服務(wù)熱線
隨著國內(nèi)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、智能控制技術(shù)、工業(yè)仿真拆裝技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等在當(dāng)前院校信息化建設(shè)發(fā)展中的深入應(yīng)用，以往教學(xué)過程中單一的圖文授課和實(shí)裝訓(xùn)練模式已不能完全滿足當(dāng)前時代與科技發(fā)展的需要。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等高職教育信息化建設(shè)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)的重要內(nèi)容。具有更大數(shù)據(jù)承載量、更逼真的模擬場景、更強(qiáng)功能的三維虛擬交互教學(xué)訓(xùn)練系統(tǒng)成為了目前的教學(xué)訓(xùn)練的迫切需求。
為了更好地展示現(xiàn)代化、信息化教學(xué)與科研成果，提高院校的仿真教學(xué)與訓(xùn)練水平，擴(kuò)大高科技手段在院校重點(diǎn)學(xué)科專業(yè)教育教學(xué)與訓(xùn)練中的應(yīng)用，解決實(shí)物機(jī)械等設(shè)備數(shù)量少、造價昂貴、無法滿足在校學(xué)生日常教學(xué)與實(shí)訓(xùn)需求的問題，特別是涉及高?；驑O端的環(huán)境、不可及或不可逆的操作，現(xiàn)實(shí)教學(xué)中很難完成的實(shí)訓(xùn)教學(xué)、高成本、高消耗、大型或綜合訓(xùn)練等情況時，全息教室可以為老師和學(xué)生提供可靠、安全和經(jīng)濟(jì)的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。經(jīng)過調(diào)研，在教學(xué)與實(shí)訓(xùn)中采用可靠實(shí)用的三維虛擬交互教學(xué)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)是必要的，目前在技術(shù)上也是完全可以實(shí)現(xiàn)的。
一、虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）實(shí)訓(xùn)解決傳統(tǒng)教學(xué)難點(diǎn)痛點(diǎn)
（1）教學(xué)內(nèi)容平面化，難以理解
職業(yè)教育培養(yǎng)應(yīng)用型技術(shù)技能人才，要通過“學(xué)”加“看”、“仿”加
“練”來提高學(xué)生的專業(yè)技能，僅有平面的文字閱讀學(xué)習(xí)無法滿足教育教學(xué)的需要。傳統(tǒng)教育始終展現(xiàn)平面化，如遇內(nèi)容太枯燥，學(xué)生沒有學(xué)習(xí)動力與熱情。如遇復(fù)雜教學(xué)內(nèi)容，如機(jī)械專業(yè)的液壓原理、醫(yī)學(xué)專業(yè)的產(chǎn)婦分娩、汽修課的發(fā)動機(jī)構(gòu)造、軌道運(yùn)輸專業(yè)的轉(zhuǎn)向架檢修等，教師難以用語言把知識點(diǎn)表達(dá)得非常清晰，同時由于每個學(xué)生的理解力不同，教學(xué)效果因人而異，甚至初次學(xué)習(xí)這些知識的學(xué)生會得到“盲人摸象”般的感受。然而VR創(chuàng)新教學(xué)，三維立體化教學(xué)，內(nèi)容更具體，所有的學(xué)習(xí)內(nèi)容都可以通過交互式、沉浸式方式快速了解結(jié)構(gòu)、原理等。立體化教材讓學(xué)習(xí)者在紙質(zhì)文本之外，獲得仿真、交互的數(shù)字課程資源支持，實(shí)現(xiàn)“線上線下互動、新舊媒體融合”的整體解決方案，從而使抽象的教學(xué)概念更加容易理解，帶來實(shí)踐與理論、知識與思維、現(xiàn)實(shí)與未來三方面的相互融合。
（2）實(shí)訓(xùn)危險系數(shù)大，安全事故頻發(fā)
