高職院校VR鉗工實(shí)訓(xùn)室建設(shè)研究

許波 何軍

（甘肅能源化工職業(yè)學(xué)院，甘肅 蘭州 730207）

0 引言

近年來我國的高職院校為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展培養(yǎng)了一大批能適應(yīng)生產(chǎn)一線任務(wù)的高技能實(shí)用型人才。教育部也明確規(guī)定高職院校要保證在校生理論學(xué)習(xí)與實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)的比例為1：1，學(xué)校必須安排大量培養(yǎng)綜合能力的實(shí)踐性課程。高職實(shí)訓(xùn)室的主要作用就是配合理論教學(xué)，為在校生提供實(shí)踐教學(xué)場(chǎng)所，訓(xùn)練學(xué)生的職業(yè)技能，培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)。

1 高職院校建設(shè)鉗工實(shí)訓(xùn)室的意義

鉗工教學(xué)涉及面廣，又和多種學(xué)科緊密相連，基礎(chǔ)要求非常高，鉗工實(shí)訓(xùn)教學(xué)是高職院校所有工科專業(yè)必開的一門實(shí)訓(xùn)課程。對(duì)于高職院校來說，開設(shè)鉗工實(shí)訓(xùn)課的主要教學(xué)目的是為了不斷提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手操作能力。鉗工是一個(gè)以手工操作為主的工種，其基本操作技能包括：鏨削、鋸削、銼削、孔加工和各種刃具的刃磨等，通過這些操作可以鍛煉學(xué)生的意志，培養(yǎng)吃苦耐勞的優(yōu)良品質(zhì)；培養(yǎng)學(xué)生一絲不茍、精益求精的工作態(tài)度。

2 高職院校鉗工實(shí)訓(xùn)室運(yùn)行中面臨的問題

2.1 實(shí)際動(dòng)手練習(xí)時(shí)間短

鉗工操作基本動(dòng)作標(biāo)準(zhǔn)到位非常關(guān)鍵，比如銼削，它是鉗工最基本的操作之一，良好的銼削操作，有利于高質(zhì)量的完成鉗工加工。但是，很多學(xué)生在進(jìn)行銼削的過程中，不注意擺正銼削姿勢(shì)或不注意控制銼削質(zhì)量，這勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致銼削加工效果不佳。要保證鉗工的基本操作動(dòng)作標(biāo)準(zhǔn)到位，需要操作者在實(shí)踐過程中不斷地反復(fù)練習(xí)，不急于求成，最終領(lǐng)悟要點(diǎn)。而實(shí)際運(yùn)用中往往難以實(shí)現(xiàn)，雖然各院校不斷加大投入，改善實(shí)訓(xùn)條件，但由于需要進(jìn)行鉗工實(shí)訓(xùn)的專業(yè)多，學(xué)生量大，工位數(shù)量往往無法保證學(xué)生有充足的時(shí)間去反復(fù)練習(xí)。

2.2 材料消耗量大、成本高

鉗工加工的對(duì)象主要為鋼鐵等金屬材料。學(xué)生在實(shí)訓(xùn)過程中往往只能得到有限的原料，每塊原料一旦使用就無法重復(fù)利用，使得學(xué)生在實(shí)踐過程中無法不斷地反復(fù)練習(xí)，從而掌握技能要點(diǎn)。要想達(dá)到理想的實(shí)訓(xùn)效果就必須加大實(shí)訓(xùn)成本的投入。

2.3 安全方面存在隱患

雖然各高職院校不斷加強(qiáng)實(shí)訓(xùn)室管理，重視實(shí)訓(xùn)過程中的安全操作，但由于實(shí)際操作過程中存在很多不確定因素，使學(xué)生在實(shí)際實(shí)訓(xùn)中還是會(huì)有各種危險(xiǎn)發(fā)生。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)鉗工實(shí)訓(xùn)室建設(shè)的優(yōu)點(diǎn)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）蓬勃發(fā)展至今，已然成為科技領(lǐng)域熱門概念之一。然而，它的價(jià)值卻不僅僅局限于工業(yè)、商業(yè)、娛樂等方面，VR技術(shù)對(duì)虛擬環(huán)境的創(chuàng)造以及虛實(shí)交互方面的突出優(yōu)勢(shì)，注定了它將在教育領(lǐng)域里產(chǎn)生不可估量的作用。

