李小林　徐劍坤　潘程奇

摘要：本文在對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和實(shí)踐教學(xué)分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于實(shí)踐教學(xué)的實(shí)施過程分析，構(gòu)建了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高校實(shí)踐教學(xué)中三層應(yīng)用模式，最后結(jié)合安全應(yīng)用分析了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在學(xué)生實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用過程和實(shí)施效果，拓展了學(xué)生參與企業(yè)實(shí)踐的途徑，提高了實(shí)踐教學(xué)的效率和效果。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)；實(shí)踐教學(xué)；模式

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）06-0140-02

一、前言

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality Technology，VR），是利用電腦模擬產(chǎn)生一個(gè)三度空間的虛擬世界，提供用戶關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓用戶如同身臨其境一般，可以及時(shí)、沒有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物。用戶進(jìn)行位置移動(dòng)時(shí)，電腦可以立即進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算，將精確的三維世界視頻傳回產(chǎn)生臨場(chǎng)感。目前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于教育、軍事、工業(yè)制造、醫(yī)療等眾多領(lǐng)域，為行業(yè)發(fā)展提供切實(shí)可行的解決方案。特別是在教育領(lǐng)域，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不僅可以靈活生動(dòng)地展現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容，還可以通過場(chǎng)景模擬，為學(xué)生定制類真實(shí)的實(shí)踐環(huán)境，這為高校實(shí)踐教學(xué)的開展提供了新的途徑。

實(shí)踐教學(xué)一直是高校提高學(xué)生專業(yè)知識(shí)應(yīng)用能力、培養(yǎng)學(xué)生分析創(chuàng)新能力的重要教學(xué)過程。我國教育部對(duì)專業(yè)學(xué)位學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)定位為培養(yǎng)掌握某一專業(yè)（或職業(yè)）領(lǐng)域堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)理論和寬廣的專業(yè)知識(shí)，具有較強(qiáng)的解決實(shí)際問題的能力，能夠承擔(dān)專業(yè)技術(shù)或管理工作，具有良好的職業(yè)素養(yǎng)的高層次應(yīng)用型專門人才。而現(xiàn)階段，我國大學(xué)生在實(shí)踐的過程中經(jīng)常會(huì)遇到企業(yè)由于缺乏規(guī)范而又完善的實(shí)習(xí)措施，學(xué)生實(shí)習(xí)期間的無人管理和安全問題；高校對(duì)學(xué)生實(shí)踐管理不靈活，評(píng)價(jià)體系不規(guī)范等一系列問題，使得學(xué)生在實(shí)踐過程中的表現(xiàn)效果并不理想。如何提高學(xué)生實(shí)踐能力，培養(yǎng)出適應(yīng)社會(huì)需要的高素質(zhì)人才是各高校對(duì)學(xué)生實(shí)踐教學(xué)改革的重中之重。

本文結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的實(shí)施過程，給出其應(yīng)用于實(shí)踐教學(xué)的模式體系，以提高學(xué)生的專業(yè)技能和實(shí)踐能力的培養(yǎng)，提升實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于實(shí)踐教學(xué)的實(shí)施過程分析

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)基于計(jì)算機(jī)仿真、人機(jī)交互、傳感器等技術(shù)，生成類真實(shí)的環(huán)境，為用戶提供一個(gè)沉浸式的、可交互的模擬系統(tǒng)，以特有的浸沉感、交互性和構(gòu)想性提高用戶的代入感和參與度。實(shí)踐教學(xué)的核心之一就是學(xué)生對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐的參與。通過直接參與生產(chǎn)，可以讓學(xué)生從各個(gè)感觀通道收集信息，并結(jié)合所學(xué)專業(yè)知識(shí)激發(fā)邏輯性和創(chuàng)新性的思考，實(shí)現(xiàn)理論知識(shí)到實(shí)踐應(yīng)用的轉(zhuǎn)化。

將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于實(shí)踐教學(xué)首先需要硬件體系與軟件環(huán)境的支持。目前各類虛擬現(xiàn)實(shí)硬件設(shè)備已經(jīng)得到快速的發(fā)展，包括建模設(shè)備；視覺顯示設(shè)備，如投影、頭盔等；聽覺、觸覺、味覺等感知設(shè)備；交互設(shè)備，如動(dòng)作捕捉、眼動(dòng)儀、力反饋等。這些硬件設(shè)備的完善發(fā)展為創(chuàng)建合適的實(shí)踐教學(xué)環(huán)境提供了基本的技術(shù)保障。

在軟件方面，基于B/S和C/S的軟件體系可以很容易滿足和實(shí)現(xiàn)企業(yè)與高校之間的信息數(shù)據(jù)傳輸要求及相應(yīng)功能。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將企業(yè)生產(chǎn)、管理數(shù)據(jù)收集并實(shí)時(shí)傳輸?shù)礁咝？梢詷O大地增強(qiáng)了虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的即時(shí)性。這些即時(shí)數(shù)據(jù)與模型化后的生產(chǎn)場(chǎng)景一起形成時(shí)變的虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景，為學(xué)生提供了實(shí)時(shí)高效的真實(shí)交互，使得學(xué)生通過虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)參與企業(yè)實(shí)踐成為可能。