實(shí)操訓(xùn)練是職業(yè)教育不可缺少的環(huán)節(jié)，但在實(shí)訓(xùn)教學(xué)過程中往往受到設(shè)備昂貴、成本高的限制，在實(shí)訓(xùn)過程中還會出現(xiàn)設(shè)備損耗嚴(yán)重，后期更新維護(hù)困難等問題，部分實(shí)訓(xùn)操作因?yàn)閳龅睾桶踩蛩?，不利于學(xué)生反復(fù)進(jìn)行訓(xùn)練，甚至根本無法開展訓(xùn)練，嚴(yán)重影響了職業(yè)教育實(shí)訓(xùn)教學(xué)的效果。在職教學(xué)習(xí)過程中，類似于電力、化工、機(jī)械等專業(yè)具有極高的危險性，學(xué)生很容易受到觸電、爆燃等危險。利用VR教學(xué)實(shí)訓(xùn)，學(xué)生可以在虛擬場景中提前操作，既然是沒有危險性的操作場景，學(xué)生操作起來簡易上手，內(nèi)容記憶及教學(xué)效果也會加倍。
（3）實(shí)訓(xùn)成本高
針對汽車維修、軌道交通、機(jī)械工程、生物醫(yī)學(xué)等“高成本”專業(yè)，對于實(shí)訓(xùn)環(huán)境要求比較高，一個場景的搭建或者一個真實(shí)的實(shí)訓(xùn)設(shè)備都是學(xué)校一筆巨大開銷，然而耗材少卻達(dá)不到學(xué)生實(shí)訓(xùn)真正的目的。利用VR教學(xué)實(shí)訓(xùn)，既能節(jié)約學(xué)校實(shí)訓(xùn)成本，突破傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)在時空、設(shè)備、成本、內(nèi)容等方面的限制，讓學(xué)生在虛擬的實(shí)訓(xùn)環(huán)境中隨心所欲地進(jìn)行各種訓(xùn)練，獲取前所未有的實(shí)訓(xùn)教學(xué)體驗(yàn)。學(xué)生能在虛擬環(huán)境中反復(fù)操作，同時，教師可多角度重復(fù)展示一個部件的拆裝，而不會額外產(chǎn)生大型器械的練習(xí)成本和場地成本。
（4）急需開發(fā)職教創(chuàng)新課程體系
傳統(tǒng)職業(yè)教育的職業(yè)針對面狹窄，不能使學(xué)生理解高水平的學(xué)術(shù)或?qū)拸V的產(chǎn)業(yè)和生涯知識，為此，他們將先進(jìn)的學(xué)術(shù)引入職業(yè)課程，同時還將生涯和技術(shù)課程建立在職業(yè)群的基礎(chǔ)上，使課程框架更寬泛。傳統(tǒng)職業(yè)教育已不能滿足職業(yè)發(fā)展的需求，以前美國有很多副學(xué)士學(xué)位的工作崗位，但今天在IT和自動化技術(shù)的沖擊下，這些工作崗位消失得很快，越來越多的工作崗位需要更寬厚的學(xué)術(shù)知識和較高的操作技能，即意在使受教育者以較寬厚的基礎(chǔ)和實(shí)力去迎接未來多變且多元的勞動世界。
l 虛擬實(shí)驗(yàn)室有助于提高高等學(xué)校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量, 改善教學(xué)環(huán)境
目前各個高校普遍存在教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器陳舊的問題、學(xué)校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)投入資金緊張的問題。相對落后的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備滿足不了現(xiàn)代學(xué)科內(nèi)容的更新和發(fā)展。學(xué)校將虛擬儀器設(shè)備技術(shù)引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)中, 不但能夠充分利用教育資源, 而且具有更高的靈活性, 不再受傳統(tǒng)設(shè)備模式的限制, 從而節(jié)約大量的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資, 有利于改善辦學(xué)條件和提高教學(xué)水平。
l 虛擬實(shí)驗(yàn)室有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效率
