虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在航海技術(shù)專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的運(yùn)用

趙越

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是對(duì)教學(xué)模式的一種全新嘗試，通過設(shè)計(jì)虛擬現(xiàn)實(shí)的場(chǎng)景，重視學(xué)生在課堂上的主體地位，力求讓學(xué)生真正參與到課堂教學(xué)過程中。應(yīng)用在航海技術(shù)專業(yè)中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)，提高教學(xué)質(zhì)量。我通過分析在航海技術(shù)專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的必要性，進(jìn)一步探究了怎樣將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具體應(yīng)用在實(shí)際教學(xué)過程中，以期為航海技術(shù)專業(yè)以及其他相關(guān)專業(yè)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式提供參考。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)指的是使用虛擬技術(shù)模仿抽象復(fù)雜無法講解的情景，學(xué)生可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的可視性學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)。如今虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在多個(gè)領(lǐng)域，包括軍事演習(xí)、建筑設(shè)計(jì)、航空工程等。在西方等許多發(fā)達(dá)國(guó)家，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在教學(xué)過程中。

一、在航海技術(shù)專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的必要性

在目前傳統(tǒng)的航海技術(shù)專業(yè)教學(xué)模式下，要想讓學(xué)生實(shí)際掌握專業(yè)知識(shí)和技能，就必須進(jìn)行實(shí)訓(xùn)練習(xí)。然而，因?yàn)楹胶＜夹g(shù)專業(yè)的特殊性，這要求學(xué)校配置大量專業(yè)設(shè)備，由于這種專業(yè)設(shè)備成本大、價(jià)格昂貴，所以這種實(shí)訓(xùn)方式并不切實(shí)際。另外，科學(xué)技術(shù)隨著時(shí)代的不斷發(fā)展而進(jìn)步，學(xué)校購買的固定專業(yè)設(shè)備很難滿足時(shí)代進(jìn)步的要求，在傳統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式下存在巨大的安全隱患。這種常用的教學(xué)方法實(shí)際上并不能完全保證學(xué)生的安全，容易導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室發(fā)生事故。航海專業(yè)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室操作與高電磁、高電壓、高輻射有著密切聯(lián)系，另外還有電氣相關(guān)設(shè)備，把學(xué)生的人身安全置于一個(gè)不安全的境地。

虛擬現(xiàn)實(shí)也稱作virtual reality，是利用虛擬技術(shù)和計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)把實(shí)際不存在的場(chǎng)景制成在眼前的虛擬場(chǎng)景的一種先進(jìn)技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)包含計(jì)算機(jī)顯示、圖像、傳感等技術(shù)，是計(jì)算機(jī)在新領(lǐng)域的應(yīng)用，適合時(shí)代發(fā)展的要求。

第一，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和傳統(tǒng)的教學(xué)模式相比具有教學(xué)效率高、安全指數(shù)高、教學(xué)成本低等特點(diǎn)，利用軟件以及技術(shù)進(jìn)行虛擬場(chǎng)景的模擬，通過鼠標(biāo)、語音與設(shè)備進(jìn)行信息傳輸，保障了教師以及學(xué)生在教學(xué)過程中的人身安全。另外，學(xué)生的錯(cuò)誤操作也不會(huì)對(duì)昂貴的設(shè)備造成影響，節(jié)約了教學(xué)成本。

第二，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以改善教學(xué)質(zhì)量、提高教學(xué)效率。虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備與傳統(tǒng)設(shè)備相比具有便捷輕便的特點(diǎn)，利用虛擬技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)航海有關(guān)的場(chǎng)景進(jìn)行模擬，將完全接近現(xiàn)實(shí)的場(chǎng)景呈現(xiàn)在學(xué)生眼前，可以加深學(xué)生對(duì)專業(yè)技能的印象，讓學(xué)生更好地理解實(shí)際操作的步驟。

第三，運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行實(shí)訓(xùn)教學(xué)可以大大節(jié)約教學(xué)成本。學(xué)校節(jié)省了更新?lián)Q代大型設(shè)備的成本，使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)后，在更新?lián)Q代的時(shí)候只需要對(duì)相應(yīng)的軟件模塊進(jìn)行改寫，硬件設(shè)備也可以使用很多年，在節(jié)約成本的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了資源的可持續(xù)利用。

