淺析虛擬現(xiàn)實與發(fā)動機(jī)專業(yè)教學(xué)

劉繼方+唐濤+姜曉震

虛擬現(xiàn)實已廣泛應(yīng)用于航空航天、醫(yī)學(xué)實習(xí)、工程設(shè)計、軍事模擬、教育培訓(xùn)等許多領(lǐng)域，作為新的教學(xué)媒體，虛擬現(xiàn)實無疑將對教學(xué)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

1 虛擬現(xiàn)實的類型

虛擬現(xiàn)實是人們對計算機(jī)及其非常復(fù)雜的數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化及交互操作的一種方法，與傳統(tǒng)的人機(jī)界面以及流行的視窗操作相比，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的基本特征是沉浸、交互和構(gòu)想。虛擬現(xiàn)實按其功能不同，可分成三種類型：

（1）桌面虛擬現(xiàn)實。利用個人計算機(jī)和低級工作站進(jìn)行仿真，將計算機(jī)的屏幕作為用戶觀察虛擬現(xiàn)實世界的一個窗口。通過鼠標(biāo)、追蹤球、鍵盤等輸入設(shè)備實現(xiàn)與虛擬現(xiàn)實世界的交互，通過計算機(jī)屏幕觀察 360°范圍內(nèi)的虛擬境界，并操縱其中的物體，但參與者缺少完全的沉浸，仍然會受到周圍現(xiàn)實環(huán)境的干擾。特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉，易于普及推廣。缺點(diǎn)是缺乏真實的現(xiàn)實體驗。

（2）沉浸型虛擬現(xiàn)實。使用者必須戴頭盔顯示器、數(shù)據(jù)手套等多種傳感跟蹤裝置， 才能與虛擬世界進(jìn)行交互。優(yōu)點(diǎn)是用戶可排除外界干擾，全身心地投入到虛擬現(xiàn)實中去，獲得視覺、聽覺、力覺、觸覺、動覺等多方面的綜合感知。缺點(diǎn)是設(shè)備價格昂貴，難以普及推廣。

（3）分布式虛擬現(xiàn)實。利用遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)，將不同用戶聯(lián)結(jié)起來，共享一個虛擬空間，多個用戶通過網(wǎng)絡(luò)對同一虛擬世界進(jìn)行觀察和操作，達(dá)到協(xié)同工作的目的。

2 虛擬現(xiàn)實教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)

虛擬現(xiàn)實能形象生動地表現(xiàn)發(fā)動機(jī)專業(yè)教學(xué)內(nèi)容，有效地營造發(fā)動機(jī)教學(xué)環(huán)境，提高學(xué)員掌握知識、技能的效率，達(dá)到優(yōu)化教學(xué)過程、提高教學(xué)質(zhì)量的目的，在教學(xué)中主要有以下優(yōu)點(diǎn)。

1. 虛擬情境化的學(xué)習(xí)環(huán)境

虛擬現(xiàn)實可以創(chuàng)設(shè)與工作崗位設(shè)備一致的學(xué)習(xí)環(huán)境，使學(xué)員能夠在沉侵式的操作崗位中進(jìn)行學(xué)習(xí)。例如在動力裝置教學(xué)中，可以通過計算機(jī)虛擬不同崗位設(shè)備的情境，達(dá)到讓學(xué)員結(jié)合崗位設(shè)備學(xué)習(xí)的目的。總之，虛擬現(xiàn)實能夠為學(xué)員提供生動、逼真的學(xué)習(xí)環(huán)境，學(xué)員能夠成為虛擬環(huán)境的一名參與者，在虛擬環(huán)境中扮演一個角色，這對調(diào)動學(xué)員的學(xué)習(xí)積極性，突破教學(xué)的重點(diǎn)、難點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)員的技能方面都將起到積極的作用。

2. 徹底打破時間、空間的限制

利用虛擬現(xiàn)實可以使發(fā)動機(jī)專業(yè)設(shè)備的工作變化過程合乎理想地展現(xiàn)出來，時間和空間可以擴(kuò)大和縮小，工作過程可以加速或延緩。例如：學(xué)員可以在數(shù)秒鐘之內(nèi)觀察到燃?xì)獍l(fā)生器的工作過程，也可以在幾分鐘里仔細(xì)觀察氣動球閥開度的詳細(xì)過程，還可以進(jìn)入這些設(shè)備的內(nèi)部進(jìn)行觀察。這些“親身”的經(jīng)歷與感受比空洞抽象的說教更具說服力，對傳統(tǒng)的課堂教學(xué)是非常好的補(bǔ)充，同時也可以激發(fā)學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣。

3. 彌補(bǔ)教學(xué)條件的不足

利用虛擬現(xiàn)實，可以解決發(fā)動機(jī)專業(yè)教學(xué)中存在的設(shè)備不足、型號落后的問題，并將有助于解決發(fā)動機(jī)專業(yè)教學(xué)中結(jié)構(gòu)不可視、不可摸、不可入等問題，解決內(nèi)部原理形象化教學(xué)問題，加深對教學(xué)內(nèi)容的理解。

3 虛擬現(xiàn)實教學(xué)的功能

在發(fā)動機(jī)專業(yè)教學(xué)過程中可采用桌面虛擬現(xiàn)實，增加學(xué)習(xí)內(nèi)容的形象性和趣味性，虛擬現(xiàn)實在教學(xué)中的功能有以下幾個方面：

1.搭建虛擬實驗室

利用虛擬現(xiàn)實，可以建立虛擬實驗室，在“實驗室”里，學(xué)員可以做各種實驗。如在虛擬的火工品實驗室里，可以觀察燃燒、爆炸等反應(yīng)現(xiàn)象。

2. 輔助技能訓(xùn)練

虛擬現(xiàn)實的沉浸性和交互性，使學(xué)員能夠在虛擬的學(xué)習(xí)環(huán)境中扮演一個角色，全身心地投入到學(xué)習(xí)環(huán)境中去，這非常有利于學(xué)員的技能訓(xùn)練。利用虛擬現(xiàn)實，可以做各種各樣的技能訓(xùn)練，由于無任何危險，學(xué)員可以不厭其煩地反復(fù)練習(xí)，直至掌握操作技能為止。如加注系統(tǒng)操作技能訓(xùn)練，學(xué)員可以反復(fù)操作控制設(shè)備，通過反復(fù)訓(xùn)練，達(dá)到熟練掌握加注規(guī)程、加注設(shè)備操作的目的。

3. 解決知識難點(diǎn)突破

知識學(xué)習(xí)是指學(xué)員利用虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)學(xué)習(xí)各種知識。它的應(yīng)用有兩個方面：一是再現(xiàn)設(shè)備實際工作過程中無法觀察到的變化過程，為學(xué)員提供生動、逼真的感性學(xué)習(xí)材料，幫助學(xué)員解決學(xué)習(xí)中的知識難點(diǎn)。例如，在學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)注設(shè)備知識時，通過虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，可以將學(xué)員帶到設(shè)備內(nèi)部去觀察內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作過程，給學(xué)員留下深刻的印象。虛擬現(xiàn)實在知識學(xué)習(xí)中的另一個應(yīng)用是，使抽象的概念、理論直觀化、形象化，方便學(xué)員對抽象概念的理解。endprint