基于AR/VR技術(shù)的實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)思路

席鳳征

摘 要：隨著信息化技術(shù)的快速發(fā)展，AR/VR技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于職業(yè)教育，AR/VR技術(shù)能夠?qū)⒔虒W(xué)內(nèi)容靈活、生動(dòng)地呈現(xiàn)給學(xué)生，為實(shí)訓(xùn)基地注入新的活力?；诖?，從AR/VR技術(shù)在實(shí)訓(xùn)室建設(shè)中的運(yùn)用實(shí)踐出發(fā)，以徐州技師學(xué)院智能制造實(shí)訓(xùn)中心為例，探索集成AR/VR技術(shù)、3D技術(shù)、環(huán)境藝術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等先進(jìn)科技手段，建立一套高度沉浸性的實(shí)景互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)，借助高仿真3D情景模擬，讓學(xué)生在虛擬的環(huán)境中學(xué)習(xí)知識(shí)，或通過(guò)智能制造場(chǎng)景，讓學(xué)生體驗(yàn)交互式的加工制造等。

關(guān)鍵詞：AR/VR技術(shù) 實(shí)訓(xùn)基地 建設(shè)思路

當(dāng)今各類院校的學(xué)生教育面臨著時(shí)代、技術(shù)和生源的變化。隨著時(shí)代變化，“工業(yè)4.0”“制造2025”已成為當(dāng)代的關(guān)鍵詞。產(chǎn)業(yè)前沿技術(shù)的高速發(fā)展，帶來(lái)了“智能制造”等多種概念，而這些前沿產(chǎn)業(yè)面臨著旺盛的崗位需求。院校教育是高技能人才的搖籃，孕育著從“制造大國(guó)”到“制造強(qiáng)國(guó)”，從“中國(guó)制造”到“中國(guó)創(chuàng)造”的“中國(guó)夢(mèng)”，肩負(fù)著培養(yǎng)具有“工匠精神”的人才隊(duì)伍的重任，推動(dòng)著中國(guó)制造業(yè)從大國(guó)向強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變。

另一方面，信息技術(shù)發(fā)展的成果已在生活中占據(jù)主流，移動(dòng)互聯(lián)、虛擬仿真以及大數(shù)據(jù)等技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用也成為大勢(shì)所趨。而院校教育的學(xué)生對(duì)象已經(jīng)從數(shù)字時(shí)代的移民變成了數(shù)字時(shí)代的原住民，新時(shí)代的學(xué)生往往個(gè)性鮮明、獨(dú)立自主，并且更依賴于信息化、個(gè)性化、多樣性的教學(xué)策略。

面對(duì)上述變化，需要重新思考院校的教學(xué)設(shè)備與體驗(yàn)?zāi)Ｊ健?/p>

一、各專業(yè)體驗(yàn)與教學(xué)現(xiàn)狀

1.教學(xué)資源層次單一、模式陳舊

當(dāng)前院校教學(xué)資源的形式比較陳舊，大多停留在課本、PPT、案例視頻等。這些教材資源的缺點(diǎn)是難以即時(shí)更新，學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容封閉。院校的教學(xué)資源層次應(yīng)該緊跟時(shí)代發(fā)展與產(chǎn)業(yè)需要，與時(shí)俱進(jìn)，而不是停留在課本的、陳舊的、片段化案例的教學(xué)資源上。并且大部分教學(xué)模式都基本停留在“教師講、學(xué)生聽(tīng)”的階段，即單向教學(xué)模式，缺乏豐富、便利、具有吸引力的教學(xué)功能（比如交互模式、虛擬仿真等），無(wú)法適應(yīng)當(dāng)前學(xué)生注意力和時(shí)間日益“碎片化”的趨勢(shì)，難以激發(fā)學(xué)習(xí)積極性。

2.全過(guò)程實(shí)訓(xùn)難以開展

當(dāng)前的教學(xué)不僅需要學(xué)生掌握理論知識(shí)，還對(duì)學(xué)生的操作、實(shí)踐能力提出了高要求。但是由于設(shè)備、場(chǎng)地、成本等條件的限制，比如學(xué)校設(shè)備不全、不多，不會(huì)用、不敢用、不夠用。學(xué)校很難開展相關(guān)的實(shí)訓(xùn)，即使進(jìn)行實(shí)訓(xùn)了，往往由于人數(shù)眾多，后排的學(xué)生經(jīng)常無(wú)法聽(tīng)清或看清教師的講解及操作;并且通常因?yàn)闀r(shí)間、場(chǎng)地有限與相關(guān)設(shè)施、人員的安全因素考量，學(xué)生大多只能參與到片段性的、非核心的工藝，而不能接觸到系統(tǒng)化、多案例、全場(chǎng)景的實(shí)訓(xùn)案例。

