VR/AR技術在高職《壓鑄模設計》課程中應用的探索

桂艷

摘 要：虛擬和增強現實VR/AR技術近年來的快速發展，帶動其逐漸在教育領域中得到應用。將VR/AR技術和高職《壓鑄模設計》課程實現有效結合，可呈現更加高效、真實課堂教學。對此，為了不斷提升高職機制類課程的教育質量，本文基于高職《壓鑄模設計》課程的教學現狀，分析了VR/AR技術在該課程中的應用意義，最后提出了該技術在課程教學中的探索與應用實踐，對VR/AR在高職其他機制類專業課程教學中的推廣具有現實意義。

關鍵詞：VR/AR技術 高職教育 壓鑄模設計 教學應用

中圖分類號：TG249 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）06（b）-0155-03

2017年1月19日我國國務院印發了《國家教育事業發展‘十三五規劃》，其中提到“要全力推動信息技術與教育教學深度融合。綜合利用互聯網、大數據、人工智能和虛擬現實技術探索未來教育教學新模式”。面向職業、崗位的高職教育，突出特點在于其大多數課程都是以技術、技能等為主的實踐性教育教學，根據虛擬和增強現實（VR/AR）技術的特征和優勢，將這新技術應用到職業教育教學中將有效且十分迫切。壓鑄模具大多用于汽車零件，結構復雜，體積龐大，造價昂貴的特點，對此，探討VR/AR技術在高職《壓鑄模設計》課程中的應用與探索很有必要，這也為VR/AR在高職其他機制類專業課程教學中的推廣應用，具有十分重要的意義。

1 虛擬和增強現實（VR/AR）技術

Virtual Reality（VR），將計算機仿真技術、計算機圖形技術、傳感技術、人工智能、顯示技術、網絡并行處理等集成，呈現出虛擬的環境，可供人直接觀察、觸摸、操作等，并能與之發生“交互”作用，利用人在客觀世界中的實際動作，產生和真實世界一樣的感知；突破時間和空間，進入微觀或宏觀世界，完成在現實中由于條件制約難以完成的事。

Augmented Reality（AR），通過電腦技術，將虛擬的信息應用到真實世界，使虛擬的物體和真實的環境實時地疊加到同一個畫面或空間的交互系統，展現真實世界的信息的同時顯示虛擬的信息。用戶通過頭盔顯示器，將真實世界與電腦圖形多重合成，通過傳感技術將虛擬對象準確“放入”真實環境中，借助顯示設備將真實環境與虛擬對象融合，呈現出感官效果真實的新環境。

但這里不得不說明兩者的區別，虛擬現實（VR），是將用戶帶入一個虛擬的世界；增強現實（AR），是把虛擬的信息帶入到現實世界中。為了深入研究VR/AR技術在高職《壓鑄模設計》課程中的應用，立足職業教育視角，滿足職業教育應用需求，尊重職業教育教學基本特征，結合目前壓鑄模課程的教學現狀，分析出新技術的應用方向及其壁壘等。

2 高職《壓鑄模設計》課程的教學現狀

壓鑄模設計是廣州番禺職業技術學院機電工程學院模具設計與制造專業為拓寬學生的就業面而開設的一門專業選修課，是通過畢業生問卷調查結果反饋而增設的一門課程，教學學時數為36學時，教學內容涉及到壓鑄合金、壓鑄工藝和壓鑄模設計等方面的知識點，內容繁多，綜合性較強。

對于壓鑄合金的熔煉，壓鑄機壓鑄工藝的選擇等技能型知識目前只能通過書本進行理論學習，通過做題進一步理解，利用真實的生產視頻初步掌握，但是學生缺乏企業實踐，更缺少親自動手操作的機會，難以深入掌握這些知識點。

跟《塑料模設計》課程相比，壓鑄模的學時很少，故理論知識盡量讓同學們利用課前時間學習，課后復習和提升，課堂上主要針對前置作業進行講解、討論和總結，但難以有效地組織同學們在課堂上通過對真實壓鑄模進行拆裝加深理解，缺少拆繪一套壓鑄模的實踐課程，缺少利用CAD軟件進行模擬設計的課程設計。

跟其他類型模具相比，壓鑄模大都用于生產相對大型且復雜的零件，比如汽車的變速箱、離合器等，因此，這些壓鑄模結構非常復雜，重量重達一二十噸，即使做出相應的教學模型，也很難真實表達其結構，也難以真實體會大型模具在實際生產中會碰到的難題，比如安全問題。

3 VR/AR技術在高職《壓鑄模設計》課程中的應用意義

VR/AR技術作為新的教學技術對于高職教育發展來說有著顯著的推動作用。高職《壓鑄模設計》課程教學內容有些是難懂難學的，比如某些理論知識、結構原理及工藝設計等，更為本質的問題是，高職學生學習積極性不足、基礎又薄弱導致學習效果不理想的現狀，VR/AR技術應該能很好地解決了教與學碰到的難題；同時也能一定程度上解決模具設計與制造專業建設面臨的資金不足、基礎設施設備不完善的軟硬件問題。VR/AR虛擬現實技術對于“立足于生產”的《壓鑄模設計》課程更是至關重要，將對傳統的教學質量和教學效果帶來質的飛躍。

