虛擬現(xiàn)實技術(shù)在電力專業(yè)實訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用

王亞軍

摘 要：虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)的出現(xiàn)，為電力專業(yè)的實訓(xùn)教學(xué)開辟了一條新的途徑，既可以節(jié)約實訓(xùn)室建設(shè)成本，又可以提高教學(xué)效果。本文對VR在高職院校電力專業(yè)實訓(xùn)中應(yīng)用的可行性和前景提出了一些自己的想法。

關(guān)鍵詞：VR技術(shù);實訓(xùn);應(yīng)用

【中圖分類號】G【文獻標識碼】B【文章編號】1008-1216（2018）10B-0081-02

近些年，隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是計算機虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用，改變了一些傳統(tǒng)的教學(xué)模式，它能夠創(chuàng)設(shè)接近真實的學(xué)習(xí)場景，具有良好的交互特性，這非常符合實訓(xùn)教學(xué)的需求。將虛擬現(xiàn)實技術(shù)引入實訓(xùn)教學(xué)，能夠提升教學(xué)效果，降低教學(xué)成本。本文以筆者所在學(xué)院為例，論述虛擬現(xiàn)實技術(shù)在電力系統(tǒng)自動化實訓(xùn)教學(xué)中應(yīng)用的可行性。

一、虛擬現(xiàn)實技術(shù)簡介

虛擬現(xiàn)實（virtual reality，VR）技術(shù)通過模擬真實的環(huán)境，使用戶得到近乎置身于實際場景的感覺。VR技術(shù)可以對工廠生產(chǎn)操作、設(shè)備維護、產(chǎn)品設(shè)計等提供輔助手段，是近些年計算機圖形學(xué)和圖像領(lǐng)域的研究熱點之一，VR技術(shù)可以應(yīng)用到社會生活的諸多方面，具有很廣闊的應(yīng)用前景和實際需求。VR技術(shù)有三大主要特征：交互性，沉浸感和構(gòu)想性。具體內(nèi)容如下：

1.交互性，是指用戶對模擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度。它包括模擬場景中對象的可操作性和用戶從中獲得的反饋。在實際應(yīng)用中，用戶可以通過鍵盤鼠標、頭盔、VR眼鏡、數(shù)據(jù)手套等傳感裝置進行交互。

2.沉浸感，是指用戶感覺到自己仿佛真的置身在虛擬世界的程度，它是VR技術(shù)的主要技術(shù)特征，也是評價 VR 體驗的最重要指標之一。用戶在計算機所創(chuàng)造的三維模擬環(huán)境中有“身臨其境”的感覺，覺得自己就是在“真實世界”，因此，沉浸感不僅包括用戶的視覺、聽覺獲得感，甚至還包括觸覺、嗅覺等器官的感受，能夠調(diào)用的感覺越多，沉浸感越好。

3.構(gòu)想性，是VR技術(shù)的最終目標，用戶沉浸在VR創(chuàng)造的虛擬環(huán)境中，從中獲得了新的認知和感覺，提高了自身的感性和理性的認識，并產(chǎn)生了新的構(gòu)想，這些構(gòu)想產(chǎn)生的新的交互傳到VR系統(tǒng)中，系統(tǒng)再將處理的結(jié)果和狀態(tài)直接反饋給用戶，用戶再次有新的認知和感覺，如此反復(fù)，使用戶獲得了一個“認知—構(gòu)想—再認知”的過程。

作為一種在教育教學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的新技術(shù)， VR技術(shù)的出現(xiàn)為廣大教師提供了一種全新的教學(xué)手段。目前，VR技術(shù)在國外的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，比如，醫(yī)學(xué)院學(xué)生實習(xí)模擬、飛行員操作模擬，軍事院校學(xué)生實戰(zhàn)模擬、技術(shù)工人機床模擬操作等，VR技術(shù)的應(yīng)用提高了相關(guān)領(lǐng)域的培訓(xùn)效果，降低了實踐教學(xué)的成本。

二、電力專業(yè)實訓(xùn)教學(xué)的現(xiàn)狀

目前，各大高職院校在電力專業(yè)實訓(xùn)機電建設(shè)方面主要是購置電力系統(tǒng)實訓(xùn)設(shè)備，根據(jù)專業(yè)內(nèi)容，建立各種校內(nèi)實訓(xùn)室，供專業(yè)課程實訓(xùn)教學(xué)使用，還有就是與電力企業(yè)合作，建立校外實訓(xùn)基地，定期安排學(xué)生到校外實習(xí)。但是，目前電力專業(yè)實訓(xùn)基地建設(shè)主要存在如下幾方面的問題：

