VR技術在《機械制造技術基礎》課程中應用的思考

摘要：為更好地達到教學目標，基于“從知識傳授為主向能力培養(yǎng)為主轉(zhuǎn)變”這種新的教育理念。先進信息技術在課堂的應用已然成為一種趨勢，課堂形式越來越趣味性、多樣性。虛擬現(xiàn)實技術（Virtural Reality）在課堂上的應用，更可以使專業(yè)技術課程課堂的實效性產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。

關鍵詞：機械制造技術；信息化教學；虛擬現(xiàn)實技術

一、 虛擬現(xiàn)實技術簡介

“虛擬現(xiàn)實（Virtural Reality）”技術是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統(tǒng)。作為人與計算機生成的虛擬環(huán)境進行交互作用的一種手段，虛擬現(xiàn)實可以給使用者提供影像資料所無法給予的實境體驗。目前，各種基于虛擬現(xiàn)實的技術林林總總，簡單概括為以下幾大類：（1）桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)：窗口上的VR，目前教學中應用最多VR系統(tǒng)；（2）沉浸虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)：頭盔式顯示器封閉使用者感官，讓其產(chǎn)生身臨其境的效果；（3）分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)（DVR）：通過網(wǎng)絡支持各用戶在一個虛擬現(xiàn)實環(huán)境中進行交互，并共享信息。虛擬現(xiàn)實場景由于有可貴的3I特性——沉浸（Immersion）感、交互（Interaction）性和構想（Imagination）性，目前是人們較為關注的熱點之一。

從1965年出現(xiàn)蘊涵虛擬現(xiàn)實這種思想到1989年開始初步形成理論并且出現(xiàn)相關研究，再到至今虛擬現(xiàn)實理論進一步的完善和應用，歷經(jīng)數(shù)載，從眾所周知的3D眼鏡到全息式交互屏幕，全息投影再到目前被廣泛應用VR眼鏡等，虛擬現(xiàn)實技術儼然已成為現(xiàn)代信息技術發(fā)展的方向之一。虛擬現(xiàn)實技術已經(jīng)揭開它神秘的面紗，走進我們的生活。虛擬現(xiàn)實將會發(fā)展成一種改變學習方式的新突破。

二、 構建三維虛擬學習環(huán)境的時代背景和必然性

機械制造技術基礎是一門機械制造類專業(yè)基礎課程，與實際生產(chǎn)實踐的聯(lián)系尤為密切，學生把握必備的機械基礎知識和操作技能是它的重要使命。該課程中只有熟悉各種加工設備的操作以及各種加工方法的加工過程和工藝特點才能很好地理解本門課程內(nèi)容并且掌握關鍵知識?，F(xiàn)如今，信息技術產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，利用“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的良好契機，智慧課堂，云平臺、各種硬件、教育軟件已經(jīng)逐步走進校園，通過互聯(lián)網(wǎng)，搭建完整的現(xiàn)代化信息教學環(huán)境，推動互聯(lián)網(wǎng)模式下傳統(tǒng)教育模式的創(chuàng)新和變革。開啟了新型教育模式的新篇章。新型的教育方式中虛擬現(xiàn)實技術對于《機械制造技術基礎》這種“立足于生產(chǎn)”的課程至關重要。

三、 虛擬現(xiàn)實在教學中的應用

隨著信息技術飛速發(fā)展以及在各個領域中的深度應用，機械制造行業(yè)對從業(yè)人員的高標準要求，教師的教學理念迫切需要從知識傳授為主向能力培養(yǎng)為主轉(zhuǎn)變，為達到這一目的就要從課堂學習為主向多種學習方式轉(zhuǎn)變?！稒C械制造技術基礎》這門課大多涉及的是各種實際加工相關的知識點。該門課程包括金屬切削加工基礎知識、加工工藝的制定、典型零件的加工、機械加工質(zhì)量分析、裝配工藝，夾具設計基礎、常用機械加工方法及其裝備，數(shù)控加工工藝、先進加工技術等等，其中任何一個項目，其任務要求及目標是在書本上，在課桌前，在教室中無法真正達到“學以致用”的目的。但是要真正地讓孩子們進入生產(chǎn)車間實訓，由于設備、場地、經(jīng)費等硬件問題大部分機械加工的操作都無法進行，又產(chǎn)生了很大的阻礙和限制。從各個角度看虛擬實訓車間擁有傳統(tǒng)實訓車間難以比擬的優(yōu)勢，利用各種虛擬的設備、工具，學生足不出戶便可以做各種實訓操作，獲得與真實實訓一樣的體會。所以對于該專業(yè)課程迫切需要實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實技術在課堂中的應用。

