VR技術(shù)在中職數(shù)控加工實訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用研究綜述

張秀丹

摘? 要：隨著近幾十年來中職院校在技能教學(xué)過程中應(yīng)用VR技術(shù)的現(xiàn)象日趨普遍，廣泛應(yīng)用于醫(yī)護類、汽車工程類、機械工程類等學(xué)科，改善了各類專業(yè)的技能教學(xué)效果，提高了教學(xué)效率，但接踵而來的問題也漸漸明顯，學(xué)生如何在技能學(xué)習(xí)的過程中更好地利用VR技術(shù)的問題迫在眉睫。該文主要針對這一問題，對國內(nèi)外關(guān)于VR技術(shù)與數(shù)控加工專業(yè)技能教學(xué)的相關(guān)研究進行綜述和分析，以期對目前中職數(shù)控加工技能教學(xué)的發(fā)展有所啟發(fā)。

關(guān)鍵詞：VR技術(shù)? 中職生? 數(shù)控加工? 技能教學(xué)

中圖分類號：G642 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）11（b）-0129-02

1? 虛擬現(xiàn)實的職業(yè)教育應(yīng)用研究文獻概述

現(xiàn)今教育行業(yè)隨著計算機技術(shù)的發(fā)展也在迅猛發(fā)展中，知識體系的不斷革新，教育技術(shù)的不斷更新，這些變化影響著每一所學(xué)校。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是21世紀以來才開始在教育中應(yīng)用的技術(shù)，新技術(shù)的引進時間雖短，但帶給教育行業(yè)的影響是巨大的，甚至已經(jīng)開始有了改變現(xiàn)有教學(xué)模式的跡象。

針對近幾年來國內(nèi)VR技術(shù)的發(fā)展及在職業(yè)院校數(shù)控加工專業(yè)技能教學(xué)的實訓(xùn)過程中應(yīng)用VR技術(shù)的現(xiàn)狀，該文采用文獻研究法和內(nèi)容分析法對搜集到的文獻資源進行綜合分析，結(jié)合中職院校數(shù)控加工專業(yè)實訓(xùn)教學(xué)中的VR技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀展開思考。文獻均來源于中國知網(wǎng)，在CNKI數(shù)據(jù)庫中進行文獻檢索，期限截止于2019年7月，檢索的主題是：“虛擬現(xiàn)實”和“職業(yè)教育”，查找到的文獻共有194篇。對所篩選出的所有文獻進行計量可視化分析，從文獻總體趨勢分析表中可得知，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在職業(yè)教育中的應(yīng)用總體呈現(xiàn)上升趨勢，目前分為兩個階段發(fā)展：2009—2012年，虛擬仿真技術(shù)發(fā)展較為迅速，期間推出了不少好的虛擬仿真設(shè)計軟件，大大提高了數(shù)控加工專業(yè)的職業(yè)教育質(zhì)量;2016年被稱為“虛擬現(xiàn)實”元年，從2016年開始文獻發(fā)表年度份數(shù)也突然大幅增多，體現(xiàn)出科研人員對虛擬現(xiàn)實與職業(yè)教育相結(jié)合的重視程度。再以“虛擬現(xiàn)實”和“數(shù)控加工”為主題進行期刊的篩選，共查找到相關(guān)文獻95篇，對文獻進行計量可視化分析后發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵詞較多的有“虛擬加工”“虛擬環(huán)境”“虛擬制造”等，從中看出虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于職業(yè)教育中的數(shù)控加工專業(yè)主要還是側(cè)重于利用虛擬仿真軟件創(chuàng)造出虛擬環(huán)境來進行加工制造。從檢索到的文獻中篩選出跟此次研究主題相關(guān)的幾篇文獻，進而比較分析目前的VR技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀。

2? 國外VR技術(shù)的研究現(xiàn)狀

虛擬現(xiàn)實技術(shù)首先起源于國外，發(fā)展并成熟于國外，自1960年開始提出“虛擬現(xiàn)實”的概念，到1986年關(guān)于虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)方面的論文問世，再到1994年出現(xiàn)了第一本虛擬現(xiàn)實技術(shù)的著作，漫長的歲月里，人們沒有間斷對“虛擬現(xiàn)實”的探索，至20世紀末21世紀初，越來越多人開始研究虛擬現(xiàn)實技術(shù)，并將這一技術(shù)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中，教育工作者們也開始探索VR技術(shù)在教育方面的應(yīng)用。