3.1 VR實(shí)訓(xùn)室具有更強(qiáng)的功能

VR鉗工實(shí)訓(xùn)室可以在模擬的實(shí)訓(xùn)環(huán)境下，開展規(guī)范的技術(shù)、技能實(shí)訓(xùn)，具有高職院校所需的鉗工實(shí)訓(xùn)室的全部功能。另外，為適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展，需要教學(xué)內(nèi)容不斷改進(jìn)，相應(yīng)的實(shí)訓(xùn)室的設(shè)備也需要不斷更新，但受各種因素的影響，傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)室很難做到這一點(diǎn)。但在虛擬環(huán)境中要實(shí)現(xiàn)這些卻很容易，并且它所具有的某些功能還超出了傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)室所能具備的功能，虛擬實(shí)訓(xùn)室能完成實(shí)際中不便于實(shí)現(xiàn)或不可能實(shí)現(xiàn)的某些實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，如：在教學(xué)的要求上需要重復(fù)完成，但在實(shí)際操作中卻不可逆的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。

3.2 突破了時(shí)間、空間的限制

各高職院校的招生量不斷增加。伴隨著學(xué)生數(shù)量的增加，教學(xué)上對(duì)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)和實(shí)訓(xùn)室建設(shè)方面也提出了一些新的要求。但由于各種原因的影響，各院校都存在實(shí)訓(xùn)室建設(shè)投入不到位，現(xiàn)有的實(shí)訓(xùn)設(shè)備老化，設(shè)備數(shù)量隨著招生人數(shù)的擴(kuò)大而顯得不足等問題，學(xué)生得不到充分的實(shí)踐鍛煉，影響了學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。而利用VR技術(shù)搭建的虛擬實(shí)訓(xùn)室，可以模擬實(shí)際的實(shí)訓(xùn)環(huán)境而無需特別的要求，因此突破了高職院校因參加實(shí)訓(xùn)學(xué)生過多而造成的實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地不足和實(shí)訓(xùn)時(shí)間不夠的限制。

3.3 建設(shè)、使用成本底

建設(shè)一個(gè)滿足實(shí)踐教學(xué)需要的VR實(shí)訓(xùn)室，相對(duì)于建設(shè)一個(gè)實(shí)際實(shí)訓(xùn)場(chǎng)所的投資要小，特別是后期的設(shè)備改進(jìn)、更新等方面的成本優(yōu)勢(shì)明顯。另外，實(shí)訓(xùn)室建成后的運(yùn)行費(fèi)用也較低，實(shí)訓(xùn)室的運(yùn)行需要一定的設(shè)備和材料，在耗材等方面虛擬實(shí)訓(xùn)室的優(yōu)勢(shì)明顯，基本無損耗。

3.4 提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、避免發(fā)生危險(xiǎn)

學(xué)生在虛擬實(shí)訓(xùn)室就能完成實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)所要求的各種實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，獲得與實(shí)訓(xùn)一樣的感受。虛擬實(shí)訓(xùn)室容易為學(xué)生接受，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生鞏固、加深了對(duì)理論知識(shí)的理解，鍛煉了在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。VR實(shí)訓(xùn)室的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是能避免學(xué)生在實(shí)際實(shí)訓(xùn)中的各種危險(xiǎn)發(fā)生，也能模擬危險(xiǎn)實(shí)訓(xùn)場(chǎng)所的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，提高安全性。

4 VR鉗工實(shí)訓(xùn)室建設(shè)研究

VR鉗工實(shí)訓(xùn)室的基本設(shè)計(jì)思路是，將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、3D技術(shù)、數(shù)據(jù)算法等技術(shù)用于虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品開發(fā)，從而搭建集教學(xué)、科研于一體的滿足鉗工實(shí)訓(xùn)教學(xué)要求的實(shí)訓(xùn)室。用三維空間構(gòu)建符合專業(yè)特點(diǎn)的虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)踐教學(xué)環(huán)境與對(duì)象，為學(xué)生創(chuàng)造一個(gè)接近于真實(shí)的實(shí)踐學(xué)習(xí)環(huán)境，將理論知識(shí)形象化，為學(xué)生打造一個(gè)逼真的、開放的、交互的、沉浸的三維學(xué)習(xí)空間，讓學(xué)生可以根據(jù)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的特點(diǎn)，在虛擬環(huán)境中使用VR虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備進(jìn)行課程學(xué)習(xí)，以此調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，增強(qiáng)感官體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)情境學(xué)習(xí)與實(shí)踐感知的完美結(jié)合。

常見的VR實(shí)訓(xùn)室的形式有非沉浸式和沉浸式兩種。所謂非沉浸系統(tǒng)就是利用個(gè)人計(jì)算機(jī)來進(jìn)行仿真，實(shí)現(xiàn)立體圖形呈現(xiàn)、自然交互等技術(shù)。營造和實(shí)際環(huán)境高度相似的、逼真、虛擬的環(huán)境應(yīng)用系統(tǒng)。常用鍵盤、鼠標(biāo)等基本輸入設(shè)備與虛擬環(huán)境交互，顯示器則作為虛擬環(huán)境的觀察窗口，對(duì)虛擬環(huán)境中的一個(gè)物體或空間進(jìn)行全方位觀察。這種系統(tǒng)中，雖然學(xué)生可以通過輸入設(shè)備操縱其中的物體，但缺乏真實(shí)的體驗(yàn)感。而沉浸系統(tǒng)能使使用者有置身于虛擬世界之中的沉浸式體驗(yàn)。它通過頭盔顯示器或者專用立體眼鏡等輔助顯示設(shè)備將使用者的視覺系統(tǒng)、聽覺系統(tǒng)和其他感覺系統(tǒng)融合起來，讓使用者能夠產(chǎn)生一種身臨其境的感覺。它構(gòu)建成的虛擬世界是動(dòng)態(tài)的，可以操縱的，可以利用位置跟蹤器、數(shù)據(jù)操作手柄等輸入設(shè)備來操控虛擬環(huán)境中的物體。虛擬世界對(duì)這種操縱作出響應(yīng)。

