高職院校VR鉗工實訓室建設研究

許波 何軍

（甘肅能源化工職業(yè)學院，甘肅 蘭州 730207）

0 引言

近年來我國的高職院校為國民經(jīng)濟發(fā)展培養(yǎng)了一大批能適應生產(chǎn)一線任務的高技能實用型人才。教育部也明確規(guī)定高職院校要保證在校生理論學習與實訓學習的比例為1：1，學校必須安排大量培養(yǎng)綜合能力的實踐性課程。高職實訓室的主要作用就是配合理論教學，為在校生提供實踐教學場所，訓練學生的職業(yè)技能，培養(yǎng)學生的職業(yè)素養(yǎng)。

1 高職院校建設鉗工實訓室的意義

鉗工教學涉及面廣，又和多種學科緊密相連，基礎要求非常高，鉗工實訓教學是高職院校所有工科專業(yè)必開的一門實訓課程。對于高職院校來說，開設鉗工實訓課的主要教學目的是為了不斷提高學生的實踐動手操作能力。鉗工是一個以手工操作為主的工種，其基本操作技能包括：鏨削、鋸削、銼削、孔加工和各種刃具的刃磨等，通過這些操作可以鍛煉學生的意志，培養(yǎng)吃苦耐勞的優(yōu)良品質(zhì)；培養(yǎng)學生一絲不茍、精益求精的工作態(tài)度。

2 高職院校鉗工實訓室運行中面臨的問題

2.1 實際動手練習時間短

鉗工操作基本動作標準到位非常關鍵，比如銼削，它是鉗工最基本的操作之一，良好的銼削操作，有利于高質(zhì)量的完成鉗工加工。但是，很多學生在進行銼削的過程中，不注意擺正銼削姿勢或不注意控制銼削質(zhì)量，這勢必會導致銼削加工效果不佳。要保證鉗工的基本操作動作標準到位，需要操作者在實踐過程中不斷地反復練習，不急于求成，最終領悟要點。而實際運用中往往難以實現(xiàn)，雖然各院校不斷加大投入，改善實訓條件，但由于需要進行鉗工實訓的專業(yè)多，學生量大，工位數(shù)量往往無法保證學生有充足的時間去反復練習。

2.2 材料消耗量大、成本高

鉗工加工的對象主要為鋼鐵等金屬材料。學生在實訓過程中往往只能得到有限的原料，每塊原料一旦使用就無法重復利用，使得學生在實踐過程中無法不斷地反復練習，從而掌握技能要點。要想達到理想的實訓效果就必須加大實訓成本的投入。

2.3 安全方面存在隱患

雖然各高職院校不斷加強實訓室管理，重視實訓過程中的安全操作，但由于實際操作過程中存在很多不確定因素，使學生在實際實訓中還是會有各種危險發(fā)生。

3 虛擬現(xiàn)實鉗工實訓室建設的優(yōu)點

虛擬現(xiàn)實技術（VR）蓬勃發(fā)展至今，已然成為科技領域熱門概念之一。然而，它的價值卻不僅僅局限于工業(yè)、商業(yè)、娛樂等方面，VR技術對虛擬環(huán)境的創(chuàng)造以及虛實交互方面的突出優(yōu)勢，注定了它將在教育領域里產(chǎn)生不可估量的作用。

3.1 VR實訓室具有更強的功能

VR鉗工實訓室可以在模擬的實訓環(huán)境下，開展規(guī)范的技術、技能實訓，具有高職院校所需的鉗工實訓室的全部功能。另外，為適應社會的發(fā)展，需要教學內(nèi)容不斷改進，相應的實訓室的設備也需要不斷更新，但受各種因素的影響，傳統(tǒng)實訓室很難做到這一點。但在虛擬環(huán)境中要實現(xiàn)這些卻很容易，并且它所具有的某些功能還超出了傳統(tǒng)實訓室所能具備的功能，虛擬實訓室能完成實際中不便于實現(xiàn)或不可能實現(xiàn)的某些實訓項目，如：在教學的要求上需要重復完成，但在實際操作中卻不可逆的實訓項目。

3.2 突破了時間、空間的限制

各高職院校的招生量不斷增加。伴隨著學生數(shù)量的增加，教學上對實踐教學環(huán)節(jié)和實訓室建設方面也提出了一些新的要求。但由于各種原因的影響，各院校都存在實訓室建設投入不到位，現(xiàn)有的實訓設備老化，設備數(shù)量隨著招生人數(shù)的擴大而顯得不足等問題，學生得不到充分的實踐鍛煉，影響了學生實踐能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。而利用VR技術搭建的虛擬實訓室，可以模擬實際的實訓環(huán)境而無需特別的要求，因此突破了高職院校因參加實訓學生過多而造成的實訓場地不足和實訓時間不夠的限制。

3.3 建設、使用成本底

建設一個滿足實踐教學需要的VR實訓室，相對于建設一個實際實訓場所的投資要小，特別是后期的設備改進、更新等方面的成本優(yōu)勢明顯。另外，實訓室建成后的運行費用也較低，實訓室的運行需要一定的設備和材料，在耗材等方面虛擬實訓室的優(yōu)勢明顯，基本無損耗。

3.4 提高學生學習興趣、避免發(fā)生危險

學生在虛擬實訓室就能完成實踐教學環(huán)節(jié)所要求的各種實訓項目，獲得與實訓一樣的感受。虛擬實訓室容易為學生接受，增加學生的學習興趣，使學生鞏固、加深了對理論知識的理解，鍛煉了在實踐中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。VR實訓室的另一個優(yōu)勢是能避免學生在實際實訓中的各種危險發(fā)生，也能模擬危險實訓場所的實訓項目，提高安全性。