國外VR技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)初期，提出了沉浸式虛擬學(xué)習(xí)的三元素：虛擬教師、學(xué)生、社會背景，并指出了在VR教育中教師要具有角色表演戲劇能力，學(xué)生要具有明顯的學(xué)習(xí)意愿[1]。VR教育研究的研究取向是要以人性解放為主，打破固有思維，重構(gòu)原有的知識體系，使學(xué)識和技能都能達到一個新的高度?，F(xiàn)今教育中的VR技術(shù)屬性是一種對象的技術(shù)、一種過程的技術(shù)、一種知識的技術(shù)、一種意志的技術(shù)，體現(xiàn)在相應(yīng)的教學(xué)用具上、虛擬與仿真的體驗中、社會工作場景或教學(xué)場景的虛擬化里，同時也體現(xiàn)在受教育者的虛擬學(xué)習(xí)思維中，只有將這4種屬性緊密地結(jié)合起來，才能真正實現(xiàn)VR教育。VR技術(shù)在教育過程中應(yīng)用的前提，是要使VR成為一種學(xué)習(xí)與思考的方式，并不僅僅局限于它的工具屬性，而在目前的教育行業(yè)里，VR技術(shù)更多的是體現(xiàn)了它的工具屬性，特別是在職業(yè)教育的部分操作性要求高的專業(yè)技能訓(xùn)練中，大部分的教育者只將VR技術(shù)視為一種工具，并沒有很好地發(fā)揮它的教育屬性。

3? 國內(nèi)VR技術(shù)在中職數(shù)控加工專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀

21世紀初期，虛擬現(xiàn)實技術(shù)才開始在國內(nèi)的教育行業(yè)中應(yīng)用起來，而數(shù)控專業(yè)中應(yīng)用VR技術(shù)主要側(cè)重于虛擬仿真軟件的開發(fā)與應(yīng)用。到2009年，首次有教師團隊提出將虛擬現(xiàn)實技術(shù)和中職數(shù)控加工專業(yè)教學(xué)結(jié)合起來，并進行了實驗研究。研究中采用實驗研究法將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用到教學(xué)中，并采用項目教學(xué)法和小組合作學(xué)習(xí)法進行教學(xué)，不但減少課程設(shè)置的課時總數(shù)，還使教學(xué)效果變得更佳。

2016年被稱為“虛擬現(xiàn)實”元年。自此，虛擬現(xiàn)實技術(shù)開始被大多數(shù)人所關(guān)注并開始投資于它的發(fā)展建設(shè)之中。虛擬現(xiàn)實的重要特征歸納為“3I”，即沉浸性（Immersion）、交互性（Interaction）、想象性（Imagination）。這三大特征極大地克服了傳統(tǒng)教學(xué)環(huán)境的限制，有利于激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動機，增強學(xué)習(xí)體檢，實現(xiàn)情境學(xué)習(xí)和知識遷移[2]。研究從此開始側(cè)重于VR技術(shù)在職業(yè)教育教學(xué)過程中的應(yīng)用效果和影響，探究遇到的問題及挑戰(zhàn)，以期改善此種教學(xué)模式下的教學(xué)效果。如利用多媒體技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)結(jié)合應(yīng)用于數(shù)控教學(xué)中，使學(xué)生通過自身與信息、環(huán)境的相互作用來獲得知識和技能，實現(xiàn)雙向教學(xué)，可以加快學(xué)生對知識的掌握與深化，促進學(xué)生的觀察能力和科學(xué)素質(zhì)的形成[3]。教學(xué)中利用VR技術(shù)可以構(gòu)建出等同于實物的三維立體物件，還能通過虛擬仿真技術(shù)將數(shù)控加工中的零件切削的過程以動畫的方式演示出來，學(xué)生在這一學(xué)習(xí)過程中還可以開發(fā)自己的空間想象力及思維能力;同時虛擬場景用于模擬可能會有危害的加工環(huán)境，還可以有效避免存在人身安全隱患的操作事故發(fā)生。但虛擬環(huán)境始終與真實的生產(chǎn)存在差異，現(xiàn)實生產(chǎn)操作無法真正模擬，虛擬現(xiàn)實環(huán)境中也只有視覺方面的沖擊，聽覺、觸覺等方面沒有任何經(jīng)驗值。這就呼吁虛擬現(xiàn)實技術(shù)的相應(yīng)軟件開發(fā)者要進一步加強虛擬效果和擴展虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的硬件設(shè)備品種[4]。

4? 我國VR技術(shù)應(yīng)用于中職數(shù)控專業(yè)后的教學(xué)效果

自虛擬現(xiàn)實技術(shù)與職業(yè)教育相結(jié)合，教學(xué)過程中的虛擬實驗既不消耗器材，也不受場地等外界條件限制，可重復(fù)操作，不會造成人身事故[5]。省時省料，保障安全操作的同時提高了教學(xué)效果，讓學(xué)生養(yǎng)成在實操之前必須模擬仿真的習(xí)慣，確保學(xué)生安全。