（一）建設(shè)資金有限，不能完全滿足實訓(xùn)基地建設(shè)需求

建立校內(nèi)實訓(xùn)室需要大量建設(shè)資金，以筆者所在學(xué)院的電力系統(tǒng)自動化實訓(xùn)室為例，實訓(xùn)室采購了6套SLFZD-2 型電力系統(tǒng)綜合自動化實驗平臺，還有一套控制系統(tǒng)，總價格達150萬，這僅是一個實訓(xùn)室的建設(shè)費用，除此之外，還有電力系統(tǒng)繼電保護實訓(xùn)室、供配電實訓(xùn)室等，滿足日常專業(yè)教學(xué)的實訓(xùn)室建設(shè)費用預(yù)計達500萬之多，這對于目前高校有限的實訓(xùn)機電建設(shè)資金來說是很困難的。雖然學(xué)院通過各種途徑籌措建設(shè)資金，但是面對實訓(xùn)基地建設(shè)的需求還是不能完全滿足。另外，隨著技術(shù)的更新，許多舊的實訓(xùn)設(shè)備已不能滿足教學(xué)需求，這還需要另外的資金對實訓(xùn)室進行更新，這就對各高職院校的實訓(xùn)基地建設(shè)提出了新的要求，也需要更多的投入。

（二）實訓(xùn)過程中存在一定的安全隱患

電力專業(yè)的很多實訓(xùn)設(shè)備都是在強電環(huán)境下運行，學(xué)生在實訓(xùn)的過程中，由于對實訓(xùn)設(shè)備的操作不熟練、專業(yè)知識缺乏等原因，會存在誤操作的可能，這就可能損壞設(shè)備，嚴重的時候甚至可能由于短路放電傷及學(xué)生，這就給電力專業(yè)實訓(xùn)教學(xué)帶來了很大的安全隱患。再加上同時實訓(xùn)的學(xué)生比較多，兩名指導(dǎo)教師面對著幾十名學(xué)生同時實訓(xùn)，雖然實訓(xùn)前教師會反復(fù)強調(diào)操作安全要求，但是還是會有一些安全問題存在而無法解決。

三、 VR技術(shù)在電力專業(yè)實訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用

高職院校的實訓(xùn)教學(xué)是十分重要的，尤其對于電力專業(yè)，通過實訓(xùn)，學(xué)生不僅能深入理解專業(yè)知識，更重要的是，通過實訓(xùn)可以培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)備操作技能，提高專業(yè)水平，為今后從事電力相關(guān)工作打下堅實基礎(chǔ)。但是，過去通過言傳身教的培養(yǎng)方式往往會花費大量的時間和精力，效果卻難以令人滿意。一方面，傳統(tǒng)的教學(xué)方法已經(jīng)不能很好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，另一方面，有限的實訓(xùn)教學(xué)條件和飛速發(fā)展的職業(yè)需求已經(jīng)不能滿足高職實訓(xùn)教學(xué)的需求。對于教學(xué)部門來說，培養(yǎng)的學(xué)生的質(zhì)量關(guān)系到學(xué)校的聲譽和今后的招生。在目前招生中高校間競爭日趨激烈的大環(huán)境下，如何能夠培養(yǎng)出一批優(yōu)秀的學(xué)生，提高學(xué)生的專業(yè)水準和社會口碑是至關(guān)重要的。而對于學(xué)生來說，專業(yè)水平的高低，從近的方面看，關(guān)系到自己在激烈的就業(yè)市場中能否找到一份心儀工作，從遠的方面看，如果學(xué)生的學(xué)習(xí)效果差往往會導(dǎo)致后續(xù)從事專業(yè)工作時出現(xiàn)紕漏及人為安全事故，這無疑會嚴重影響學(xué)生今后的職業(yè)生涯，也同時會影響學(xué)校的聲譽。所以VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)的出現(xiàn)，對于電力專業(yè)的實訓(xùn)教學(xué)來說是非常有利的。