企業現實環境中的壓鑄模生產往往會涉及到安全問題。由于壓鑄機射料壓力大，速度快，模具未鎖緊或調整不當可能飛料造成周圍工作人員的燙傷。特別是當合金液高溫內部混入氣體或水分時，將出現劇烈膨脹可造成爆炸。還有就是行車吊模具時，不可站在其下方，否則可能出現嚴重的壓傷。但在教學中使用VR/AR技術，以上的一些安全問題完全可以在虛擬環境中避免，學生實踐若危險操作時，系統可及時通過視線變紅等模式警告學生，提高安全操作意識。

在學校課堂實踐教學中，進行40人班級的壓鑄模模型拆裝實訓，若每人1套模具，學習效果比較好，需要壓鑄模40套；若4人一組，需要壓鑄模10套，但教學效果比較差，且拆裝時間有限，大部分同學只能學習了解一套模具的結構和設計方法，難以交換學習。因為模型都較小簡單，難以真實再現壓鑄模的復雜性和先進性，同時不可避免設備和工具的損耗，成本較高。還有就是常用的壓鑄機有四種，學校配備齊全的話，資金上也是難以實現的，不利于學生對壓鑄設備有深刻的認識，對于壓鑄工藝的知識同樣缺乏實踐。但利用VR/AR技術進行壓鑄模拆裝實訓和壓鑄機的操作實訓，雖然前期硬件與軟件的投入較高，勝在使用過程中基本無損耗，并且可以隨意的更換拆裝模具，增多模具的種類，擴大學生的實訓的內容，增加模具的難度，體驗真實壓鑄模的生產過程。

更重要的是學生親身的感受與體驗遠比課堂傳統教學更具有說服力，營造“自主學習”的環境，學生可隨時進入系統學習，學習時間靈活，大幅度提高學生的學習熱情和鉆研精神。這將從本質對以往的教學模式顛覆性地改變，學生的學習興趣被激發，學習的主觀能動性被充分調動，教學效果才能大幅度地提高。

4 VR/AR技術在高職《壓鑄模設計》課程中的應用實踐

近年來軟硬件技術的不斷突破，VR/AR技術開始逐漸被運用到教育等領域，實現量產，成本下降，普及度提高，這就意味著將這項新技術引入高職壓鑄模設計課程中的可行性和應用性。

首先，在教學過程中，教師可以借助VR/AR技術真實地展現教學內容。例如，壓鑄模結構的教學當中，教師可以借助新技術播放相應的模具結構圖，其中需要包含壓鑄模的平面圖、整體結構圖以及細節零件圖等，讓學生“進入”到圖中，對壓鑄模進行近距離觀察，拆裝，從而掌握普通壓鑄模的基本結構。當前的技術創建了許多的仿真軟件，實現逼真、高品質的實時渲染3D圖像的內容，更好地展示模具各零件的相對位置和運動關系，從而高職壓鑄模設計的課程的情境教學更加生動形象。更為重要的是，可以將大量的模具結構圖提供給學生進行學習、比較和模仿。

其次，已有的鑄造模擬仿真軟件，包括溫度場、應力場、微觀組織，以及縮孔、裂紋等鑄造缺陷。由于鑄件形狀復雜，因此傳統的2D觀察手段效果不佳，理解難度很大。而將VR/AR技術引入壓鑄過程分析中，能夠讓學生更快了解整個過程，尤其適用于觀察鑄件、冷鐵、澆注系統等部件的相對位置，也方便查看鑄件中出現縮孔縮松缺陷的區域。

還可建立虛擬學習環境，借助小組或團隊的方式進行討論及合作的學習模式。比如，在壓鑄合金的課程中，需要了解常用壓鑄合金材料的基本特性和冶煉工藝。為了更好的探討材料的成分、結構與特性，教師可以讓多位同學一同借助VR/AR技術開展協同性學習，并通過所提供的“真實”實驗讓學生掌握不同合金的基本特點，并借助對合金冶煉過程的觀看，發現不同產品需求時的合金選擇，并讓學生對VR/AR技術所提供的視頻進行觀察、分析，討論、從而提升學習效果。

5 結語

總之，伴隨著VR/AR技術的快速發展，在高職機制類課程教育過程中，合理應用該技術，可讓學生真正的感受體驗壓鑄模的生產、設計及相關的工藝流程，促使學生對壓鑄設備等有更為準確的掌握，提升高職《壓鑄模設計》的教學質量。

就目前而言，一整套VR/AR技術教學設備的購入成本很高，許多普通高職院校很難承擔，想要真正為每一位學生普及一套教學設備，其難度不言而喻，且相應課程的資源開發也是一個難題，將制約著VR/AR技術在高職壓鑄模課程的應用。但隨著該技術的快速發展，將其應用于課程教學中勢在必行，該技術在高職教學中的應用將顛覆性地改變傳統課堂教學方式，大大提高學習效果。

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