虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)全英文課程改革探索

◆張鳳麗 王金江 羅曉蘭

(中國(guó)石油大學(xué)〈北京〉機(jī)械與儲(chǔ)運(yùn)工程學(xué)院)

機(jī)械工業(yè)“十三五”發(fā)展綱要指出實(shí)施“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、質(zhì)量興業(yè)、融合發(fā)展、綠色低碳、國(guó)際合作、人才為本、文化提升”八大戰(zhàn)略任務(wù)，建設(shè)機(jī)械制造強(qiáng)國(guó)。針對(duì)目前高等學(xué)校工科學(xué)生，根據(jù)工程教育12條畢業(yè)要求，機(jī)械及相關(guān)專業(yè)開設(shè)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課程有利于學(xué)生了解當(dāng)今技術(shù)前沿，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和自主學(xué)習(xí)的能力，為學(xué)生畢業(yè)后無論是讀研還是走上工作崗位打下堅(jiān)實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)，以滿足當(dāng)今社會(huì)發(fā)展對(duì)人才的需求。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)利用計(jì)算機(jī)三維圖形技術(shù)、交互技術(shù)、模擬技術(shù)、傳感技術(shù)、顯示技術(shù)、人機(jī)界面技術(shù)等技術(shù)手段，為學(xué)習(xí)者建構(gòu)一個(gè)仿真的學(xué)習(xí)環(huán)境。在研究性學(xué)習(xí)中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)尤其重要，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來開發(fā)設(shè)計(jì)虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境，可以為學(xué)習(xí)者提供一個(gè)真實(shí)的學(xué)習(xí)環(huán)境，克服研究性學(xué)習(xí)中遇到場(chǎng)地、時(shí)間等因素的限制的問題，同時(shí)又可以排除其他對(duì)學(xué)習(xí)不利的影響因素(如高溫高壓等)，因而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在研究性學(xué)習(xí)中的應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

中國(guó)石油大學(xué)(北京)開設(shè)全英文虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)教學(xué)模式，使學(xué)生具有更好的人文、學(xué)術(shù)和工程素養(yǎng)，把學(xué)生培養(yǎng)成為具有創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力和國(guó)際視野的工程技術(shù)人才，為獨(dú)立從事機(jī)械工程特別是石油工程裝備領(lǐng)域的設(shè)計(jì)制造、應(yīng)用研究、生產(chǎn)管理、專業(yè)英語水平打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，使畢業(yè)生更能滿足國(guó)際化的需求。

通過開設(shè)全英文虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)這門選修課程要求機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生達(dá)到以下基本要求：

1.了解并掌握虛擬現(xiàn)實(shí)的基本概念和術(shù)語、系統(tǒng)組成及應(yīng)用領(lǐng)域；

2.掌握構(gòu)造、交互和控制虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的基本方法；

3.培養(yǎng)根據(jù)給定的主題或項(xiàng)目建立虛擬環(huán)境的能力；

4.具有良好的外語應(yīng)用能力和一定的國(guó)際化視野，能夠合理使用專業(yè)外文文獻(xiàn)，能夠在跨文化背景下進(jìn)行溝通和交流。

一、以提高學(xué)生綜合素質(zhì)為目標(biāo)，構(gòu)建輕松愉快教學(xué)模式

對(duì)于一些工程實(shí)踐或復(fù)雜工程問題中出現(xiàn)的大型設(shè)備(如泵、壓縮機(jī)等)，學(xué)生雖然可以通過實(shí)習(xí)近距離觀察設(shè)備的表面，但是卻很難對(duì)其進(jìn)行拆分、觀察內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而使用模型又很難達(dá)到預(yù)期效果，因此借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以將此類問題及進(jìn)行解決。

通過對(duì)國(guó)內(nèi)外同類課程的調(diào)研，國(guó)外主要是對(duì)美國(guó)The State University of New Jersey大學(xué)的Grigore C.Burdea教授講授的《Virtual Reality Technology》課程進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)研，包括課件的制作、課程所使用的教材等。國(guó)內(nèi)主要是對(duì)西安電子科技大學(xué)殷磊老師主講的《虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)》課程進(jìn)行了調(diào)研，查閱了所使用的教材等。積累總結(jié)加思考，已有成果包括全英文教學(xué)大綱一份、全英文教學(xué)日歷一份、全英文課件一套，在中國(guó)石油大學(xué)(北京)開設(shè)全新虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)全英文教學(xué)。提高學(xué)生的綜合學(xué)習(xí)能力，開闊學(xué)生的視野，使學(xué)生能夠更加全面、生動(dòng)形象的學(xué)習(xí)，掌握良好的外語技能，進(jìn)而達(dá)到理想的學(xué)習(xí)效果。

在第一節(jié)課堂上，老師會(huì)播放一些視頻，如谷歌大跨越進(jìn)入虛擬現(xiàn)實(shí)、Hololens在凱斯西儲(chǔ)大學(xué)的教學(xué)應(yīng)用等，激發(fā)學(xué)生們學(xué)習(xí)本門課程的興趣，也生動(dòng)形象展示了課程先進(jìn)的前沿技術(shù)，使學(xué)生們能夠快速了解課程的學(xué)習(xí)宗旨。目前，中國(guó)石油大學(xué)(北京)本科開始第一輪授課，從教材、教學(xué)內(nèi)容、課件(全英文PPT)到教學(xué)方式都是全新模式，共32課時(shí)的教學(xué)(24課時(shí)的理論課、8課時(shí)的上機(jī)課)給學(xué)生們一個(gè)全新的體驗(yàn)。