虛擬實(shí)驗(yàn)以計算機(jī)作為基本的技術(shù)平臺, 開發(fā)設(shè)計與課程內(nèi)容相適應(yīng)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。學(xué)生在虛擬的環(huán)境下進(jìn)行相關(guān)內(nèi)容的實(shí)驗(yàn), 并獲得如身臨其境的實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)。采用集成的虛擬拆裝系統(tǒng), 還可以實(shí)現(xiàn)自動拆裝、自動記錄和數(shù)據(jù)處理。虛擬實(shí)驗(yàn)可以非常靈活地為教學(xué)中的原理設(shè)計實(shí)驗(yàn)進(jìn)行直觀的演示, 教學(xué)效果非常明顯。除此之外, 還可通過軟件虛擬出各種過程進(jìn)行直觀的演示。學(xué)生可及時進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、觀察和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。通過虛擬實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn), 學(xué)生在有限的實(shí)驗(yàn)學(xué)時內(nèi)有更多的時間動腦、動手, 領(lǐng)會和掌握到更多的知識, 而不是把時間花在繁雜的儀器連接和調(diào)試方面, 實(shí)驗(yàn)的效率大大提高。
l 虛擬實(shí)驗(yàn)室有利于提高教學(xué)效果, 減輕實(shí)驗(yàn)管理人員的工作負(fù)荷
在真實(shí)實(shí)驗(yàn)室教學(xué), 受到儀器設(shè)備量限制, 所傳授的知識和技能有限, 教師不可能把各種可能發(fā)生的情況一一羅列出來, 管理人員也不可能時刻進(jìn)行管理維護(hù)。而利用虛擬實(shí)驗(yàn)室, 能夠不受實(shí)驗(yàn)設(shè)備儀器的限制, 學(xué)生可以自由做實(shí)驗(yàn), 有利于提高教師在課堂上的教學(xué)效果及課后的輔導(dǎo)效果, 同時也減輕了實(shí)驗(yàn)管理人員的工作負(fù)荷。
三、虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室的優(yōu)點(diǎn)：
· 逼真的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境提供與真實(shí)設(shè)備一樣的感受。
· 不消耗現(xiàn)實(shí)資源和能量，零風(fēng)險、低成本。
· 多種交互方式相結(jié)合，增強(qiáng)了虛擬操作訓(xùn)練的效果
· 加深學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的認(rèn)識和理解
· 有利于師生對其進(jìn)行理論升華，更好地指導(dǎo)實(shí)際教學(xué)內(nèi)容，即對設(shè)計過程，教學(xué)系統(tǒng)整體進(jìn)行優(yōu)化配置，推動教學(xué)與科研的巨大躍升
· 對跨學(xué)院的教學(xué)內(nèi)容與師生作品進(jìn)行全面仿真，達(dá)到前所未有的直覺感、真實(shí)感，為科研與教育的進(jìn)一步發(fā)展提供了更大的空間
四、建設(shè)思路
（1）按照專業(yè)課實(shí)施過程，合理規(guī)劃專業(yè)教室空間布局，為學(xué)習(xí)空間構(gòu)建為多個功能區(qū)，分別為VR教學(xué)區(qū)、MR交互體驗(yàn)區(qū)、實(shí)訓(xùn)教學(xué)區(qū)等以滿足教學(xué)中各手段的需求，并在一個空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)實(shí)物教學(xué)、信息化教學(xué)模式與傳統(tǒng)教學(xué)手段的有機(jī)組合，將教室的學(xué)習(xí)效能最大化。
（2）設(shè)計有多機(jī)位的VR虛擬教學(xué)區(qū)。在此區(qū)域內(nèi)可進(jìn)行發(fā)動機(jī)沉浸式虛擬結(jié)構(gòu)原理學(xué)習(xí)及仿真拆裝，利用VR技術(shù)以及空間跟蹤定位技術(shù)，對難以在小空間范圍內(nèi)進(jìn)行整車或整機(jī)的結(jié)構(gòu)原理學(xué)習(xí)，進(jìn)行有序的分步驟結(jié)構(gòu)爆炸分解，展現(xiàn)汽車設(shè)計特點(diǎn)。
（3）充分利用專業(yè)教室內(nèi)外立面空間，設(shè)計有虛擬學(xué)習(xí)文化展板。
（4）軟件要求包含2D資源展示功能，可以在軟件中加載文字學(xué)習(xí)資料、相關(guān)演示圖片、二維動畫資源等。
五、詳細(xì)方案設(shè)計