三、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于實(shí)踐教學(xué)模式

虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用于實(shí)踐教學(xué)的實(shí)現(xiàn)依托于一定的軟硬件體系，根據(jù)抽象層次，可以分為企業(yè)層、平臺(tái)層和實(shí)踐層。通過三個(gè)層次的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)企業(yè)場(chǎng)景和生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)在學(xué)校虛擬環(huán)境的重現(xiàn)，使得學(xué)生能夠在方便快捷地在虛擬場(chǎng)景中進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，完成實(shí)踐教學(xué)任務(wù)。其總體模式結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在企業(yè)層，各企業(yè)提供實(shí)際生產(chǎn)管理需求場(chǎng)景，教師完成必要的場(chǎng)景、數(shù)據(jù)界定和仿真環(huán)境建立。通過網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，將數(shù)據(jù)傳輸至虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)層，在平臺(tái)層首先實(shí)現(xiàn)企業(yè)應(yīng)用的抽象，將不同場(chǎng)景的數(shù)據(jù)規(guī)范整理，結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)中的模型進(jìn)行應(yīng)用展示。在實(shí)踐層中，學(xué)生可根據(jù)自己需要實(shí)踐的內(nèi)容選擇在虛擬場(chǎng)景中進(jìn)行相應(yīng)模塊的實(shí)踐操作，如進(jìn)行布局設(shè)計(jì)仿真實(shí)踐時(shí)，學(xué)生可以對(duì)虛擬場(chǎng)景中的物體進(jìn)行重新布局并進(jìn)行優(yōu)化評(píng)估，實(shí)現(xiàn)結(jié)合企業(yè)實(shí)際情況的沉浸式實(shí)踐操作，以到達(dá)身臨其境的效果。

四、應(yīng)用案例分析

以某電源開關(guān)制造企業(yè)為例，該企業(yè)車間的主要生產(chǎn)模式為流水線作業(yè)。由于其規(guī)模較大，廠房空間布局不合理，設(shè)備擺放不規(guī)范等因素造成流水線生產(chǎn)不平衡、廠內(nèi)物流不通暢、在制品堆積嚴(yán)重等問題?，F(xiàn)企業(yè)需要重新設(shè)計(jì)布局和優(yōu)化物流工作，并且在其實(shí)踐學(xué)習(xí)中不能影響生產(chǎn)線的運(yùn)作。在完成企業(yè)層的分析接洽后，需要對(duì)問題在平臺(tái)層進(jìn)行抽象建模。利用3DMAX軟件及Unity3D軟件對(duì)工廠中流水線的實(shí)體進(jìn)行建模，建立虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景，要求其與真實(shí)的場(chǎng)景實(shí)體保證高度的相似性；通過企業(yè)ERP系統(tǒng)獲取企業(yè)即時(shí)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)流程的真實(shí)展現(xiàn)。在實(shí)踐層，學(xué)生結(jié)合虛擬仿真平臺(tái)建立的虛擬場(chǎng)景對(duì)企業(yè)即時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真分析，優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)流水線布局方案，并將結(jié)果方案與企業(yè)溝通實(shí)施，實(shí)現(xiàn)學(xué)生通過虛擬仿真平臺(tái)參與企業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐的教學(xué)效果。其中主要部分的虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)層的展示如圖2所示。

將VR技術(shù)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)模式，可以避免學(xué)生在企業(yè)中出現(xiàn)無人管理和安全問題，豐富了實(shí)踐教學(xué)模式；虛擬技術(shù)營造沉浸式環(huán)境，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的互動(dòng)體驗(yàn)性，激發(fā)學(xué)生的熱情，提升他們對(duì)于學(xué)習(xí)的渴望，發(fā)掘他們的潛力；虛擬現(xiàn)實(shí)的交互方式提供了傳統(tǒng)方式無法比擬的信息維度，讓學(xué)生獲取更豐富的資訊，更全面地了解學(xué)習(xí)對(duì)象，思考現(xiàn)狀并發(fā)現(xiàn)問題，進(jìn)而提升認(rèn)知世界的能力；虛擬現(xiàn)實(shí)有極強(qiáng)的互動(dòng)性，但是又安全可靠，降低了學(xué)生探索學(xué)習(xí)的門檻，降低了他們害怕失敗的心理成本，為學(xué)生探索發(fā)現(xiàn)世界，促使他們勇于思考、勇于嘗試提供了最有力的支持，用安全有趣的方式，提高學(xué)生的探索能力。

五、結(jié)語

本文通過對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用于實(shí)踐教學(xué)過程的分析，建立了通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)平臺(tái)讓學(xué)生參與企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際的實(shí)踐教學(xué)模式。通過案例應(yīng)用表明其教學(xué)模式的可行性和實(shí)現(xiàn)效果。虛擬現(xiàn)實(shí)作為一種新的實(shí)踐教學(xué)模式，提供了更為安全和快捷高效的實(shí)踐體驗(yàn)和學(xué)習(xí)效果，可以讓更多的學(xué)生參與實(shí)踐并取得較好的實(shí)習(xí)質(zhì)量。通過進(jìn)一步建立有效的監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)體系，可以更有效地保障實(shí)踐教學(xué)效果的實(shí)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]溫樹杰，周俊卿.基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的實(shí)踐教學(xué)探討[J].江西理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，（06）：66-68.

[2]項(xiàng)炳池.專業(yè)學(xué)位研究生實(shí)踐能力培養(yǎng)：雇主參與的視角[J].研究生教育研究，2015，（05）：79-83.

[3]王蕊，陸璐.工科專業(yè)大學(xué)生實(shí)習(xí)現(xiàn)狀及改進(jìn)對(duì)策研究[J].黑龍江教育（高教研究與評(píng)估），2014，（02）：71-72.