二、教學(xué)理念指導(dǎo)課程改革，構(gòu)建培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的教學(xué)模式

課程改革的主要目的之一是開闊學(xué)生視野，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)、創(chuàng)新能力，使學(xué)生具有組織管理能力、表達(dá)能力、人際交往能力、國(guó)際視野和跨文化交流、競(jìng)爭(zhēng)與合作的能力。

在全英文虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課程教學(xué)模式中，主要采用ppt課件、動(dòng)畫播放和板書相結(jié)合的方式，輔以適當(dāng)?shù)恼n堂討論、思考題，使學(xué)生掌握虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)基本概念和術(shù)語、系統(tǒng)組成及應(yīng)用領(lǐng)域；掌握構(gòu)造、交互和控制虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的基本方法，并培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)給定的主題或項(xiàng)目建立虛擬環(huán)境的能力。布置分組實(shí)踐匯報(bào)教學(xué)模式，學(xué)生課下通過百度http：//baike.baidu.com/進(jìn)行搜索，了解現(xiàn)在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在各領(lǐng)域的發(fā)展情況，5個(gè)人一組，每組準(zhǔn)備1～2個(gè)感興趣的應(yīng)用，在課堂上用英文進(jìn)行討論和交流。每節(jié)課的最后，老師布置下節(jié)課要學(xué)習(xí)的內(nèi)容，學(xué)生們花一部分課余時(shí)間先進(jìn)行了解，然后帶著問題來上課，每組提出一個(gè)問題，其他組的成員可以進(jìn)行講解，最后由老師總結(jié)歸納。通過簡(jiǎn)短的討論活躍課堂氣氛，讓每個(gè)學(xué)生都積極參與進(jìn)來，最后老師的總結(jié)可以輔助學(xué)生更好理解問題的本質(zhì)。

通過上機(jī)環(huán)節(jié)，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容的理解和掌握，應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，根據(jù)給定的主題或項(xiàng)目建立虛擬環(huán)境的能力。上機(jī)仿真環(huán)節(jié)在教師介紹軟件使用方法的基礎(chǔ)上，要求學(xué)生最多兩人一組使用一臺(tái)計(jì)算機(jī)，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)由學(xué)生獨(dú)立完成建模過程。培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和演繹推理能力，增強(qiáng)動(dòng)手實(shí)踐能力，實(shí)現(xiàn)課程基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)朝向自主學(xué)習(xí)能力的跨越。

三、以教學(xué)評(píng)價(jià)多元性為基礎(chǔ)，構(gòu)建合理的課程考核體系

教學(xué)的最終目的是希望學(xué)生把知識(shí)能夠真正的理解吸收，并通過所學(xué)的知識(shí)解決工程項(xiàng)目中遇到的問題。因此不能僅僅用一張?jiān)嚲碜鳛閷W(xué)生成績(jī)考核的標(biāo)準(zhǔn)。學(xué)生能力的考核應(yīng)該從多方面進(jìn)行，考核方式也應(yīng)該從學(xué)習(xí)能力、動(dòng)手能力、表達(dá)交流能力等多方面進(jìn)行評(píng)判。這樣的考核體系有利于促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)有著重要的意義。

根據(jù)“虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)”這門課程的特點(diǎn)，最終考試成績(jī)綜合考慮由“平時(shí)成績(jī)+作業(yè)+課內(nèi)測(cè)驗(yàn)+上機(jī)操作+期末考試”幾部分構(gòu)成。其中平時(shí)成績(jī)主要側(cè)重考察學(xué)生平時(shí)上課的情況，學(xué)習(xí)態(tài)度和效果，其中包括課堂提問、小組匯報(bào)；作業(yè)主要考察學(xué)生課后復(fù)習(xí)情況，從中可以看出學(xué)生學(xué)習(xí)掌握知識(shí)的情況；課內(nèi)測(cè)驗(yàn)檢驗(yàn)學(xué)生課堂學(xué)習(xí)效果，做到及時(shí)查缺補(bǔ)漏，把問題及時(shí)反饋給老師，存在問題及時(shí)解決；上機(jī)操作可以提高學(xué)生的動(dòng)手能力和實(shí)踐操作能力，讓學(xué)生更好理解和掌握虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)這門課程的應(yīng)用情況；期末考試則主要根據(jù)《虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)》教學(xué)大綱要求，考察學(xué)生知識(shí)點(diǎn)的掌握情況及基本工程應(yīng)用能力。這樣的考核方式，可以全方位考察學(xué)生對(duì)本門課程的掌握情況，以此促進(jìn)學(xué)生積極的學(xué)習(xí)，達(dá)到培養(yǎng)綜合素質(zhì)過硬的全方位人才。

四、結(jié)束語

綜上，全英文虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的改革教學(xué)模式更加貼切工程教育12條畢業(yè)要求，更加符合我校培養(yǎng)優(yōu)秀人才理念，培養(yǎng)出具有國(guó)際視野、專業(yè)素質(zhì)過硬、具有競(jìng)爭(zhēng)合作綜合素質(zhì)的人才，這對(duì)行業(yè)發(fā)展，建設(shè)機(jī)械強(qiáng)國(guó)，具有深刻重要的意義。