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中高职实训教学中的虚拟现实技术应用

发布时间:2022-10-26

编辑人:灵图互动

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1.中高职实训教学中的虚拟现实技术应用

职业教育培养的是应用型技能人才,以技术应用和技能培训为主要目标,注重培养学生实践动手的能力和解决现场实际问题的能力,所以更加注重实训教学环节。近年来,随着科技的发展,职业院校的实训教学手段也越来越先进,实训设备条件也越来越完备,但是在实际实训教学中仍存在着不足,比如,实训设备庞大,场地受限,某些复杂、真实的实训场景无法实现,实训无法保证人人操作等等。

基于虚拟现实技术具有整合现实与虚拟,并让用户在人为创造的虚拟情境内获得仿若置于真实环境中的沉浸式体验的特点。将虚拟现实技术应用于中高职院校实训教学中,能够很好地弥补这些不足。通过计算机模拟真实岗位的工作环境,构建虚拟现实仿真平台,模拟各类实训教学场景,组织学生在沉浸式虚拟环境中进行操作与学习,再搭配VR眼镜等虚拟设备,使学生在虚拟环境中获得真实的实践操作体验,完成各项实训操作。进而掌握岗位工作技能,实现实训教学的目标,使职业教育实训教学更为便利、高效、安全。

2. 主要硬件设备

硬件设备是虚拟现实技术中必不可少的基础。要将计算机中的世界呈现到人们眼前,需要各种硬件设备。虚拟现实技术的主要硬件设备有桌面式VR设备、头盔、AR眼镜、大场景显示系统等。

2.1 桌面式VR设备

桌面式VR设备是一套基于普通PC平台的小型桌面虚拟现实系统。它采用的是3D桌面一体机,使用触控笔配合3D眼镜进行操作,让模拟场景可以直观地呈现在用户眼前,用户可进行解剖、拆装、检测等精细操作。

2.2 VR头盔

在实训教学中,虚拟仿真技术运用最多的就是沉浸式虚拟仿真技术,即VR头显,是一种利用头戴式显示设备将用户对外界的视觉、听觉封闭,引导用户产生一种身在虚拟环境中感觉的技术。

中高职实训教学中的虚拟现实技术应用主要硬件设备

2.3 AR眼镜

AR是增强现实技术,是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像、视频、3D模型的技术,这种技术的目标是在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并进行互动。AR眼镜可以实现诸多功能,可以看作是一台微型的手机,通过跟踪眼球视线轨迹判断用户目前处于的状态,并且可以开启相应功能。AR眼镜让设备的维修维护变得更便利、更便捷,能准确地指导产品的生产制造过程,适用于结合实物的操作培训。

2.4 大场景显示系统

大场景显示系统是基于全景图像的真实场景虚拟现实技术,是把相机环360度拍摄的一组或多组照片拼接成一个全景图像,通过计算机技术实现全方位互动式观看的真实场景还原展示方式。这种大场景虚拟现实技术更加具有身临其境、震撼的效果.

3. 中高职实训教学中的虚拟现实技术应用及效果

将虚拟现实技术应用于中高职实训教学中,可以构建出各种应用环境的虚拟仿真实训教学场景,从而弥补目前实训教学的不足,提高实训教学的效果。

3.1 增加实训真实体验

在职业教育实训教学中应用虚拟现实技术,采用虚拟现实技术,再现实训教学的任务场景,使学生沉浸在情境中进行熟练操作,既能调动学生全部感觉器官,使学生能够集中精神在虚拟的环境中体验到真实的效果,增加实训真实体验。还能通过这种体验式的学习方式增强记忆力,提升学习效率。相较于传统观看视频动画的多媒体方式更加先进、宜观。

虚拟现实仿真实训室可以搭建出任意场景,包括各种工况和设备的作业现场,如工程施工现场,设备巡检、抢修现场,事故现场,自然灾害现场,古建筑现场等等。

例如,在机电专业的自动化生产线实训教学中,应用虚拟现实技术模拟自来水企业的自动化生产线,繁多复杂的设备应有尽有,每名学生都带上头盔沉浸在与实际真实场景完全一样的环境中,可以弥补现阶段职业院校实训教学无法实现庞大生产线的不足。

