虛擬現實技術應用于高職模具實訓教學的有效性探究

□李金國 楊林生 李云貴

虛擬現實技術應用于高職模具實訓教學的有效性探究

□李金國 楊林生 李云貴

針對高職院校模具實訓教學受設備、場地、經費等因素制約的現狀，提出了基于虛擬現實技術的模具實訓教學策略，分析了虛擬現實技術應用于高職院校模具實訓教學的意義，探索了虛擬現實技術提升高職模具實訓教學的有效途徑。虛擬現實技術在高職其他專業實訓教學中，也有著較高的推廣價值。

高職教育；虛擬現實技術；實訓教學

隨著競爭加劇與技術發展，模具行業對其技術人員的素質和能力要求越來越高，尤其強調技術人員的模具設計水平和實踐操作能力。目前，我國高職模具專業人才的培養，雖然越來越重視實訓教學，但由于受實訓教學條件限制，教學與生產崗位脫節，導致學生畢業后在生產崗位上還要接受較長時間的再培訓，不能夠滿足現代模具企業對技術應用型專門人才的迫切需求。虛擬模具實訓教學避開了由于實訓場地、設備、經費的制約，將有力推動模具技術應用型人才的培養。

一、虛擬現實技術及其應用于高職院校實訓教學的意義

目前，我國高職院校模具專業實訓教學，大多延續著“以教促學”的傳統教學方法，例如，在模具結構認知教學中，教師通過模具結構示意圖，示范模具拆裝過程進行教學，但由于模具結構復雜，組件多，因此，學生無法真正認知模具內部的工作狀態，影響模具實訓教學的有效性。虛擬現實技術營造了“自主學習”的環境，由傳統的“以教促學”的學習方式轉變為學生通過自身與信息環境的相互作用來得到知識、技能的新型學習方式。虛擬現實技術用于實訓教學是理論與實踐之間一座新的橋梁,既是實踐教學手段，也是實踐教學內容。積極地開展虛擬技術的實訓，可以較好地提升高職模具實訓教學的效果、效率及效益。

（一）虛擬現實技術的含意

具體地說，虛擬現實技術就是采用以計算機技術為核心的現代高科技生成逼真的視、聽、觸覺一體化的特定范圍的虛擬環境，用戶借助必要的設備以自然的方式與虛擬環境中的對象進行交互作用、相互影響[1]，從而產生如同真實環境的感受和體驗。盡管該環境并不真實存在，但它作為一個逼真的三維環境，仿佛就在我們周圍。由于用戶對計算機環境的虛擬物體產生了類似于對現實物體的存在意識或幻覺，用戶在計算機所創建的三維虛擬環境中處于一種全身心投入的感覺狀態，而這種環境非常適合學生的學習心理，他們就像玩游戲一樣，一邊享受視覺沖擊，接收知識，一邊練就技能。

（二）虛擬現實技術對高職院校模具實訓教學的意義

創建虛擬現實的“模具實訓工廠”情境，完成模具三維設計、模具零件制造、動態拆裝、模具注塑工藝仿真等，實現實訓課堂教學仿真化，使得校內實訓和企業實訓無界化，不但提高學生學習主動性，而且突破模具專業實訓教學困境，促進模具專業實訓教學目標的實現，有效提高實訓教學水平[2]。

1.應用虛擬現實技術突破模具專業實訓教學困境。高職院校模具設計與制造專業的學生實訓課程包含：模具三維設計、模具拆裝實驗、零件制造、試模、注塑機及電火花線切割設備操作等環節。傳統的模具實訓教學中，普遍存在三方面問題：其一，傳統灌輸式的教學方式，使得學生缺乏對現實性問題的思考和判斷。當然，學生對知識的應用能力就存在質疑；其二，在傳統的模具實訓教學中，由于學生人數較多，經常會遇到實訓設備、實訓場地、實訓經費等的限制，致使一些必要的實訓環節無法開展；其三，模具實訓帶有較高危險性。例如，模具拆裝時的吊裝不慎，導致人員砸傷；注塑過程中，料溫高達200多度，可能存在燙傷等安全隱患。

而基于虛擬實現技術的模具實訓教學，采用模具三維動畫虛擬設計、虛擬模具加工、虛擬模具拆裝，以及注塑工藝虛擬模擬等方式，使學生在虛擬環境下，體驗游戲式的闖關實訓，增強趣味性，以達到人人參與、人人動手的目標和事半功倍的效果，突破了模具實訓的教學困境。

