供配電教學(xué)中利用VR技術(shù)構(gòu)建沉浸式學(xué)習(xí)環(huán)境的策略研究

王眾毅，周剛

（許昌電氣職業(yè)學(xué)院，河南 許昌 461000）

電氣工程專業(yè)的課程內(nèi)容均具備實踐性的特征，這要求教師能夠打破課堂的限制，在教會學(xué)生理論內(nèi)容的基礎(chǔ)上，帶領(lǐng)學(xué)生參與實踐，實現(xiàn)理論與實踐的有效結(jié)合。在傳統(tǒng)的教學(xué)工作中雖然也認(rèn)識到了實踐教學(xué)的重要性，但由于實踐場地有限，多個班級輪流使用，很難在完成理論學(xué)習(xí)后直接參與實踐，且不能保障每個學(xué)生都有機(jī)會上手操作，這便會對實踐教學(xué)效果造成影響，容易出現(xiàn)理論與實踐脫節(jié)的問題?；诖耍肰R技術(shù)打造虛擬的實踐場地，為學(xué)生創(chuàng)造沉浸式的學(xué)習(xí)環(huán)境具有極為現(xiàn)實的教育意義。

1 沉浸式學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)建的基本原則

1.1 遵循科學(xué)性原則

在打造沉浸式學(xué)習(xí)環(huán)境時，主要目的是利用虛擬化技術(shù)構(gòu)建虛擬的實踐場景，并引導(dǎo)學(xué)生佩戴虛擬設(shè)備親自參與實踐操作，與虛擬空間進(jìn)行良好交互。這便要求對沉浸式學(xué)習(xí)環(huán)境的打造要圍繞具體的教學(xué)內(nèi)容，保障環(huán)境構(gòu)建的科學(xué)性。如在供配電學(xué)習(xí)中的應(yīng)用，則需根據(jù)供配電技術(shù)的各個模塊，分別創(chuàng)建供配電操作環(huán)境，促使學(xué)生在虛擬場景中完成對理論知識的應(yīng)用，這與實際參與實踐的教學(xué)效果相同。如在學(xué)習(xí)高壓斷路器的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行機(jī)理時，則可利用3D技術(shù)先構(gòu)建高壓斷路器的三維模型，之后通過貼圖和渲染使其盡可能接近高壓斷路器的實物，之后讓學(xué)生佩戴虛擬設(shè)備，實踐操作高壓斷路器的拆卸與組裝，這可使學(xué)生加深對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的直觀了解。

1.2 遵循連貫性原則

此處指課程內(nèi)容的連貫性以及學(xué)習(xí)知識的連貫性。同時，為了保障沉浸式學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)建的有效性，還需根據(jù)學(xué)生的學(xué)情和學(xué)習(xí)特點對其進(jìn)行層次劃分，對理解能力和學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)的學(xué)生和學(xué)習(xí)能力較差的學(xué)生分別設(shè)置不同的知識框架，但需要注意的是，應(yīng)圍繞特定時期的教學(xué)任務(wù)，對知識框架進(jìn)行科學(xué)設(shè)計，并將知識點進(jìn)行模塊化處理，以便于滿足不同層級學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。

1.3 遵循交互性原則

處于VR學(xué)習(xí)環(huán)境中的學(xué)生可以實現(xiàn)與三個對象的交互：（1）與被控制對象進(jìn)行交互。指的是學(xué)生可以根據(jù)前期的學(xué)習(xí)內(nèi)容操作實踐，直接控制被控制對象的動作，在操作時，被控制對象的形態(tài)，運(yùn)動方向等均受學(xué)生直接控制，并且會反饋相關(guān)的變化參數(shù)，輔助學(xué)生完成實踐學(xué)習(xí)活動。（2）是與虛擬對象的交互。主要是指學(xué)生在實踐過程中遇到問題時，可直接與虛擬對象對話，提出問題獲得答案后，繼續(xù)實踐操作，直至完成實踐學(xué)習(xí)任務(wù)，在與虛擬對象對話的過程中往往可以學(xué)習(xí)到書本中沒有的知識點，促使學(xué)生的實踐能力得到更好的提升。（3）與學(xué)習(xí)者的交互。指的是與同為學(xué)生的學(xué)習(xí)者進(jìn)行交流和互動，在虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境中，每個學(xué)習(xí)者均會化身虛擬形象，通過語言和肢體上的交流實現(xiàn)交互，通常是多個學(xué)習(xí)者通過在虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境中的交互來共同合作完成實踐學(xué)習(xí)任務(wù)。在沉浸式的學(xué)習(xí)環(huán)境中，學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度可以由被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)，相對來說，學(xué)習(xí)效果也更為突出。

