虛擬現(xiàn)實技術(shù)在航海技術(shù)專業(yè)實訓(xùn)教學(xué)中的運用

趙越

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是對教學(xué)模式的一種全新嘗試，通過設(shè)計虛擬現(xiàn)實的場景，重視學(xué)生在課堂上的主體地位，力求讓學(xué)生真正參與到課堂教學(xué)過程中。應(yīng)用在航海技術(shù)專業(yè)中，虛擬現(xiàn)實技術(shù)有利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)，提高教學(xué)質(zhì)量。我通過分析在航海技術(shù)專業(yè)實訓(xùn)教學(xué)中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的必要性，進一步探究了怎樣將虛擬現(xiàn)實技術(shù)具體應(yīng)用在實際教學(xué)過程中，以期為航海技術(shù)專業(yè)以及其他相關(guān)專業(yè)的實訓(xùn)教學(xué)模式提供參考。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)指的是使用虛擬技術(shù)模仿抽象復(fù)雜無法講解的情景，學(xué)生可以利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的可視性學(xué)習(xí)專業(yè)知識。如今虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在多個領(lǐng)域，包括軍事演習(xí)、建筑設(shè)計、航空工程等。在西方等許多發(fā)達國家，虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在教學(xué)過程中。

一、在航海技術(shù)專業(yè)實訓(xùn)教學(xué)中運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的必要性

在目前傳統(tǒng)的航海技術(shù)專業(yè)教學(xué)模式下，要想讓學(xué)生實際掌握專業(yè)知識和技能，就必須進行實訓(xùn)練習(xí)。然而，因為航海技術(shù)專業(yè)的特殊性，這要求學(xué)校配置大量專業(yè)設(shè)備，由于這種專業(yè)設(shè)備成本大、價格昂貴，所以這種實訓(xùn)方式并不切實際。另外，科學(xué)技術(shù)隨著時代的不斷發(fā)展而進步，學(xué)校購買的固定專業(yè)設(shè)備很難滿足時代進步的要求，在傳統(tǒng)的實訓(xùn)教學(xué)模式下存在巨大的安全隱患。這種常用的教學(xué)方法實際上并不能完全保證學(xué)生的安全，容易導(dǎo)致實驗室發(fā)生事故。航海專業(yè)技術(shù)的實驗室操作與高電磁、高電壓、高輻射有著密切聯(lián)系，另外還有電氣相關(guān)設(shè)備，把學(xué)生的人身安全置于一個不安全的境地。

虛擬現(xiàn)實也稱作virtual reality，是利用虛擬技術(shù)和計算機互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)把實際不存在的場景制成在眼前的虛擬場景的一種先進技術(shù)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)包含計算機顯示、圖像、傳感等技術(shù)，是計算機在新領(lǐng)域的應(yīng)用，適合時代發(fā)展的要求。

第一，虛擬現(xiàn)實技術(shù)和傳統(tǒng)的教學(xué)模式相比具有教學(xué)效率高、安全指數(shù)高、教學(xué)成本低等特點，利用軟件以及技術(shù)進行虛擬場景的模擬，通過鼠標(biāo)、語音與設(shè)備進行信息傳輸，保障了教師以及學(xué)生在教學(xué)過程中的人身安全。另外，學(xué)生的錯誤操作也不會對昂貴的設(shè)備造成影響，節(jié)約了教學(xué)成本。

第二，虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以改善教學(xué)質(zhì)量、提高教學(xué)效率。虛擬現(xiàn)實設(shè)備與傳統(tǒng)設(shè)備相比具有便捷輕便的特點，利用虛擬技術(shù)和計算機技術(shù)對航海有關(guān)的場景進行模擬，將完全接近現(xiàn)實的場景呈現(xiàn)在學(xué)生眼前，可以加深學(xué)生對專業(yè)技能的印象，讓學(xué)生更好地理解實際操作的步驟。

第三，運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行實訓(xùn)教學(xué)可以大大節(jié)約教學(xué)成本。學(xué)校節(jié)省了更新?lián)Q代大型設(shè)備的成本，使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)后，在更新?lián)Q代的時候只需要對相應(yīng)的軟件模塊進行改寫，硬件設(shè)備也可以使用很多年，在節(jié)約成本的同時實現(xiàn)了資源的可持續(xù)利用。

第四，我國作為一個航運大國，在世界航運中的地位越來越重要。但與發(fā)達國家相比，我國的航運人才培養(yǎng)還存在一定的局限性，具有一定的差距，造成這種現(xiàn)狀的原因主要是實訓(xùn)手段以及條件的落后，實訓(xùn)教學(xué)未達到理想水平。為了更好地建設(shè)世界航運強國，必須培養(yǎng)具有市場競爭力的航運人才，重視航海技術(shù)專業(yè)的實訓(xùn)教學(xué)，適應(yīng)我國航運建設(shè)的需要。傳統(tǒng)的教學(xué)模式已經(jīng)很難滿足航海技術(shù)人才的需要，時代要求必須使用更合理科學(xué)的方式培養(yǎng)航海技術(shù)人才。虛擬現(xiàn)實教學(xué)為實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)提供了一種全新的手段和方式，滿足了世界航運業(yè)的迅速發(fā)展。