第四，我國(guó)作為一個(gè)航運(yùn)大國(guó)，在世界航運(yùn)中的地位越來越重要。但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)的航運(yùn)人才培養(yǎng)還存在一定的局限性，具有一定的差距，造成這種現(xiàn)狀的原因主要是實(shí)訓(xùn)手段以及條件的落后，實(shí)訓(xùn)教學(xué)未達(dá)到理想水平。為了更好地建設(shè)世界航運(yùn)強(qiáng)國(guó)，必須培養(yǎng)具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的航運(yùn)人才，重視航海技術(shù)專業(yè)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)，適應(yīng)我國(guó)航運(yùn)建設(shè)的需要。傳統(tǒng)的教學(xué)模式已經(jīng)很難滿足航海技術(shù)人才的需要，時(shí)代要求必須使用更合理科學(xué)的方式培養(yǎng)航海技術(shù)人才。虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)為實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)提供了一種全新的手段和方式，滿足了世界航運(yùn)業(yè)的迅速發(fā)展。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在航海技術(shù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的具體應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要由電腦主機(jī)、3D顯示器、軟件系統(tǒng)三大部分組成：首先是一臺(tái)具有大內(nèi)存和較高運(yùn)轉(zhuǎn)速度的電腦主機(jī)。在航海技術(shù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)過程中，必須對(duì)專業(yè)設(shè)備的部件進(jìn)行分離后再組合操作，創(chuàng)造與實(shí)際相同的虛擬場(chǎng)景，另外需要對(duì)虛擬部件和設(shè)備進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)、細(xì)節(jié)放大等相關(guān)操作，所以計(jì)算機(jī)的主處理以及圖形處理相關(guān)芯片必須具備高強(qiáng)度的處理能力；其次是一臺(tái)清晰度高的3D顯示器。3D顯示器在顯示實(shí)物方面不可以有色差，而且要加速顯示2D、3D圖像；盡量采取表面聲波觸控技術(shù)，防止頻繁使用而造成屏幕破碎；最后是軟件系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)要體現(xiàn)專業(yè)設(shè)備開關(guān)以及按鈕等每個(gè)元件的特點(diǎn)和細(xì)節(jié)，對(duì)各項(xiàng)操作的正確或錯(cuò)誤及時(shí)給予反應(yīng)：正確操作，比如回波明顯、天線旋轉(zhuǎn)、電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)等；錯(cuò)誤操作，比如溫度失常、設(shè)備異響、電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)等。教師講解專業(yè)知識(shí)或技能，利用觸屏、語音等進(jìn)行一鍵迅速操作，展示3D圖像動(dòng)畫。此外，軟件系統(tǒng)必須具有可移植性、適應(yīng)性等良好特性，可以在Window7或10的操作系統(tǒng)下以正常速度運(yùn)行，能夠適應(yīng)航海技術(shù)專業(yè)發(fā)展、設(shè)備更新?lián)Q代的要求。

（一）課堂教學(xué)

課堂教學(xué)，是實(shí)際應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的主戰(zhàn)場(chǎng)。在航海技術(shù)專業(yè)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，船體構(gòu)件等航海設(shè)備的立體展示。船體是應(yīng)用航海技術(shù)的基礎(chǔ)和前提，學(xué)生必須掌握錨、舵葉、螺旋槳等船體部件，教師可以利用多媒體投影儀技術(shù)展示實(shí)物狀態(tài)，或者利用計(jì)算機(jī)的3dsMAX等三維造型及動(dòng)畫軟件構(gòu)建模型，以VRML格式進(jìn)行儲(chǔ)存，后面可以在NRML播放器中使用，另外，也可以使用QUICKTIMEVR等。教師可利用計(jì)算機(jī)三維技術(shù)創(chuàng)造一個(gè)立體動(dòng)感的教學(xué)環(huán)境，激發(fā)學(xué)生興趣；第二，航海虛擬教學(xué)場(chǎng)景的建立，指的是建立在歷史或現(xiàn)實(shí)中存在的空間。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，能改變傳統(tǒng)教學(xué)的局限性，建立教學(xué)立體空間，構(gòu)造航海虛擬場(chǎng)景，體現(xiàn)航海技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。

（二）實(shí)驗(yàn)教學(xué)

航海模擬器已經(jīng)應(yīng)用得越來越廣，包括船舶作業(yè)、航海操舵模擬器的應(yīng)用。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)，能讓學(xué)生熟悉使用四大設(shè)備駕駛虛擬仿真模擬器，主要包括GMDSS、雷達(dá)、EC-DIS、船舶操縱模擬器，為以后航海工作奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。教師要利用航海模擬器創(chuàng)造一個(gè)逼真的視覺場(chǎng)景，讓學(xué)生進(jìn)行操舵訓(xùn)練、英語口語訓(xùn)練等。

通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)，把航海具體過程與教學(xué)情景有機(jī)聯(lián)系起來，能讓學(xué)生實(shí)際感受駕駛臺(tái)操作、船舶間靠離泊、船舶操縱等過程。教師要注意在實(shí)驗(yàn)過程中充分激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，這樣有利于提高航海技術(shù)教學(xué)效果，讓學(xué)生真正掌握知識(shí)。另外，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行教學(xué)不僅保證了學(xué)生的人身安全，還可以反復(fù)循環(huán)練習(xí)。

在建設(shè)航海船舶實(shí)驗(yàn)室的時(shí)候，同時(shí)可以使用顯卡虛擬化技術(shù)建造網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，提升教學(xué)效果，節(jié)省教學(xué)成本。在上文提到的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，一個(gè)至關(guān)重要的內(nèi)容就是構(gòu)建船舶結(jié)構(gòu)模型，一方面要保障教學(xué)質(zhì)量，另一方面要簡(jiǎn)化模型，降低硬件要求。教師可以使用Multigen Creator構(gòu)建仿真的實(shí)時(shí)三維模型，構(gòu)建完成后，可使用 Unity3D驅(qū)動(dòng)引擎，利用VR展現(xiàn)出來，提高真實(shí)感。通過使用顯卡虛擬化技術(shù)，可以在網(wǎng)絡(luò)上拓展實(shí)訓(xùn)教學(xué)，促進(jìn)移動(dòng)PC端或移動(dòng)端的交互操作。

我國(guó)有著深遠(yuǎn)的航海業(yè)發(fā)展歷史，在世界上是一個(gè)航運(yùn)大國(guó)，如何培養(yǎng)航海業(yè)素質(zhì)人才是一直被重視考慮的問題。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)給航海技術(shù)教學(xué)注入了新的活力，推動(dòng)了教學(xué)模式的變革。隨著不斷實(shí)踐和積累經(jīng)驗(yàn)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在航海教育中會(huì)越來越普及，為我國(guó)培養(yǎng)航海專業(yè)人才做出貢獻(xiàn)。

（責(zé)任編輯 林 娟）