從初期VR技術(shù)的初探，到后期應(yīng)用于職校教學(xué)中，再到目前基于學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)特征的影響因素探索，VR技術(shù)的教育研究方向逐漸重視學(xué)生是教學(xué)過程中的主體地位。在教育教學(xué)過程中，要保證教師、學(xué)生的主體性，VR技術(shù)只是一種有利于教與學(xué)的應(yīng)用。職業(yè)教育中大部分專業(yè)應(yīng)用到VR技術(shù)主要還是通過這一技術(shù)打造了情景化的學(xué)習(xí)環(huán)境，為學(xué)生提供了一個虛擬動手操作的平臺，讓學(xué)生在平臺上掌握操作的理論知識后再去進行實操，實操的過程中反饋虛擬平臺所學(xué)，從而使學(xué)生更好地掌握正確的操作方法和專業(yè)知識。“學(xué)習(xí)者體驗”是影響虛擬現(xiàn)實技術(shù)能否有效促進學(xué)習(xí)的最直接因素[6]。在飛行員進行飛行模擬器訓(xùn)練的過程中已經(jīng)開始應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，這在職業(yè)技能實訓(xùn)中較為成熟的應(yīng)用，飛行員的感官：視覺、聽覺、觸覺都有了模擬的感受，若將這一先進的VR技術(shù)應(yīng)用與數(shù)控加工專業(yè)的教學(xué)中，相信其教學(xué)效果將大大提升。

5? VR技術(shù)應(yīng)用于職業(yè)教育技能教學(xué)過程中的不足與展望

VR技術(shù)在國內(nèi)仍是較新的現(xiàn)代教育技術(shù)，對它的研究總體顯得碎片化，沒有完整的理論體系。我國VR技術(shù)自主研發(fā)能力弱，VR教育側(cè)重與技術(shù)環(huán)境、基礎(chǔ)設(shè)施及產(chǎn)品的應(yīng)用研發(fā)等問題較為嚴峻[1]。前沿的教學(xué)資源設(shè)計和開發(fā)技術(shù)門檻高。學(xué)科教師很難像設(shè)計開發(fā)課件那樣設(shè)計和開發(fā)虛擬現(xiàn)實的資源。VR教育與職業(yè)教育的結(jié)合，更重要的是要求學(xué)生進行協(xié)作學(xué)習(xí)。學(xué)生在虛擬環(huán)境下較難集中精力去學(xué)習(xí)，這就要求研究者要開發(fā)出有效的學(xué)習(xí)監(jiān)控和評估工具。因中職的學(xué)生基礎(chǔ)比較差，理論學(xué)習(xí)和計算機操作等都比較弱，而虛擬操作的軟件過于高端，使用難度過大也會打擊學(xué)生的積極性，降低學(xué)習(xí)興趣。因此，在日后的虛擬教育和職業(yè)教育的結(jié)合教學(xué)過程中，還需適量減少技術(shù)使用困難。

目前我國教育領(lǐng)域?qū)μ摂M學(xué)習(xí)的嘗試、探索及理論研究都遠遠落后于其他國家。因此，要想讓VR技術(shù)更好地與教學(xué)相結(jié)合，還需更多的努力。對于教育者而言，教師必須清楚他們使用虛擬世界的目的以及每一種方法能夠有助于達成什么學(xué)習(xí)目標，同時還需培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)虛擬的東西[7]。在新世紀初期迸發(fā)出的新思想環(huán)境下開發(fā)出的新技術(shù)，教師們只有心態(tài)開放地去學(xué)習(xí)新知識，掌握新技術(shù)，才能萌生出新的適合當代教育環(huán)境下中職生的教育模式。相信在不久的將來，我們會迎來一個虛擬與現(xiàn)實完美結(jié)合的時代。屆時，職業(yè)教育也會提升到一個新的高度，各類職校將會為社會、為祖國輸送更多的技能人才。

參考文獻

[1] 高嵩，趙福政，劉曉暉.國外虛擬現(xiàn)實（VR）教育研究存在的問題與啟示[J].中國電化教育，2018（3）：19-23，73.

[2] 劉德建，劉曉琳，張琰，等.虛擬現(xiàn)實技術(shù)教育應(yīng)用的潛力、進展與挑戰(zhàn)[J].開放教育研究，2016，22（4）：25-31.

[3] 龔成泉.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在數(shù)控教學(xué)中的應(yīng)用[J].職業(yè)教育，2014（5）：63-65.

[4] 徐大鋒.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在數(shù)控技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用[J].電子世界，2014（18）：330.

[5] 張豪鋒，李震，鄭春恒.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在中職數(shù)控專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].中國職業(yè)技術(shù)教育，2010（14）：34-37.

[6] 高媛，劉德建，黃真真，等.虛擬現(xiàn)實技術(shù)促進學(xué)習(xí)的核心要素及其挑戰(zhàn)[J].電化教育研究，2016，37（10）：77-87，103.

[7] 麗貝卡·弗格森，肖俊洪.增強學(xué)習(xí)的可能性與挑戰(zhàn)[J].中國遠程教育，2016（5）：5-13，79.