促使学生的实践能力得到更好的提升。（3）与学习者的交互。指的是与同为学生的学习者进行交流和互动，在虚拟学习环境中，每个学习者均会化身虚拟形象，通过语言和肢体上的交流实现交互，通常是多个学习者通过在虚拟学习环境中的交互来共同合作完成实践学习任务。在沉浸式的学习环境中，学生的学习态度可以由被动学习转变为主动学习，相对来说，学习效果也更为突出。

2 利用VR技术构建供配电沉浸式学习环境的策略

随着VR技术的不断成熟，其已经被逐渐应用于教学工作中，利用虚拟现实技术实现对特定学习环境的模拟，为学生创造出沉浸式的学习环境，这可在一定程度上激发学生的主观意识，使其主动参与实践学习。从教学方面来讲，传统的教学模式以硬性灌输为主，学生只能被动接受，对各类理论知识的理解不够透彻，且无法应用于具体的实践中，出现理论与实践脱节的问题。而在VR技术的作用下，可为学生打造较为真实的实践学习环境，让学生在虚拟现实情境中直接动手实践，做到对理论知识的融汇贯通与合理利用。因此，此种教学手段更加教学优势，能够围绕学生的实践学习需求创设学习环境，促使学生通过真实体验掌握更多的供配电技术。

2.1 依托学习者的学习需求构建沉浸式学习环境

构建沉浸式学习环境的主要目的是打破传统教学模式的局限性，做到理论与实践的深度融合，确保学生在特定的学习环境中掌握相关的供配电技术。在构建沉浸式学习环境时的要点为以学习者的学习需求为核心，尽可能为学生打造真实的实践氛围，确保学生在虚拟学习环境中能够获得沉浸式的体验，从中了解和掌握大量的供配电技术要领，提升学生的实践操作能力。在沉浸式的学习环境中，可以改变枯燥的学习氛围，学生可在虚拟环境中练习供配电操作的基本要求，当学生做出错误的操作时，可以通过与虚拟对象的交互，获得错误提示，有助于规范学生的实践操作行为，在其中积累大量的实践经验，为今后步入岗位奠定良好的基础。除此之外，可以设计多个知识模块，确保学生在参与虚拟环境时，可以根据学生的学情为其智能推荐相关的学习内容，根据技术操作的难易程度细分课程内容，使学生通过沉浸式学习积累大量的实践经验，保障在今后参与工作后能够尽快适应岗位工作。

如在学习有关真空断路器的倒闸顺序和操作安全知识时，可以利用3D软件先构建一个三维模型，并在模型上附图渲染，使其形成与真实的真空断路器无限接近的虚拟模型，之后对其内部结构进行建模，并设置联动机构，确保对实践操作步骤的真实模拟。为让学生了解断路器的内部结构，可以将三维模型生产动态动画，对于断路器的拆卸和安装过程进行演示，让学生了解各个构件之间的关系，明确在断路器中各个构件的基本作用，这有助于学生对断路器运行原理的学习。在此基础上，方可利用VR技术为学生营造沉浸式的学习环境，使其在虚拟环境中完成与被控制对象的交互，全面掌握断路器的结构特点和运行原理，这可为今后的供配电技术学习奠定良好的基础。

2.2 增强虚实结合的效果为学生带来沉浸式的学习体验

VR技术中的仿真功能十分强大，能够根据具体的学习需求，实现虚拟与现实的有效结合，现阶段，VR技术已经能够实现视觉、听觉、触觉、嗅觉等多种感知的模拟，将其应用于供配电学习过程中，可以促使学生与虚拟环境的交互来获得多种感官体验，从中真实地感受供配电技术的操作方法。当学生沉浸于虚拟环境中时，便能忽视现实与虚拟环境的界限，在虚拟环境中完成对供配电相关技术的实践操作，积累和掌握大量的实践操作经验。此外，在实践操作中也能检验学习者在理论学习中存在的不足，帮助学习者更好地掌握理论基础，并将其融汇到具体的实践作业中，通过观察学习者的实践操作表现，也能明确今后的实践学习方向和学习任务，致力于不断弥补学生的短板，强化其供配电技术水平。

2.3 融合多学科内容搭建知识体系完善的沉浸式学习系统

当前时期，最明显的特征便是学科的边界不再清晰，大部分技术中均融合了多学科的内容，供配电技术也不例外，其与自动化技术和电气技术等存在密切的联系。因此，在针对供配电技术进行学习时，不得局限于课本内容，还需根据其技术特性对所学的知识内容进行扩展，但不得脱离于供配电相关技术的范畴，旨在强化学生的供配电技术能力。在借助VR技术打造虚拟学习环境时，可以将多学科的知识点融入其中，实现供配电技术与多学科内容的深度融合，通过跨学科的学习能够不断完善学生的知识体系，使其对供配电技术有更深入的认知。

3 结语

VR技术在供配电学习中的应用优势主要表现为，能够带给学习者多种感官体验，使其在学习中体验沉浸式学习的乐趣。为了打造高效的沉浸式学习环境，首先，应该明确学生的主体学习地位，根据学情划分等级，并有针对性地为其提供对应层级的实践学习环境，确保每个层级的学习者均能通过与虚拟环境以及被控制对象的交互达成良好的实践学习效果；其次，便是丰富虚拟学习环境的沉浸式体验，让学生通过多重交互掌握特定的技术操作方法，积累和总结大量的技术操作经验，弥补在传统学习活动中存在的不足；最后，需要实现对学科知识点的融合，让学习者在有限的时间内获得更多知识内容，提高供配电学习的实效性。