通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，構(gòu)建虛擬實訓(xùn)場景，包括發(fā)電站、配電站、輸電系統(tǒng)等都可以在虛擬空間中呈現(xiàn)。當學(xué)生帶上VR眼鏡，就可以身臨其境地到達虛擬工作場景中，自由觀看各種電力場所及電力設(shè)備，同時通過人機交互技術(shù)可以拆裝詳細的設(shè)備機械，深度學(xué)習(xí)電力相關(guān)的知識。另外，VR技術(shù)還可以實現(xiàn)電力系統(tǒng)作業(yè)操作仿真模擬訓(xùn)練，在系統(tǒng)中，學(xué)生可以操控VR手柄實現(xiàn)各種作業(yè)操作，如帶電操作、高空作業(yè)、巡檢作業(yè)等。VR電力培訓(xùn)系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置了智能引導(dǎo)功能，學(xué)生在系統(tǒng)的引導(dǎo)下就可以實現(xiàn)自主培訓(xùn)，這無疑是傳統(tǒng)培訓(xùn)所不能達到的效果。

此外，VR在電力專業(yè)實訓(xùn)教學(xué)中還有以下幾方面優(yōu)勢：

1.降低實訓(xùn)室的建設(shè)成本，提高教學(xué)效果。

學(xué)?？梢院拖嚓P(guān)企業(yè)合作開發(fā)VR教學(xué)資源，學(xué)?？膳上嚓P(guān)專業(yè)教師參與VR課程的建設(shè)，提供專業(yè)意見，與企業(yè)的VR開發(fā)人員共同建立實訓(xùn)虛擬場景，模擬電力實訓(xùn)內(nèi)容，VR課程開發(fā)完成后，學(xué)?？梢再徺I或者租用該VR課程，在學(xué)生實訓(xùn)時，只需要提供實訓(xùn)場地即可，這樣，學(xué)校在建設(shè)實訓(xùn)室的時候可以以少量資金達到建設(shè)目標，在后續(xù)的教學(xué)過程中，學(xué)校還可以和VR公司保持長期合作，對VR資源進行深度開發(fā)，以滿足現(xiàn)代實訓(xùn)教學(xué)的新需求。學(xué)生通過VR教學(xué)資源提供的教學(xué)環(huán)境，可以在近乎真實的環(huán)境中去全面認識電力系統(tǒng)中的各種設(shè)備，還可以進行模擬操作，并能得到一定的反饋，這樣可提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)興趣，進而能夠提高教學(xué)效果。

2.消除實訓(xùn)中存在的隱患。

學(xué)生在VR教學(xué)資源中如果出現(xiàn)誤操作，系統(tǒng)會有相關(guān)反饋，比如會出現(xiàn)一些聲光的反饋，但是不會有觸電的危險，這對于加強實訓(xùn)室安全管理是非常有利的，學(xué)生可以在虛擬的環(huán)境中不斷練習(xí)，提高專業(yè)認識和操作技能，但不會有操作的實際危險，這對提高現(xiàn)代實訓(xùn)教學(xué)水平是很有幫助的。

當然，VR技術(shù)也不是萬能的，VR技術(shù)雖然能夠虛擬現(xiàn)實中的工作或?qū)W習(xí)環(huán)境，但是畢竟與真實環(huán)境是有一定的差距的，它只可以作為基礎(chǔ)專業(yè)學(xué)習(xí)階段的一種學(xué)習(xí)工具，此外，VR教學(xué)資源開發(fā)質(zhì)量的好壞，對實際場景再現(xiàn)水平的高低，會影響實際教學(xué)效果，這就要求VR資源開發(fā)相關(guān)人員要有更高的開發(fā)能力，因此，選擇合適VR資源開發(fā)廠家是至關(guān)重要的。

四、結(jié)束語

隨著時代的發(fā)展以及計算機科學(xué)技術(shù)的進步，虛擬現(xiàn)實（VR） 技術(shù)會在社會生產(chǎn)、生活中獲得更加廣泛的運用。目前，虛擬現(xiàn)實技術(shù)憑借著其自身的特點而在高校實訓(xùn)教學(xué)中得到了廣泛應(yīng)用，在針對電力專業(yè)的實訓(xùn)教學(xué)中，VR技術(shù)可以應(yīng)用到電力實訓(xùn)的各個環(huán)節(jié)，甚至可以承擔校外電力生產(chǎn)技術(shù)人員的崗前培訓(xùn)。因此，筆者認為，隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在電力系統(tǒng)中廣泛和深入的應(yīng)用將給電力系統(tǒng)帶來深遠影響，并帶來顯著的技術(shù)和經(jīng)濟效益。

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