基于VR-AR技術(shù)的機(jī)械課程教學(xué)方法探索

1、 基于VR/AR技術(shù)的機(jī)械課程教學(xué)方法探索 周衛(wèi)東Summary：伴隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平的提升，許多先進(jìn)的技術(shù)被研發(fā)并廣泛應(yīng)用在教育過(guò)程中，例如VR技術(shù)和AR技術(shù)。通過(guò)在機(jī)械專業(yè)課程教學(xué)的過(guò)程中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)VR技術(shù)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)AR技術(shù)，這在一定程度上可以強(qiáng)化學(xué)生對(duì)機(jī)械課程專業(yè)知識(shí)的深入理解和掌握。通過(guò)這兩項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用能夠?yàn)閷W(xué)生創(chuàng)造出如身臨其境般的學(xué)習(xí)環(huán)境，并對(duì)一些事物進(jìn)行實(shí)際模擬，這可促進(jìn)學(xué)生工程意識(shí)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。Key：虛擬現(xiàn)實(shí);增強(qiáng)現(xiàn)實(shí);機(jī)械教學(xué)引文：一些中職院校在開(kāi)展傳統(tǒng)機(jī)械課程教學(xué)時(shí)，由于大部分的學(xué)生沒(méi)有充分的機(jī)械實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，這導(dǎo)致在授課過(guò)程中大部分學(xué)生對(duì)機(jī)械課程專業(yè)原理知識(shí)不能很

2、好理解，從而導(dǎo)致課堂低效的現(xiàn)象發(fā)生。雖然在機(jī)械課程專業(yè)知識(shí)講述時(shí)常采用動(dòng)畫展示或者是視頻的方式，許多學(xué)生只了解大概的機(jī)械基礎(chǔ)知識(shí)。但是，通過(guò)VR/AR技術(shù)在機(jī)械課程教學(xué)中的應(yīng)用能夠有效應(yīng)對(duì)這些問(wèn)題。一、機(jī)械教學(xué)存在的VR/AR技術(shù)需求為了能夠有效地提升機(jī)械教學(xué)效率，實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)，則應(yīng)對(duì)現(xiàn)階段機(jī)械教學(xué)中存在的問(wèn)題進(jìn)行深入的分析和研究，在教學(xué)的過(guò)程中應(yīng)站在學(xué)生的角度對(duì)存在的問(wèn)題進(jìn)行探索。本文主要從機(jī)械理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)對(duì)機(jī)械教學(xué)存在的VR/AR技術(shù)需求進(jìn)行了深入地探索。（一）理論教學(xué)理論教學(xué)是機(jī)械課程知識(shí)教學(xué)基礎(chǔ)，是學(xué)生獲取專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的重要途徑。對(duì)于機(jī)械課程而言，不僅擁有比較強(qiáng)的專

3、業(yè)性，而且還是要求學(xué)生擁有豐富的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。在傳統(tǒng)的機(jī)械課程教學(xué)過(guò)程中雖然采用了多媒體教學(xué)、動(dòng)畫展示等教學(xué)手段，但是并沒(méi)有良好得提升學(xué)生對(duì)專業(yè)機(jī)械知識(shí)的學(xué)習(xí)效率，尤其是在數(shù)控加工技術(shù)、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)理論知識(shí)教學(xué)中。例如，在機(jī)械課程中的工程圖學(xué)授課的過(guò)程中，許多學(xué)生在空間能力方面存在缺陷，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)二維視圖和三維視圖的有效轉(zhuǎn)換，主要體現(xiàn)在對(duì)主視圖的認(rèn)識(shí)較強(qiáng)，對(duì)左視圖和俯視圖認(rèn)識(shí)方面存在問(wèn)題。若采用虛擬機(jī)模擬組合可直觀對(duì)機(jī)械的組合過(guò)程進(jìn)行觀察和學(xué)習(xí)，這在一定程度上能夠有效地提升學(xué)生對(duì)機(jī)械專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)效率。（二）實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是機(jī)械課程理論知識(shí)教學(xué)的良好補(bǔ)充，機(jī)械課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)在一定程度上可幫助學(xué)

