虛擬交互學習在冶金技術教學中的運用

摘要：工業冶金是一個較為復雜的工業工程，其整個過程通常還伴隨著各種危險源。而學生在實習過程中較少有機會能夠親自操作相關冶金設備，對于整個冶煉流程更是知之甚少，因而很難達到學習目標。而虛擬技術與交互技術能夠作為新興技術手段運用到冶金技術教學的過程中，有利于學生在虛擬環境下掌握煉鐵、煉鋼等核心生產技術。而通過不同的角色扮演，學生通常能夠很快理解冶金技術的要點，客觀上也能對專業課的學習起到促進作用。

關鍵詞：虛擬交互學習;冶金技術;3D場景

冶煉廠是眾多學生實習的重要地點。但是工廠內的工藝流程較為復雜，工段較多，且不同工段往往伴隨一些危險因素，如高溫燙傷、爆炸等意外情況時有發生。有些危險甚至會帶來非常嚴重的連鎖反應，處置不當容易造成重大事故。例如在轉爐車間內，通常存在十幾層的操作平臺，這些平臺普遍存在高溫、粉塵、噪音等危險因素，甚至還有煤氣中毒的可能。因而冶煉廠較少允許實習學生直接進入參觀或學習，即便為學生專門配備安全設備也難以消除一些安全隱患，且成本較高，不切實際。但學生又不能缺少現場學習的環節，以強化冶金生產的真實感受。所以，針對這類學生教學而開發的虛擬交互學習平臺就可發揮巨大作用，它可為學生提供既安全又能身臨其境的實習場所。

1 虛擬交互學習平臺的基本架構

虛擬交互學習平臺的建立，充分體現了虛擬現實技術與交互技術的先進性，該項技術運用到現代教學中，必然會給傳統冶金技術教學帶來全新變革，其基本架構主要分為硬件設施與軟件技術兩大類。

1.1 硬件設施

在硬件設施方面，虛擬交互學習平臺首先需要建立大型計算機服務器，用來存儲虛擬交互軟件程序以及相關的冶金操作數據集[1]。在此基礎上，還應當合理配置網絡電腦群，確保每位學生都有一臺計算機可以使用，同時還配備有少量的教學人員進行現場教學，輔導學生能夠熟練地操作該系統。

1.2 軟件技術

軟件技術方面，有必要針對性地開發冶金工程特別是鋼鐵冶煉方面的虛擬交互學習軟件，主要包括鐵礦粉造塊、高爐煉鐵、鋼水精煉等軟件技術模塊，這樣就能在虛擬場景中實現鋼鐵冶煉的全方面虛擬交互學習。此外，這些軟件還可根據冶煉程序設計相應的模塊環節，主要有自主巡游、學習考核、危險場景模擬等模塊，最大限度地為學生提供最真實的工作場景與學習環境。

虛擬交互學習平臺的建立不僅讓學生的學習能力和創新能力得到很大提升，同時還能為學生配置學習和專門的學習賬號，還可以設計指導手冊，進一步制定教學計劃。

2 主要功能

虛擬交互學習平臺充分利用虛擬技術與交互技術實現了冶金教學模式的創新，其主要功能包括3D場景再現功能與實訓場景功能，這也是該平臺最重要、最突出的兩大功能。

2.1 3D場景再現功能

虛擬交互學習平臺充分利用虛擬技術和交互技術，能夠最真實地將3D場景再現給廣大學生，其3D功能得以完美呈現。因而學生可以按照自己想要學習的內容自主進入系統，扮演工程師的角色[2]。平臺內提供煉鐵、煉鋼、連鑄等逼真的3D場景，學生可自主選擇參觀冶煉廠的各個角落，寓教于樂的目標得以實現。

不僅如此，虛擬交互學習平臺還為學生設置了眾多安全實訓教學，當學生參觀或操作失誤時，模擬產生爆炸、中毒等危險場景，考驗學生的應急處置能力，測試學生是否能夠迅速采取措施處理相應的危險局面。該平臺還專門設置有量化評分系統，可針對學生使用情況進行評分或評價，從而激勵學生更好地學習和掌握冶金技術。

2.2 實訓場景功能

虛擬交互學習平臺還為每名學生提供了豐富多樣的實訓場景，并且該平臺還具備完善的、科學的學習功能。虛擬交互學習平臺通常采用較為開放的自主型實驗教學形式，每位學生都能夠在虛擬學習平臺上利用計算機設置好的程序，虛擬化扮演冶煉廠的工程師，自主選擇瀏覽鋼鐵冶煉流程的各大工序，熟悉并學會操作不同設備，在此基礎上掌握各種工藝。這樣在加深印象的同時，還能自主掌握和運用大腦中已有的冶煉技能和知識儲備。

3 教學效果

冶金工程虛擬交互學習平臺在其軟硬件方面具備了較好基礎，能夠成功實現3D再現的特色功能。學生能利用平臺就實現身臨其境的工作感受，有效規避了真人實習帶來的諸多風險，也節省了相應的教學成本。學生可以自由瀏覽學習，不僅能夠提高學生自主學習的興趣，突出培養學生的個性，還可以通過知識過關考核、危險情況處理能力等環節的實訓，增強學生的感知、動手、判斷能力。不僅如此，實習過程與虛擬交互學習充分融合為一體，真正實現了虛擬世界與現實世界的完美結合，使得廣大學生對鋼鐵冶煉有了切身體會與認知。而在設立虛擬教學體系時，該平臺以創新培養和實踐能力培養為根本宗旨，牢牢把握多層次、開放性的教學原則，既做到知識的傳授，又注重虛擬環境下的學習，最終實現了培養學生思考能力、創新能力、實踐能力的終極目標。

4 結語

隨著科學技術的飛速發展，數字化已深入到人們的工作與生活中。現代技術的不斷成熟與發展，使得傳統的教學模式與教學理念有了較大顛覆，數字化、虛擬化學習已經成為新的教學發展趨勢[3]。冶金工業虛擬教學平臺的使用，充分發揮了虛擬技術與交互技術的技術先進性，因而冶金教學模式也有了全新變革。虛擬技術的運用在教學方法、學習環境上都有了極大提升，從而讓學生的實踐能力、學習能力有了質的飛躍，可見這種教學方式對傳統冶金技術教學的深刻影響。本文首先介紹了虛擬交互學習在冶金技術教學中的基本概況，在此基礎上，較為細致地探討了虛擬交互學習平臺的基本架構，從硬件設施和軟件技術方面分析了該平臺基本架構的兩大組成部分，進而闡述了虛擬交互平臺的主要功能，并在此基礎上得出教學效果，并最終得出重要結論：即虛擬交互學習平臺是對傳統冶金技術教學方式的巨大變革，能在給學生創造全新環境的條件下，極大提升學生的學習與實踐能力。

參考文獻：

[1]宋卓斐， 李運剛， 李俊國. 虛擬交互學習在鋼鐵冶金教學中的應用[J]. 教育教學論壇， 2014，19（11）：89-90.

[2]張曉萍， 劉潔群. 鋼鐵生產虛擬仿真在冶金工程專業實踐教學中的應用與探討[J]. 科教導刊：電子版， 2017，2（36）：111-111.

[3]孟建榮， 張萌， 王艷春. 虛擬仿真技術在鋼鐵冶金實習中的應用[J]. 中國冶金教育， 2018，32（21）：546-546.

課題：信息化技術在冶金技術教學實踐中的應用。項目編號：17JG018。

作者簡介：侯偉（1983年1月-），男，陜西漢中人，漢族，學歷：碩士，職稱：講師，研究方向：冶金技術。