3.學(xué)校尚欠缺新型信息化教學(xué)資源的開發(fā)能力

教學(xué)資源建設(shè)應(yīng)該緊跟前沿技術(shù)、與時(shí)俱進(jìn)。學(xué)院的數(shù)字化教學(xué)資源不可能是一勞永逸的，并且學(xué)院可能需要根據(jù)自身特色、教學(xué)重點(diǎn)進(jìn)行即時(shí)的個(gè)性化改造，并且改造的成果應(yīng)該是高質(zhì)量的。但目前，大部分學(xué)校仍欠缺對(duì)教學(xué)資源個(gè)性化開發(fā)和持續(xù)升級(jí)的能力。

二、解決方案

1.解決思路：技術(shù)驅(qū)動(dòng)變革

改造傳統(tǒng)，以技術(shù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)變革是本方案的解決思路。將“虛擬現(xiàn)實(shí)+”“互聯(lián)網(wǎng)+”、“增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)+”、大數(shù)據(jù)等技術(shù)與理念引入了教學(xué)中。

針對(duì)教學(xué)資源、體驗(yàn)形式等問(wèn)題，建設(shè)融合了AR/VR技術(shù)的實(shí)訓(xùn)基地，不僅能夠使學(xué)生與參觀者了解重點(diǎn)知識(shí)，進(jìn)行各種模式的實(shí)訓(xùn)，并且能夠作為宣傳展示的平臺(tái)，甚至向社會(huì)開放，服務(wù)于產(chǎn)業(yè)。

針對(duì)資源開發(fā)等問(wèn)題，立足于學(xué)校培養(yǎng)“雙創(chuàng)型”技術(shù)技能人才的長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)，建設(shè)虛擬仿真雙創(chuàng)空間，自主開發(fā)構(gòu)建虛擬仿真軟件，既能夠培養(yǎng)學(xué)校師生開發(fā)虛擬仿真教學(xué)資源的能力，實(shí)現(xiàn)學(xué)校的“自我造血”升級(jí);又可服務(wù)于社會(huì)，承接對(duì)外業(yè)務(wù)，有力推動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，實(shí)現(xiàn)“創(chuàng)新引領(lǐng)創(chuàng)業(yè)、創(chuàng)業(yè)帶動(dòng)就業(yè)”的良性互動(dòng)。

2.建設(shè)目標(biāo)：融合AR/VR技術(shù)的實(shí)訓(xùn)體驗(yàn)中心

建設(shè)有機(jī)地聚合了AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）、VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）等技術(shù)的實(shí)訓(xùn)體驗(yàn)中心。智能制造實(shí)訓(xùn)中心的建設(shè)目標(biāo)如下。

（1）面向院校與企業(yè)的“產(chǎn)教一體”教學(xué)與培訓(xùn)基地。通過(guò)對(duì)AR/VR技術(shù)的有機(jī)融合，能夠與前沿技術(shù)與產(chǎn)業(yè)需求無(wú)縫對(duì)接，面向院校學(xué)生與社會(huì)從業(yè)人員，提供教學(xué)與培訓(xùn)體驗(yàn)，有效提升學(xué)生與社會(huì)員工的理論與技能。

（2）面向全校、社會(huì)公眾的科普與體驗(yàn)基地。實(shí)訓(xùn)中心聚合多方面機(jī)械制造設(shè)備、技術(shù)知識(shí)及基于AR/VR技術(shù)硬件的體驗(yàn)功能，是珍貴的教學(xué)體驗(yàn)資源，能夠作為宣傳展示、對(duì)外開放的平臺(tái)，向全校參觀人員甚至社會(huì)公眾普及機(jī)械制造技術(shù)以及VR/AR等現(xiàn)代科技技術(shù)。

（3）面向?qū)W院師生的開發(fā)實(shí)踐基地。通過(guò)VR開發(fā)區(qū)與虛擬仿真開發(fā)引擎的使用，學(xué)校能夠具備虛擬仿真教學(xué)資源的開發(fā)能力，實(shí)現(xiàn)“創(chuàng)新引領(lǐng)創(chuàng)業(yè)、創(chuàng)業(yè)帶動(dòng)就業(yè)”的良性互動(dòng)，積極引進(jìn)產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目與經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生與產(chǎn)業(yè)需求的無(wú)縫對(duì)接，促進(jìn)產(chǎn)教融合，實(shí)現(xiàn)技術(shù)轉(zhuǎn)移與輸出。