當前，許多高、職校都在積極促進虛擬現(xiàn)實技術在教學中的應用。虛擬現(xiàn)實技術能夠虛擬學習環(huán)境為學生提供生動、逼真的學習環(huán)境，利用虛擬現(xiàn)實技術，可以虛擬建立各種設備等。利用虛擬現(xiàn)實技術建立起來的虛擬實訓基地，其“設備”與“部件”多是虛擬的，可以根據(jù)需要隨時生成新的設備。教學內(nèi)容可以不斷更新，使實踐訓練及時跟上現(xiàn)代加工技術的發(fā)展。而這正是機械制造技術基礎這門課程的需求。例如：我們可以對車削機床的操作進行演示，在該虛擬車床上可以真實模擬任何實際操作動作，如開機，工件的裝夾，刀具的更換、轉(zhuǎn)速的調(diào)整，進給量的選擇等等。甚至，我們可以利用虛擬制造技術（virtual manufacturing technology，VMT），仿真某一產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，在計算機上實現(xiàn)產(chǎn)品從設計、毛坯的生產(chǎn)、機械加工和裝配、檢驗、使用整個生產(chǎn)周期的模擬和仿真。學生在這一系列操作過程中，可以將機械制造中的各知識點建立起聯(lián)系，深化理解，掌握。同時，虛擬現(xiàn)實的沉浸性和交互性，使學生能夠在虛擬的學習環(huán)境中扮演一個角色，全身心地投入到學習環(huán)境中去，并且規(guī)避真實操作的風險，例如：虛擬鑄造，鍛造，高速切削加工，特種加工等，可免除學員操作失誤而造成嚴重事故，利用虛擬現(xiàn)實技術進行虛擬加工，學生在虛擬實驗環(huán)境中，可以放心地去做各種實訓項目，這非常有利于學生對知識點的掌握和適當?shù)挠柧毱浼寄?。由于虛擬的訓練系統(tǒng)無任何危險，學生可以不厭其煩地反復練習，更正錯誤，直至掌握操作為止。無限的虛擬體驗，可加速和鞏固學生學習知識的過程。提高教學效果的同時更極大地節(jié)省了成本?！罢嬲钡貐⑴c到生產(chǎn)中去，親身去經(jīng)歷、親身去感受比空洞抽象的說教更具說服力，主動地去交互與被動的灌輸，有本質(zhì)的差別。

四、 虛擬現(xiàn)實在專業(yè)教學中應用的展望

目前，教學中使用的虛擬現(xiàn)實都為桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，盡管學生不能“身在其中”，但是，它已然為媒體在教學中的應用開辟了一條新的道路。而沉浸虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，更是我們所渴望的，但是，沉浸虛擬現(xiàn)實技術在教學中的應用還有很多限制和不適應，例如它要一些性能比較優(yōu)異的設備，例如：頭盔顯示器、數(shù)據(jù)手套和數(shù)據(jù)衣等，再者，由于很多硬件設備需要連線導致使用者不能隨意移動等問題導致它不能被廣泛使用。虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展及應用現(xiàn)狀與我們理想中的需求還有一定距離。但是，相信在不遠的將來，虛擬現(xiàn)實技術會呈現(xiàn)給我們?nèi)碌母挥绪攘Φ膶W習方式。

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作者簡介：張建霞，江蘇省徐州市，江蘇省徐州市豐縣中等專業(yè)學校。