4、生加深對(duì)機(jī)械專業(yè)知識(shí)的認(rèn)識(shí)和學(xué)習(xí)。因?yàn)闄C(jī)械課程具有較強(qiáng)的專業(yè)性，常常在許多專業(yè)理論知識(shí)課程內(nèi)容中添加實(shí)驗(yàn)課程，這能夠有效地提升學(xué)生對(duì)機(jī)械知識(shí)的認(rèn)識(shí)。但是，由于在每個(gè)學(xué)期都要開(kāi)展大量批次的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，許多機(jī)械設(shè)備成本較高，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過(guò)程中極可能造成機(jī)械設(shè)備的損壞，并且在使用的過(guò)程中還需對(duì)其進(jìn)行有效的養(yǎng)護(hù)，否則極可能發(fā)生故障問(wèn)題。但是通過(guò)VR和AR技術(shù)對(duì)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)的模擬，能夠有效的避免這些問(wèn)題的發(fā)生，而且成本較低。1.3實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)是幫助學(xué)生將機(jī)械專業(yè)理論知識(shí)與實(shí)踐有機(jī)的聯(lián)合在一起，能夠?qū)W(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力進(jìn)行有效的培養(yǎng)，但是由于受到許多因素的影響，實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)課程并沒(méi)有取得良好的效果，難

5、以實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力和主觀能動(dòng)性的培養(yǎng)。然而，通過(guò)VR和AR技術(shù)可實(shí)現(xiàn)為學(xué)生創(chuàng)造出實(shí)踐鍛煉的虛擬空間，能夠有效的將機(jī)械專業(yè)理論知識(shí)和實(shí)踐有機(jī)地結(jié)合在一起。二、 VR/AR技術(shù)在機(jī)械教學(xué)的具體應(yīng)用（一）理論教學(xué)知識(shí)的具體應(yīng)用通過(guò)VR/AR技術(shù)的應(yīng)用能夠有效地?cái)[脫傳統(tǒng)多媒體板書的教學(xué)方式，能夠在機(jī)械課程教學(xué)的過(guò)程中創(chuàng)建模擬環(huán)境。例如在機(jī)械制造裝備技術(shù)課程教學(xué)的過(guò)程中，利用VR技術(shù)模擬機(jī)械制造大車間的學(xué)習(xí)環(huán)境，通過(guò)AR技術(shù)利用圖片和動(dòng)畫能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬的三維模型和動(dòng)畫疊加到真實(shí)教學(xué)場(chǎng)景中，這樣能夠有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高課堂學(xué)習(xí)效率。（二）實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的具體應(yīng)用在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中設(shè)備損壞和缺失的現(xiàn)象

6、頻頻發(fā)生，通過(guò)VR/AR技術(shù)能夠有效的應(yīng)對(duì)這些問(wèn)題。將實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的設(shè)備儀器轉(zhuǎn)變成數(shù)字模型，再將其傳輸?shù)剿鶆?chuàng)建的虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)，構(gòu)建虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過(guò)程中沉浸在模擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境中進(jìn)行有效的學(xué)習(xí)。只有通過(guò)實(shí)際的動(dòng)手實(shí)踐才能夠有效的提升學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的理解，但是在實(shí)際的機(jī)器制造加工的過(guò)程中極可能發(fā)生安全隱患，甚至可能對(duì)一些設(shè)備造成損壞，對(duì)于一些價(jià)格昂貴、危險(xiǎn)性較高的設(shè)備在實(shí)際教學(xué)不可以有效的應(yīng)用，但是通過(guò)利用VR/AR技術(shù)的虛擬模仿，對(duì)可能發(fā)生的情景進(jìn)行有效的模擬，這樣能夠幫助學(xué)生學(xué)會(huì)應(yīng)急自保措施，在其日后的工作中可有效避免危險(xiǎn)。（三）實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)的具體應(yīng)用實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力的有效途徑，但是實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)需要足夠的場(chǎng)地和設(shè)備，由于學(xué)校受到條件因素的影響，難以有效地的進(jìn)行。通過(guò)VR/AR技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)各種實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)、生產(chǎn)環(huán)境、加工場(chǎng)景進(jìn)行有效的模擬，學(xué)生可根據(jù)自身的學(xué)習(xí)興趣有針對(duì)性地選擇實(shí)習(xí)環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)踐能力的培養(yǎng)。結(jié)束語(yǔ)：將先進(jìn)的虛擬現(xiàn)實(shí)VR技術(shù)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)AR技術(shù)應(yīng)用在機(jī)械課程教學(xué)的過(guò)程中，能夠擺脫傳統(tǒng)的機(jī)械課程教學(xué)方式，為學(xué)生創(chuàng)造出如身臨其境般的學(xué)習(xí)環(huán)境，提升機(jī)械知識(shí)課堂效率，最終實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)。Reference：1喻會(huì).在職業(yè)教育應(yīng)用視角下的VR/AR技術(shù)J.信息與電腦（理論版），2017，23：219-220.2吳群彪，方海峰，范紀(jì)華，