基于VR/AR技術的機械課程教學方法探索

周衛(wèi)東

摘要：伴隨著我國科學技術水平的提升，許多先進的技術被研發(fā)并廣泛應用在教育過程中，例如VR技術和AR技術。通過在機械專業(yè)課程教學的過程中應用虛擬現(xiàn)實VR技術和增強現(xiàn)實AR技術，這在一定程度上可以強化學生對機械課程專業(yè)知識的深入理解和掌握。通過這兩項技術的應用能夠為學生創(chuàng)造出如身臨其境般的學習環(huán)境，并對一些事物進行實際模擬，這可促進學生工程意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

關鍵詞：虛擬現(xiàn)實;增強現(xiàn)實;機械教學

引文：

一些中職院校在開展傳統(tǒng)機械課程教學時，由于大部分的學生沒有充分的機械實際操作經驗，這導致在授課過程中大部分學生對機械課程專業(yè)原理知識不能很好理解，從而導致課堂低效的現(xiàn)象發(fā)生。雖然在機械課程專業(yè)知識講述時常采用動畫展示或者是視頻的方式，許多學生只了解大概的機械基礎知識。但是，通過VR/AR技術在機械課程教學中的應用能夠有效應對這些問題。

一、機械教學存在的VR/AR技術需求

為了能夠有效地提升機械教學效率，實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標，則應對現(xiàn)階段機械教學中存在的問題進行深入的分析和研究，在教學的過程中應站在學生的角度對存在的問題進行探索。本文主要從機械理論教學、實驗教學、實習實訓對機械教學存在的VR/AR技術需求進行了深入地探索。

（一）理論教學

理論教學是機械課程知識教學基礎，是學生獲取專業(yè)基礎知識的重要途徑。對于機械課程而言，不僅擁有比較強的專業(yè)性，而且還是要求學生擁有豐富的實際經驗。在傳統(tǒng)的機械課程教學過程中雖然采用了多媒體教學、動畫展示等教學手段，但是并沒有良好得提升學生對專業(yè)機械知識的學習效率，尤其是在數(shù)控加工技術、機械制造技術基礎理論知識教學中。例如，在機械課程中的工程圖學授課的過程中，許多學生在空間能力方面存在缺陷，難以實現(xiàn)對二維視圖和三維視圖的有效轉換，主要體現(xiàn)在對主視圖的認識較強，對左視圖和俯視圖認識方面存在問題。若采用虛擬機模擬組合可直觀對機械的組合過程進行觀察和學習，這在一定程度上能夠有效地提升學生對機械專業(yè)知識的學習效率。

（二）實驗教學

實驗教學是機械課程理論知識教學的良好補充，機械課程實驗教學在一定程度上可幫助學生加深對機械專業(yè)知識的認識和學習。因為機械課程具有較強的專業(yè)性，常常在許多專業(yè)理論知識課程內容中添加實驗課程，這能夠有效地提升學生對機械知識的認識。但是，由于在每個學期都要開展大量批次的課內實驗教學，許多機械設備成本較高，在實驗教學的過程中極可能造成機械設備的損壞，并且在使用的過程中還需對其進行有效的養(yǎng)護，否則極可能發(fā)生故障問題。但是通過VR和AR技術對課內實驗的模擬，能夠有效的避免這些問題的發(fā)生，而且成本較低。

1.3實習實訓

實習實訓是幫助學生將機械專業(yè)理論知識與實踐有機的聯(lián)合在一起，能夠對學生的實踐能力和創(chuàng)新能力進行有效的培養(yǎng)，但是由于受到許多因素的影響，實習實訓課程并沒有取得良好的效果，難以實現(xiàn)對學生實踐能力和主觀能動性的培養(yǎng)。然而，通過VR和AR技術可實現(xiàn)為學生創(chuàng)造出實踐鍛煉的虛擬空間，能夠有效的將機械專業(yè)理論知識和實踐有機地結合在一起。

二、 VR/AR技術在機械教學的具體應用

（一）理論教學知識的具體應用

通過VR/AR技術的應用能夠有效地擺脫傳統(tǒng)多媒體板書的教學方式，能夠在機械課程教學的過程中創(chuàng)建模擬環(huán)境。例如在機械制造裝備技術課程教學的過程中，利用VR技術模擬機械制造大車間的學習環(huán)境，通過AR技術利用圖片和動畫能夠實現(xiàn)虛擬的三維模型和動畫疊加到真實教學場景中，這樣能夠有效地激發(fā)學生的學習興趣，提高課堂學習效率。

（二）實驗教學中的具體應用

在傳統(tǒng)的實驗教學中設備損壞和缺失的現(xiàn)象頻頻發(fā)生，通過VR/AR技術能夠有效的應對這些問題。將實驗教學中的設備儀器轉變成數(shù)字模型，再將其傳輸?shù)剿鶆?chuàng)建的虛擬數(shù)據庫，構建虛擬仿真實驗平臺。學生在實驗教學的過程中沉浸在模擬實驗環(huán)境中進行有效的學習。只有通過實際的動手實踐才能夠有效的提升學生對課程內容的理解，但是在實際的機器制造加工的過程中極可能發(fā)生安全隱患，甚至可能對一些設備造成損壞，對于一些價格昂貴、危險性較高的設備在實際教學不可以有效的應用，但是通過利用VR/AR技術的虛擬模仿，對可能發(fā)生的情景進行有效的模擬，這樣能夠幫助學生學會應急自保措施，在其日后的工作中可有效避免危險。

（三）實習實訓環(huán)節(jié)的具體應用

實習實訓是培養(yǎng)學生實踐能力的有效途徑，但是實習實訓需要足夠的場地和設備，由于學校受到條件因素的影響，難以有效地的進行。通過VR/AR技術能夠實現(xiàn)對各種實習環(huán)節(jié)、生產環(huán)境、加工場景進行有效的模擬，學生可根據自身的學習興趣有針對性地選擇實習環(huán)境，從而實現(xiàn)實踐能力的培養(yǎng)。

結束語：

將先進的虛擬現(xiàn)實VR技術和增強現(xiàn)實AR技術應用在機械課程教學的過程中，能夠擺脫傳統(tǒng)的機械課程教學方式，為學生創(chuàng)造出如身臨其境般的學習環(huán)境，提升機械知識課堂效率，最終實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標。

參考文獻：

[1]喻會.在職業(yè)教育應用視角下的VR/AR技術[J].信息與電腦（理論版），2017，23：219-220.

[2]吳群彪，方海峰，范紀華，蔡李花.基于VR/AR技術的機械課程教學方法探索[J].機械設計，2018，35S2：432-434.

[3]鄭向陽.基于VR/AR技術的高校攝影教學改革研究[J].蘭州交通大學學報，2017，3605：125-130.