鉗工是一個(gè)以手工操作為主的工種，為符合鉗工實(shí)訓(xùn)的要求，VR鉗工實(shí)訓(xùn)室應(yīng)采用沉浸式的形式。為降低成本建設(shè)實(shí)訓(xùn)室時(shí)可將虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔改為VR盒子。VR盒子是一種簡(jiǎn)易的虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴式顯示設(shè)備，它可以通過一個(gè)頭戴式VR盒子與手持式智能終端設(shè)備的組合、一套操作手柄控制器、一個(gè)能于空間內(nèi)同時(shí)追蹤顯示器與控制器的定位系統(tǒng)三個(gè)部分給使用者提供沉浸式體驗(yàn)。

為了便于學(xué)生使用和便于教師掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)中還應(yīng)包括VR工程文件庫和VR視頻資料庫。每一個(gè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目可單獨(dú)制成一個(gè)VR工程文件，這些VR工程文件實(shí)行分類管理，并設(shè)置訪問權(quán)限，學(xué)生通過賬號(hào)訪問各自的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，并通過終端打開這些VR工程文件，進(jìn)行交互操作。當(dāng)每個(gè)實(shí)訓(xùn)操作完成之后，系統(tǒng)會(huì)記錄并輸出每個(gè)學(xué)生的操作流程等客觀測(cè)試結(jié)果，并由服務(wù)器端的考核打分軟件完成成績(jī)的評(píng)判并顯示成績(jī)。教師還可以錄制的交互操作視頻，上傳到VR視頻資料庫進(jìn)行集中管理，同樣進(jìn)行分類，學(xué)生通過移動(dòng)終端設(shè)備進(jìn)行訪問并播放，使其了解到每個(gè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目交互操作內(nèi)容的完整過程，這些VR視頻將用于課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)，讓學(xué)生即便沒有虛擬現(xiàn)實(shí)相應(yīng)的硬件設(shè)備在身邊時(shí)，也能進(jìn)行虛擬的教學(xué)資源學(xué)習(xí)。

5 結(jié)語

高職院校辦學(xué)的宗旨就是為社會(huì)培養(yǎng)職業(yè)技能型人才，為此在教學(xué)實(shí)施的過程中對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力的要求較高，而職業(yè)技能必須通過實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)才能得到有效提高。所以高職院校的學(xué)生在校期間除了要注重理論學(xué)習(xí)，還應(yīng)重視實(shí)踐。在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，著重提升實(shí)踐能力。這就要求高職院校必須有能夠滿足學(xué)生發(fā)展需要的實(shí)訓(xùn)教室，以方便學(xué)生提升自身的實(shí)踐能力。VR技術(shù)無疑為高職院校實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)帶來了便利，在節(jié)省人力、財(cái)力的同時(shí)，改變了傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)模式，使得實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)不再局限于固定的場(chǎng)地和時(shí)間。

隨著教育改革的不斷深入，虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)訓(xùn)作為一種新的教學(xué)手段，以其擁有的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)和發(fā)展?jié)摿Γ瑢⒃诮逃I(lǐng)域發(fā)揮極其重要的作用。高職院校虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)訓(xùn)室肩負(fù)著提高教學(xué)水平、培養(yǎng)技能型人才、積累科研成果等重要使命。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不斷發(fā)展，硬件設(shè)備價(jià)格的逐漸降低，虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)訓(xùn)室也將不斷完善。

然而機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存，國內(nèi)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還在不斷突破、發(fā)展、完善，這就要求高職院校在進(jìn)行VR實(shí)訓(xùn)室建設(shè)時(shí)要綜合考慮建設(shè)、開發(fā)、設(shè)計(jì)與應(yīng)用的每一個(gè)環(huán)節(jié)。在VR技術(shù)創(chuàng)建的虛擬環(huán)境下，教學(xué)活動(dòng)如何有效設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)活動(dòng)如何高效互動(dòng)，學(xué)習(xí)效果如何及時(shí)反饋和評(píng)價(jià)等，都成為VR實(shí)踐教學(xué)亟待探討和解決的問題。