2.憑借虛擬現實技術促進模具專業實訓教學目標的實現。學習模具專業知識和技能最好的方法就是“項目教學”[3]。然而在這個過程中，如果要實現每個學生一副模具，就需購置大量的實訓耗材以及模具制造過程中的多種特種加工設備，給學校帶來較大的經濟壓力。另外，模具零件的加工精度要求高，而學生操作加工設備不熟練，導致設備誤操作損壞和大量報廢件的出現，因此，許多高校模具專業學生的實訓往往被簡化，甚至被取消，從而影響了模具專業學生的培養質量。

虛擬現實技術全面考慮了模具實訓 “項目教學”的要求，在開發時，將模具專業實訓各項內容進行分組，每組配上對應的項目案例及項目任務，學生自主選擇項目，根據項目要求執行實訓任務。在虛擬空間里，學生可以盡情發揮自己想象力，大膽的設計。當項目任務執行完成后，虛擬平臺的評價模塊給出成績，并對實訓過程的不當之處進行點評，給出最佳方案，以此來及時糾正不當之處。虛擬現實技術的應用，減少了學校在購置實訓設備和實訓耗材上的開支，又實現了項目教學法的任務要求，從而真正實現了模具實訓教學的目標。

3.創建虛擬仿真實訓場景能有效提高實訓教學效果。學生的能力培養不單單是簡單的操作訓練，還應包括收集和選擇信息的能力、解決問題的能力、創新能力和適應能力等，也就是培養學生的綜合素質。實訓有利于學生綜合職業能力的全面培養，因此，模具虛擬實訓場景應符合學生能力培養宗旨，它主要用計算機實現模具實訓教學的三維動態多媒體仿真，通過專門的虛擬平臺，使學生在虛擬的實訓場景中，直觀看到模具的內部結構、制件成型過程、模具組裝過程以及模具在成型機上的工作過程，并在虛擬情景下，讓學生訓練模具的設計、制造、組裝和成型，使學生主動學習，有效提高實訓教學效果[4][5]。

二、虛擬現實技術提升高職模具實訓教學有效性的具體途徑

虛擬現實技術目前在軍事、航空、航天、建筑、交通等可視化領域得到廣泛的應用，而用于高職院校的實訓教學，還處于初期階段，不管在技術還是在制度上都不完善。因此，為了提升高職實訓教學的有效性，應采取以下途徑來實現：

（一）虛擬現實技術應用于高職實訓教學需進行相應的教學改革

首先，進行教學模式的改革。改革“以教促學”的傳統教學模式，積極推進基于工學結合的教學模式，創設與模具專業學生未來工作的職業情境密切相關的教學情境，為學生掌握職業崗位營造認知環境和載體。高職院校一方面可以通過使用虛擬現實技術手段創設基于工作的、模仿從業者真實活動的虛擬學習環境情境，來提高學習的有效性；另一方面還應積極探索情境體驗教學的有效形式，推進“生產性實習”、“項目化教學”、“任務驅動教學”等各種形式的情境體驗教學的實施，使學生在對情境問題的探索中形成職業意識，提升職業能力與素質。

其次，進行課程體系改革。傳統的教學模式主要以教師講授為主，理論教學占據整個課時的70%至80%，而高職院校主要培養一線應用性人才，旨在學生對所學知識的應用能力和實踐操作能力。因此，傳統課程體系已落后于高職院校學生的培養宗旨，必須盡快擺脫傳統的“實踐是理論的應用”的哲學邏輯順序，遵循“工作過程導向”的實踐邏輯順序，來構建課程體系。虛擬現實技術給課程體系改革提供了平臺，使得學生在教學過程中，邊學邊做、做中學、學中做，有效提升教學有效性。

第三，進行教學條件的更新。傳統授課方式以多媒體教學為主，通過多媒體演示講授課程內容，學生通過視覺和聽覺單向接收知識，這種灌輸式的教學方式，使得學生缺乏對現實性問題的思考和判斷。當然，學生對知識的應用能力就存在質疑了。如果將課堂教學遷入到虛擬世界，教師在虛擬環境中授課，學生通過學中做、做中學等途徑，身臨其境體驗模具的設計和制造過程，充分發揮學生學習的主觀能動性，將有效提高學習效率[6][7]。

（二）虛擬現實技術應用于高職模具實訓教學需組建高素質、專業化的教師隊伍

高職教師是高職院校教學活動的具體實施者和教學效能的主導者，高職院校有效教學的實施離不開綜合素質高、專業化強的高職教師。以虛擬現實技術提升高職院校模具實訓教學的有效性，離不開掌握現代教學方法、虛擬現實技術和模具設計與制造技術的專業骨干教師，因此，在教師個體素質上提出了較高的要求。