2 利用VR技術(shù)構(gòu)建供配電沉浸式學(xué)習(xí)環(huán)境的策略

隨著VR技術(shù)的不斷成熟，其已經(jīng)被逐漸應(yīng)用于教學(xué)工作中，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)對特定學(xué)習(xí)環(huán)境的模擬，為學(xué)生創(chuàng)造出沉浸式的學(xué)習(xí)環(huán)境，這可在一定程度上激發(fā)學(xué)生的主觀意識，使其主動參與實踐學(xué)習(xí)。從教學(xué)方面來講，傳統(tǒng)的教學(xué)模式以硬性灌輸為主，學(xué)生只能被動接受，對各類理論知識的理解不夠透徹，且無法應(yīng)用于具體的實踐中，出現(xiàn)理論與實踐脫節(jié)的問題。而在VR技術(shù)的作用下，可為學(xué)生打造較為真實的實踐學(xué)習(xí)環(huán)境，讓學(xué)生在虛擬現(xiàn)實情境中直接動手實踐，做到對理論知識的融匯貫通與合理利用。因此，此種教學(xué)手段更加教學(xué)優(yōu)勢，能夠圍繞學(xué)生的實踐學(xué)習(xí)需求創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)環(huán)境，促使學(xué)生通過真實體驗掌握更多的供配電技術(shù)。

2.1 依托學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)需求構(gòu)建沉浸式學(xué)習(xí)環(huán)境

構(gòu)建沉浸式學(xué)習(xí)環(huán)境的主要目的是打破傳統(tǒng)教學(xué)模式的局限性，做到理論與實踐的深度融合，確保學(xué)生在特定的學(xué)習(xí)環(huán)境中掌握相關(guān)的供配電技術(shù)。在構(gòu)建沉浸式學(xué)習(xí)環(huán)境時的要點為以學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)需求為核心，盡可能為學(xué)生打造真實的實踐氛圍，確保學(xué)生在虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境中能夠獲得沉浸式的體驗，從中了解和掌握大量的供配電技術(shù)要領(lǐng)，提升學(xué)生的實踐操作能力。在沉浸式的學(xué)習(xí)環(huán)境中，可以改變枯燥的學(xué)習(xí)氛圍，學(xué)生可在虛擬環(huán)境中練習(xí)供配電操作的基本要求，當(dāng)學(xué)生做出錯誤的操作時，可以通過與虛擬對象的交互，獲得錯誤提示，有助于規(guī)范學(xué)生的實踐操作行為，在其中積累大量的實踐經(jīng)驗，為今后步入崗位奠定良好的基礎(chǔ)。除此之外，可以設(shè)計多個知識模塊，確保學(xué)生在參與虛擬環(huán)境時，可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)情為其智能推薦相關(guān)的學(xué)習(xí)內(nèi)容，根據(jù)技術(shù)操作的難易程度細(xì)分課程內(nèi)容，使學(xué)生通過沉浸式學(xué)習(xí)積累大量的實踐經(jīng)驗，保障在今后參與工作后能夠盡快適應(yīng)崗位工作。

如在學(xué)習(xí)有關(guān)真空斷路器的倒閘順序和操作安全知識時，可以利用3D軟件先構(gòu)建一個三維模型，并在模型上附圖渲染，使其形成與真實的真空斷路器無限接近的虛擬模型，之后對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，并設(shè)置聯(lián)動機(jī)構(gòu)，確保對實踐操作步驟的真實模擬。為讓學(xué)生了解斷路器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可以將三維模型生產(chǎn)動態(tài)動畫，對于斷路器的拆卸和安裝過程進(jìn)行演示，讓學(xué)生了解各個構(gòu)件之間的關(guān)系，明確在斷路器中各個構(gòu)件的基本作用，這有助于學(xué)生對斷路器運(yùn)行原理的學(xué)習(xí)。在此基礎(chǔ)上，方可利用VR技術(shù)為學(xué)生營造沉浸式的學(xué)習(xí)環(huán)境，使其在虛擬環(huán)境中完成與被控制對象的交互，全面掌握斷路器的結(jié)構(gòu)特點和運(yùn)行原理，這可為今后的供配電技術(shù)學(xué)習(xí)奠定良好的基礎(chǔ)。