虚拟现实仿真实训室

再如,虚拟现实技术还可以模拟真实的实操练习,在汽车发动机拆装实训中,通过应用虚拟现实技术,可以把汽车发动机模型做成和真实发动机结构完全一致,甚至拆装顺序、功能也完全一致,如果拆装顺序有误,则无法继续进行拆装。

3.2 增强实训交互感

中高职实训教学中应用虚拟现实技术,能使学生与模拟环境中的事物进行可行性的互动操作,达到十分客观自然的交互感,从而实现人机对话,不仅可以做到实训场景上的逼真,而且可以做到实训操作交互上的逼真。

例如,在强电电柜调试维修实训中,可以模拟实际的触电、设备故障等问题,学生在调试维修中,如果操作不当,虚拟现实仿真实训室系统里的强电电柜警示灯会闪烁,电柜的零部件产生放电火花,报警器会鸣笛,甚至学生的手部也会有轻微触电的感觉,从视觉、听觉、触觉上全方位地实现人机交互,增强了实训的交互感。

由于虚拟的实训系统无任何危险,学生可以反复练习,直至掌握操作技能为止。因此,在高职机电、电气化专业的强电电柜调试维修实训教学中,应用虚拟现实技术可以弥补目前实训教学无法呈现危险实训场景的不足,改变原来的答试卷、看视频、写总结的实训方式。

中高职实训教学中应用虚拟现实技术

3.3 实现人人操作

在高职实训教学中应用虚拟现实技术,能使每名学生都可以在虚拟的实训环境中进行操作,满足学生人手一台的需求。虚拟现实技术资源还可以重复利用、在线共享,可以实现多名学生同一场景的实操,甚至协同作业,完成实训任务。

例如,在汽车检测与维修专业的汽车发动机拆装实训、数控维修专业的数控机床拆装实训中,采用桌面式VR设备,每名学生坐在一台3D桌面一体机面前,进行实训拆装模拟操作,可以弥补因实训设备数量有限而导致无法实现人人操作的不足。

汽车虚拟现实仿真实训室

3.4 缩短设备运行时间

中高职实训教学中应用虚拟现实技术,在虚拟的加工环境下,无需考虑生产事故的问题,可以大大缩短数控设备加工运行时间。

例如,在数控专业的数控机床操作与加工实训中,数控机床零件加工基本上都是大切削量的加工,虽然从毛坯到成品,绝大多数材料都变成了切屑,但在数控加工时必须保证每一次吃刀量很小,需要循序渐进地加工,如果吃刀量较大,容易损毁刀具和工件,造成加工生产事故,这种加工方式既耗费了大量的加工时间,又降低了设备利用率。把虚拟现实技术应用于数控机床零件加工中,在虚拟的环境下提高数控加工时的每一次背吃刀量,从而使毛坯快速地被加工成产品,同时也不会出现加工事故。

数控专业虚拟现实仿真实训室

3.5 满足学生弹性学习需求

中高职实训教学中应用虚拟现实技术,可以突破场地、设备、师资、时间、空间的局限,满足学生弹性学习的需求。即使是在非课堂教学时间,在学校实训室关闭的情况下,学生也可以利用虚拟现实技术模拟真正的实训场景,随时随地进行学习与实践,提高学习的积极性,养成主动学习的习惯,从而加强对所学知识及技能的巩固。

虚拟现实技术因真实感强、交互感强、多人协同作业等优势,与以培养应用型技能人才为己任的职业教育理念不谋而合,将虚拟现实技术应用到实训教学中,能够很好地弥补现阶段职业教育实训教学存在的不足,增加实训真实体验,增强实训交互感,实现人人操作,缩短设备运行时间,满足学生弹性学习需求,从而提高实训效率,使实训教学更真实、更安全、更规范、更有效。


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