1.個體素質的要求。首先，教師必須嫻熟的掌握虛擬平臺的操作方法，能夠自主開發或更新虛擬平臺，不斷完善虛擬平臺。其次，教師必須具備敏銳的洞察力和前瞻的預測能力、很強的辨別能力和判斷能力，他不僅是模具專業的行家，而且還要求能創造性地提出問題，并引導學生解決實訓過程中遇到的問題。

2.一線專業技能鍛煉，培養“雙師型”教師。高職院校通過經常性地選派教師深入生產、管理一線進行實踐鍛煉，使教師在工作現場親身感受技術與崗位的最新變化，深入體悟、反思，并積極向一線專家和技術能手學習，從而不斷發展自身的專業實踐知識與技能，成為名符其實的“雙師型”教師。

3.吸收企業技術人員參與教學。企業一線技術人員有著豐富的實踐操作能力，以及對模具故障診斷和排查能力，這是高職院校實踐教學所需的。他們的參與，能夠有效改變以理論教學為主的傳統教學方式，像師傅帶徒弟一樣，遇到問題解決問題。技術人員指導學生帶有企業的工作特征，無形之中使學生融入到工作情景之中，也為虛擬實訓和現實對接搭建了橋梁[8]。

（三）虛擬現實技術應用于高職模具實訓教學需合理開發虛擬實訓平臺

模具實訓虛擬平臺開發應符合模具專業人才培養要求，與崗位環境情景相符，逼真的反映實訓內容。首先，虛擬實訓平臺的開發需要來自企業的專業模具設計人員參與制定，使實訓教學與企業崗位對接。其次，虛擬實訓平臺的模塊結構合理，充分反映崗位要求。模具實訓在主體模塊上應包含：輔助學習模塊、訓練模塊和評價模塊。輔助學習模塊主要給予學生熟悉模具崗位職責、實訓目標、流程、內容以及案例導航等自主學習內容。訓練模塊提供實訓過程中需掌握的相關知識、技能，并將訓練難度分為“易、中、難”，訓練模式設置成為游戲式的闖關實訓，增強了趣味性。當一項訓練任務完成后，評價模塊能有效的對操作過程中的誤操作進行點評和提示，及時糾正不規范的操作或錯誤的操作，給出最佳方案。虛擬平臺框架如圖1所示：

圖1

三、結語

虛擬現實技術進入高職院校實訓教學，對提高現代職業技術教育水平、改善實驗實訓環境、優化教學過程、培養具有創新意識和創新能力的人才產生深遠的影響，并將有助于解決不可視、不可摸、不可入、危險性場所的實訓等問題，解決高校普遍存在的教學場地、設備等條件的制約。虛擬現實技術的集成性、控制性和交互性的特點，還可向網絡學校、虛擬教育延伸。

[1]李大成,王暉,張濤川.高職模具專業“核心實例貫穿式”實踐教學模式之探索[J].中國職業技術教育，2008(16):46-49.

[2]陳雷,高欣寶,閆軍，等.虛擬實驗在彈藥檢測技術課程教學中的應用研究[J].現代教育技術,2009(7):101-104.

[3]劉啟文,邱楓.虛擬現實技術在產品開發過程中的應用研究[J].武漢理工大學學報,2009(12):89.

[4]黃誠駒,熊怡.模具專業關鍵職業能力培養初探——項目教學法的實踐[J].中國職業技術教育，2007(30):30-33.

[5]楊林生,牟惠康.默會知識視閾下的高職院校有效教學研究[J].現代大學教育,2008(4)：104-109.

[6]柯中爐,牟惠康,楊林生.以虛擬仿真技術提升高職實踐教學有效性的探索——以生化制藥技術專業實踐教學為例[J].中國職業技術教育,2009(5):21-25.

[7]李小琳.虛擬現實技術運用于教學之探討[J].教育技術研究,2004(3):56-60.

[8]王紅軍,于昂.基于 CAD/CAE/CAM的注射模具實訓[J].南京工業職業技術學院學報,2009(02):35-37.

浙江省教科規劃課題，項目編號：SC170；臺州職業技術學院教育教學專項課題“虛擬現實技術在模具實訓教學中的應用探索”，項目編號：2009ZX02。

李金國（1979-），男，浙江人臺州職業技術學院教師，博士生，研究方向為模具設計與制造。

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1001-7518（2010）03-0069-03

責任編輯 吳學仕