二、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在航海技術(shù)實訓(xùn)教學(xué)中的具體應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要由電腦主機、3D顯示器、軟件系統(tǒng)三大部分組成：首先是一臺具有大內(nèi)存和較高運轉(zhuǎn)速度的電腦主機。在航海技術(shù)實訓(xùn)教學(xué)過程中，必須對專業(yè)設(shè)備的部件進行分離后再組合操作，創(chuàng)造與實際相同的虛擬場景，另外需要對虛擬部件和設(shè)備進行旋轉(zhuǎn)、移動、細(xì)節(jié)放大等相關(guān)操作，所以計算機的主處理以及圖形處理相關(guān)芯片必須具備高強度的處理能力；其次是一臺清晰度高的3D顯示器。3D顯示器在顯示實物方面不可以有色差，而且要加速顯示2D、3D圖像；盡量采取表面聲波觸控技術(shù)，防止頻繁使用而造成屏幕破碎；最后是軟件系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)要體現(xiàn)專業(yè)設(shè)備開關(guān)以及按鈕等每個元件的特點和細(xì)節(jié)，對各項操作的正確或錯誤及時給予反應(yīng)：正確操作，比如回波明顯、天線旋轉(zhuǎn)、電機運轉(zhuǎn)等；錯誤操作，比如溫度失常、設(shè)備異響、電機停止運轉(zhuǎn)等。教師講解專業(yè)知識或技能，利用觸屏、語音等進行一鍵迅速操作，展示3D圖像動畫。此外，軟件系統(tǒng)必須具有可移植性、適應(yīng)性等良好特性，可以在Window7或10的操作系統(tǒng)下以正常速度運行，能夠適應(yīng)航海技術(shù)專業(yè)發(fā)展、設(shè)備更新?lián)Q代的要求。

（一）課堂教學(xué)

課堂教學(xué)，是實際應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的主戰(zhàn)場。在航海技術(shù)專業(yè)的實訓(xùn)教學(xué)模式中，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個方面：第一，船體構(gòu)件等航海設(shè)備的立體展示。船體是應(yīng)用航海技術(shù)的基礎(chǔ)和前提，學(xué)生必須掌握錨、舵葉、螺旋槳等船體部件，教師可以利用多媒體投影儀技術(shù)展示實物狀態(tài)，或者利用計算機的3dsMAX等三維造型及動畫軟件構(gòu)建模型，以VRML格式進行儲存，后面可以在NRML播放器中使用，另外，也可以使用QUICKTIMEVR等。教師可利用計算機三維技術(shù)創(chuàng)造一個立體動感的教學(xué)環(huán)境，激發(fā)學(xué)生興趣；第二，航海虛擬教學(xué)場景的建立，指的是建立在歷史或現(xiàn)實中存在的空間。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，能改變傳統(tǒng)教學(xué)的局限性，建立教學(xué)立體空間，構(gòu)造航海虛擬場景，體現(xiàn)航海技術(shù)的實際應(yīng)用。

（二）實驗教學(xué)

航海模擬器已經(jīng)應(yīng)用得越來越廣，包括船舶作業(yè)、航海操舵模擬器的應(yīng)用。通過實驗教學(xué)，能讓學(xué)生熟悉使用四大設(shè)備駕駛虛擬仿真模擬器，主要包括GMDSS、雷達、EC-DIS、船舶操縱模擬器，為以后航海工作奠定扎實的基礎(chǔ)。教師要利用航海模擬器創(chuàng)造一個逼真的視覺場景，讓學(xué)生進行操舵訓(xùn)練、英語口語訓(xùn)練等。

通過實驗教學(xué)，把航海具體過程與教學(xué)情景有機聯(lián)系起來，能讓學(xué)生實際感受駕駛臺操作、船舶間靠離泊、船舶操縱等過程。教師要注意在實驗過程中充分激發(fā)學(xué)生的主觀能動性，這樣有利于提高航海技術(shù)教學(xué)效果，讓學(xué)生真正掌握知識。另外，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行教學(xué)不僅保證了學(xué)生的人身安全，還可以反復(fù)循環(huán)練習(xí)。

在建設(shè)航海船舶實驗室的時候，同時可以使用顯卡虛擬化技術(shù)建造網(wǎng)絡(luò)實訓(xùn)平臺，提升教學(xué)效果，節(jié)省教學(xué)成本。在上文提到的實驗教學(xué)中，一個至關(guān)重要的內(nèi)容就是構(gòu)建船舶結(jié)構(gòu)模型，一方面要保障教學(xué)質(zhì)量，另一方面要簡化模型，降低硬件要求。教師可以使用Multigen Creator構(gòu)建仿真的實時三維模型，構(gòu)建完成后，可使用 Unity3D驅(qū)動引擎，利用VR展現(xiàn)出來，提高真實感。通過使用顯卡虛擬化技術(shù)，可以在網(wǎng)絡(luò)上拓展實訓(xùn)教學(xué)，促進移動PC端或移動端的交互操作。

我國有著深遠(yuǎn)的航海業(yè)發(fā)展歷史，在世界上是一個航運大國，如何培養(yǎng)航海業(yè)素質(zhì)人才是一直被重視考慮的問題。虛擬現(xiàn)實技術(shù)給航海技術(shù)教學(xué)注入了新的活力，推動了教學(xué)模式的變革。隨著不斷實踐和積累經(jīng)驗，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在航海教育中會越來越普及，為我國培養(yǎng)航海專業(yè)人才做出貢獻。

（責(zé)任編輯 林 娟）