基于VR技術的《特種加工》課程教學初探

【摘要】VR技術是現今計算機技術領域中一項包含多種學科的綜合科學技術，該技術已經被運用于諸多領域。本文簡單闡述了VR技術，并在分析《特種加工》課程的基礎上，初步探討了基于VR技術的《特種加工》課程建設、教學設計的方法。

【關鍵詞】VR 特種加工 教學設計

【基金項目】項目名稱：南京航空航天大學教育教學改革研究項目（2017JG0515Y）。

【中圖分類號】G642.0 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）44-0253-02

VR技術可以實現三維立體交互，將貌似虛擬實則較逼真的多媒體教學應用于課堂，給學生帶來身臨其境的感受。基于VR技術的教學方法可以深化學生對于知識點的理解、并引導學生發揮想象力，提高其創新能力、動手能力。

一、VR技術簡介

VR，Virtual Reality，即虛擬現實，指運用電腦或其他智能計算設備模擬產生一個三維立體化的虛擬世界[1]。VR技術融合了計算機圖形與仿真技術、傳感器檢測技術、圖像顯示技術、多媒體技術等多項技術，通過在體驗者身上佩戴顯示頭盔及交互手套等設備，即可讓體驗者感覺置身于虛擬實現的逼真環境中。體驗者通過與虛擬環境進行交互體驗，能夠獲得身臨其境的真實感，從而加深對事物的印象和認識[2]。由于VR技術具有高度沉浸感的特點，已被廣泛用于產品宣傳、房地產、游戲、教育等行業，正日益普及于人們的日常生活。

在教育行業中，由于VR技術能夠全方位調動學生的視覺、觸覺、聽覺等特點，對于促進學習者的掌握能力、激發學習興趣、增強學習體驗、實現知識遷移等具有獨特的優勢，因此得到了迅速地推廣與應用。目前基于VR技術的情境教學已在中學地理、歷史、生物、物理、化學、思想品德教育等多學科中得到開展。在高等教育中，VR技術主要被應用于建立虛擬訓練基地、虛擬仿真校園及進行虛擬實驗教學等，對于大學生對知識的掌握、運用、實踐起到了重要的促進作用。

二、《特種加工》課程

特種加工，突破常規切削加工中刀具材料、能量形式的限制，通過熱能、光能、電能、電化學能、化學能、聲能等能量形式來去除或增加材料，主要包括電火花加工、電子束加工、激光加工等。隨著新材料、新工藝、新原理的不斷涌現，特種加工范疇不斷發展壯大，在儀器儀表、航天器、飛機和微電子元器件等制造中得到越來越廣泛的應用。

鑒于特種加工技術的重要性，我國大部分高校教育院校機械系開設了《特種加工》課程。《特種加工》課程一般涉及五大部分教學內容，分別是電火花加工、電化學加工、高能束加工、超聲加工及快速成形技術，內容較多，但一般學時較短。如何在較短的學時內，引導學生對這么多典型特種加工技術有真正深刻的認識與理解，而非為了簡單應付考試、機械式地死記硬背相關理論，成為困擾《特種加工》課程教師的難題。

當然，大部分高校《特種加工》課程除了課堂學習，都會安排1～2個學時的現場參觀。然而，1～2個學時對于涵蓋內容如此豐富的一門課程而言，確實太短，走馬觀花式的參觀學習難以使學生對于各種特種加工技術形成強烈的感性認知，因此，這種教學方式不能真正解決《特種加工》教學難題。

三、基于VR技術的《特種加工》課程教學設計

本文針對《特種加工》課程教學學時短、涵蓋內容多的矛盾，提出基于VR技術的課程教學方法，使教師在特種加工課程中，既能進行基礎理論講解，又可以引導學生在虛擬現實世界中，利用視覺、聽覺等沖擊進行知識記憶、吸收與強化，可以在較短學時內實現特種加工課程的“傳道授業”。另外，基于VR的《特種加工》課程教學方法，還可以提高互動與合作，學生可以在虛擬互動平臺中充分發揮創新思維，并進行實戰模擬。

1.總體設計原則

《特種加工》課程是一門實踐性很強的專業課，在南京航空航天大學該課程一般安排6周，除去緒論及考前復習，基本一周圍繞一個主題（即加工技術）進行教學。基于VR技術的《特種加工》課程教學，每個主題（即加工技術）教學主要由基礎理論講解、模擬展示、虛擬平臺實戰三部分組成。

2.課程教學設計

（1）基礎理論講解

基礎理論講解，指的是教師圍繞特種加工技術進行課件展示，課件內容要結合經典教材、國內外最新研究成果以及自身科研情況等精心組織，能夠吸引學生眼球。講解過程中，語言應精煉、不晦澀，把握重點，適當拓寬。

（2）模擬展示

教師把要特種加工技術所涉及到的機床、工件、刀具實物模型或者數學模型等預先導入虛擬現實平臺，在特種加工課堂中，學生可以通過佩戴眼鏡、頭盔等進入教師預先設定的虛擬世界中，身臨其境地進行學習。學生可以選擇重復播放、旋轉剖切模型等方式，充分理解每種特種加工技術的基本原理、工藝規律和加工過程等。基于VR技術的模擬展示，可以提升學習興趣，促進知識理解。

（3）虛擬平臺實戰

基于上述虛擬現實環境中的模擬展示，向學生傳遞學習內容的同時，也拓寬了想象的空間，學生往往對于展示的這種特種加工技術有些新想法而躍躍欲試。虛擬平臺為學生提供了一個這樣的機會，比如學生可以設計工件、對應刀具等，然后導入虛擬現實平臺，通過虛擬現實系統進行特種加工技術的模擬實戰。虛擬平臺實戰式的教學模式，可以加深學生對于特種加工技術的理解，提高其創新能力、動手能力。

真實、情節化是VR技術的魅力所在，將VR技術與高等教育結合，將有利于高等教育的長遠發展。教師要嚴謹地利用VR技術進行教學實踐，將虛擬現實技術與課堂教學完美地融合起來[3]。本文提出的基于VR技術的特種加工課程教學方法，改變了傳統的授課模式，向學生展示逼真的學習資料，使得學生可以較短課時內把內容豐富多彩的特種加工技術理解清楚，另外，利用虛擬資源為學生構造實戰平臺，可以提高學生的創新意識與動手能力。

參考文獻：

[1]楊秀云. 談VR技術及其在高等教育領域的應用[J].長春師范大學學報（自然科學版）， 2014 （33）.

[2]陳兆柱， 徐進. 淺談虛擬現實（VR）技術對高等教育的影響[J]. 山東省青年管理干部學院學報， 2004 （4）.

[3]高疏寒. 基于VR技術下虛擬教學應用的思考[J].視聽教學連線，2018（01）.

作者簡介：

王登勇，生于1990年5月，男，漢族，江蘇鹽城人，講師，博士，研究方向：特種加工。