2.2 增強(qiáng)虛實結(jié)合的效果為學(xué)生帶來沉浸式的學(xué)習(xí)體驗

VR技術(shù)中的仿真功能十分強(qiáng)大，能夠根據(jù)具體的學(xué)習(xí)需求，實現(xiàn)虛擬與現(xiàn)實的有效結(jié)合，現(xiàn)階段，VR技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等多種感知的模擬，將其應(yīng)用于供配電學(xué)習(xí)過程中，可以促使學(xué)生與虛擬環(huán)境的交互來獲得多種感官體驗，從中真實地感受供配電技術(shù)的操作方法。當(dāng)學(xué)生沉浸于虛擬環(huán)境中時，便能忽視現(xiàn)實與虛擬環(huán)境的界限，在虛擬環(huán)境中完成對供配電相關(guān)技術(shù)的實踐操作，積累和掌握大量的實踐操作經(jīng)驗。此外，在實踐操作中也能檢驗學(xué)習(xí)者在理論學(xué)習(xí)中存在的不足，幫助學(xué)習(xí)者更好地掌握理論基礎(chǔ)，并將其融匯到具體的實踐作業(yè)中，通過觀察學(xué)習(xí)者的實踐操作表現(xiàn)，也能明確今后的實踐學(xué)習(xí)方向和學(xué)習(xí)任務(wù)，致力于不斷彌補(bǔ)學(xué)生的短板，強(qiáng)化其供配電技術(shù)水平。

2.3 融合多學(xué)科內(nèi)容搭建知識體系完善的沉浸式學(xué)習(xí)系統(tǒng)

當(dāng)前時期，最明顯的特征便是學(xué)科的邊界不再清晰，大部分技術(shù)中均融合了多學(xué)科的內(nèi)容，供配電技術(shù)也不例外，其與自動化技術(shù)和電氣技術(shù)等存在密切的聯(lián)系。因此，在針對供配電技術(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)時，不得局限于課本內(nèi)容，還需根據(jù)其技術(shù)特性對所學(xué)的知識內(nèi)容進(jìn)行擴(kuò)展，但不得脫離于供配電相關(guān)技術(shù)的范疇，旨在強(qiáng)化學(xué)生的供配電技術(shù)能力。在借助VR技術(shù)打造虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境時，可以將多學(xué)科的知識點融入其中，實現(xiàn)供配電技術(shù)與多學(xué)科內(nèi)容的深度融合，通過跨學(xué)科的學(xué)習(xí)能夠不斷完善學(xué)生的知識體系，使其對供配電技術(shù)有更深入的認(rèn)知。

3 結(jié)語

VR技術(shù)在供配電學(xué)習(xí)中的應(yīng)用優(yōu)勢主要表現(xiàn)為，能夠帶給學(xué)習(xí)者多種感官體驗，使其在學(xué)習(xí)中體驗沉浸式學(xué)習(xí)的樂趣。為了打造高效的沉浸式學(xué)習(xí)環(huán)境，首先，應(yīng)該明確學(xué)生的主體學(xué)習(xí)地位，根據(jù)學(xué)情劃分等級，并有針對性地為其提供對應(yīng)層級的實踐學(xué)習(xí)環(huán)境，確保每個層級的學(xué)習(xí)者均能通過與虛擬環(huán)境以及被控制對象的交互達(dá)成良好的實踐學(xué)習(xí)效果；其次，便是豐富虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境的沉浸式體驗，讓學(xué)生通過多重交互掌握特定的技術(shù)操作方法，積累和總結(jié)大量的技術(shù)操作經(jīng)驗，彌補(bǔ)在傳統(tǒng)學(xué)習(xí)活動中存在的不足；最后，需要實現(xiàn)對學(xué)科知識點的融合，讓學(xué)習(xí)者在有限的時間內(nèi)獲得更多知識內(nèi)容，提高供配電學(xué)習(xí)的實效性。