三、場(chǎng)地與環(huán)境

以徐州技師學(xué)院智能實(shí)訓(xùn)中心為例。

1.區(qū)域劃分

融合AR的智能制造實(shí)訓(xùn)中心：實(shí)訓(xùn)中心包含數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)區(qū)、工業(yè)機(jī)器人實(shí)訓(xùn)區(qū)、智能工廠實(shí)訓(xùn)區(qū)、3D打印實(shí)訓(xùn)區(qū)等。實(shí)訓(xùn)車間配備AR眼鏡，學(xué)生或參觀者可以戴著AR眼鏡進(jìn)入實(shí)訓(xùn)車間，然后看到某臺(tái)設(shè)備時(shí)，可以通過(guò)AR眼鏡看到此設(shè)備介紹、工作原理、設(shè)備操作視頻等。

VR體驗(yàn)區(qū)：體驗(yàn)區(qū)的設(shè)備主要由虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔、計(jì)算機(jī)、虛擬設(shè)備、大型顯示器和其他附屬設(shè)備組成，可以讓人仿佛置身于計(jì)算機(jī)屏幕上才有的虛擬制造工廠中，自由探索并完成與虛擬世界的互動(dòng)，營(yíng)造出身臨其境般的教學(xué)與實(shí)訓(xùn)體驗(yàn)。

VR開發(fā)區(qū)：虛擬仿真開發(fā)區(qū)內(nèi)容主要包含辦公場(chǎng)地、人員配備、硬件支持、先進(jìn)開發(fā)工具等內(nèi)容，是學(xué)校以產(chǎn)教結(jié)合、校企合作為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源的自我開發(fā)升級(jí)的基地。在虛擬仿真開發(fā)區(qū)，可完成虛擬仿真軟件的開發(fā)、測(cè)試、優(yōu)化、升級(jí)等內(nèi)容。

2.硬件建設(shè)思路

硬件建設(shè)以實(shí)用性硬件為主，觀賞、體驗(yàn)性硬件為輔。具體硬件（部分）如下。

（1）VR體驗(yàn)設(shè)備。VR頭盔、手柄：虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔，即VR頭顯（虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴式顯示設(shè)備）。

（2）AR體驗(yàn)設(shè)備。HoloLens增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)頭顯設(shè)備：HoloLens是一款增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)頭顯設(shè)備，使用AR技術(shù)將計(jì)算機(jī)生成的圖像與真實(shí)的世界相疊加。

四、基于AR/VR技術(shù)的教學(xué)與體驗(yàn)

1.虛實(shí)結(jié)合體驗(yàn)：基于HoloLens（AR）穿戴設(shè)備

基于AR技術(shù)，能夠?qū)鹘y(tǒng)的實(shí)訓(xùn)設(shè)備進(jìn)行功能拓展，實(shí)現(xiàn)操作體驗(yàn)與深刻認(rèn)知的融合式教學(xué)。HoloLens穿戴設(shè)備能夠在實(shí)訓(xùn)車間區(qū)域觸發(fā)疊加在真實(shí)世界上的全息影像，如微課、動(dòng)畫、甚至虛擬解說(shuō)員進(jìn)行講解等。通過(guò)頭顯設(shè)備，參觀者能夠有選擇地對(duì)觸發(fā)的解說(shuō)進(jìn)行了解，并且參觀者之間不會(huì)相互干擾。能夠?yàn)閰⒂^者帶來(lái)全面、生動(dòng)、定制化的服務(wù)，并且能夠加深學(xué)生對(duì)實(shí)訓(xùn)車間中所傳遞的知識(shí)的理解，提升學(xué)習(xí)與體驗(yàn)效果。

2.VR體驗(yàn)：虛擬制造工廠/車間

基于VR體驗(yàn)設(shè)備，如VR頭盔等，能夠提供“時(shí)空穿越”的體驗(yàn)，通過(guò)VR設(shè)備，參觀者能夠進(jìn)入虛擬仿真世界，這些虛擬場(chǎng)景與任務(wù)，都是基于真實(shí)的工廠環(huán)境、真實(shí)的設(shè)備、真實(shí)的任務(wù)與工藝流程設(shè)計(jì)的，學(xué)生通過(guò)VR設(shè)備進(jìn)行瀏覽與了解，并且通過(guò)手柄等進(jìn)行操作。

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（作者單位：江蘇省徐州技師學(xué)院）