4 VR鉗工實訓室建設研究

VR鉗工實訓室的基本設計思路是，將數(shù)據(jù)結(jié)構、3D技術、數(shù)據(jù)算法等技術用于虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品開發(fā)，從而搭建集教學、科研于一體的滿足鉗工實訓教學要求的實訓室。用三維空間構建符合專業(yè)特點的虛擬現(xiàn)實實踐教學環(huán)境與對象，為學生創(chuàng)造一個接近于真實的實踐學習環(huán)境，將理論知識形象化，為學生打造一個逼真的、開放的、交互的、沉浸的三維學習空間，讓學生可以根據(jù)實訓項目的特點，在虛擬環(huán)境中使用VR虛擬現(xiàn)實設備進行課程學習，以此調(diào)動學生的學習熱情，增強感官體驗，實現(xiàn)情境學習與實踐感知的完美結(jié)合。

常見的VR實訓室的形式有非沉浸式和沉浸式兩種。所謂非沉浸系統(tǒng)就是利用個人計算機來進行仿真，實現(xiàn)立體圖形呈現(xiàn)、自然交互等技術。營造和實際環(huán)境高度相似的、逼真、虛擬的環(huán)境應用系統(tǒng)。常用鍵盤、鼠標等基本輸入設備與虛擬環(huán)境交互，顯示器則作為虛擬環(huán)境的觀察窗口，對虛擬環(huán)境中的一個物體或空間進行全方位觀察。這種系統(tǒng)中，雖然學生可以通過輸入設備操縱其中的物體，但缺乏真實的體驗感。而沉浸系統(tǒng)能使使用者有置身于虛擬世界之中的沉浸式體驗。它通過頭盔顯示器或者專用立體眼鏡等輔助顯示設備將使用者的視覺系統(tǒng)、聽覺系統(tǒng)和其他感覺系統(tǒng)融合起來，讓使用者能夠產(chǎn)生一種身臨其境的感覺。它構建成的虛擬世界是動態(tài)的，可以操縱的，可以利用位置跟蹤器、數(shù)據(jù)操作手柄等輸入設備來操控虛擬環(huán)境中的物體。虛擬世界對這種操縱作出響應。

鉗工是一個以手工操作為主的工種，為符合鉗工實訓的要求，VR鉗工實訓室應采用沉浸式的形式。為降低成本建設實訓室時可將虛擬現(xiàn)實頭盔改為VR盒子。VR盒子是一種簡易的虛擬現(xiàn)實頭戴式顯示設備，它可以通過一個頭戴式VR盒子與手持式智能終端設備的組合、一套操作手柄控制器、一個能于空間內(nèi)同時追蹤顯示器與控制器的定位系統(tǒng)三個部分給使用者提供沉浸式體驗。

為了便于學生使用和便于教師掌握學生的學習情況，實訓系統(tǒng)中還應包括VR工程文件庫和VR視頻資料庫。每一個實訓項目可單獨制成一個VR工程文件，這些VR工程文件實行分類管理，并設置訪問權限，學生通過賬號訪問各自的實訓項目，并通過終端打開這些VR工程文件，進行交互操作。當每個實訓操作完成之后，系統(tǒng)會記錄并輸出每個學生的操作流程等客觀測試結(jié)果，并由服務器端的考核打分軟件完成成績的評判并顯示成績。教師還可以錄制的交互操作視頻，上傳到VR視頻資料庫進行集中管理，同樣進行分類，學生通過移動終端設備進行訪問并播放，使其了解到每個實訓項目交互操作內(nèi)容的完整過程，這些VR視頻將用于課前預習和課后復習，讓學生即便沒有虛擬現(xiàn)實相應的硬件設備在身邊時，也能進行虛擬的教學資源學習。

5 結(jié)語

高職院校辦學的宗旨就是為社會培養(yǎng)職業(yè)技能型人才，為此在教學實施的過程中對學生動手能力、實踐能力、創(chuàng)新能力的要求較高，而職業(yè)技能必須通過實踐教學環(huán)節(jié)才能得到有效提高。所以高職院校的學生在校期間除了要注重理論學習，還應重視實踐。在理論學習的基礎上，著重提升實踐能力。這就要求高職院校必須有能夠滿足學生發(fā)展需要的實訓教室，以方便學生提升自身的實踐能力。VR技術無疑為高職院校實踐教學環(huán)節(jié)帶來了便利，在節(jié)省人力、財力的同時，改變了傳統(tǒng)實踐教學模式，使得實踐教學活動不再局限于固定的場地和時間。

隨著教育改革的不斷深入，虛擬現(xiàn)實實訓作為一種新的教學手段，以其擁有的強大優(yōu)勢和發(fā)展?jié)摿?，將在教育領域發(fā)揮極其重要的作用。高職院校虛擬現(xiàn)實實訓室肩負著提高教學水平、培養(yǎng)技能型人才、積累科研成果等重要使命。隨著虛擬現(xiàn)實技術的不斷發(fā)展，硬件設備價格的逐漸降低，虛擬現(xiàn)實實訓室也將不斷完善。

然而機遇與挑戰(zhàn)并存，國內(nèi)虛擬現(xiàn)實技術還在不斷突破、發(fā)展、完善，這就要求高職院校在進行VR實訓室建設時要綜合考慮建設、開發(fā)、設計與應用的每一個環(huán)節(jié)。在VR技術創(chuàng)建的虛擬環(huán)境下，教學活動如何有效設計，學習活動如何高效互動，學習效果如何及時反饋和評價等，都成為VR實踐教學亟待探討和解決的問題。