基于AR/VR技術的實訓基地建設思路

席鳳征

摘 要：隨著信息化技術的快速發展，AR/VR技術已經被廣泛應用于職業教育，AR/VR技術能夠將教學內容靈活、生動地呈現給學生，為實訓基地注入新的活力。基于此，從AR/VR技術在實訓室建設中的運用實踐出發，以徐州技師學院智能制造實訓中心為例，探索集成AR/VR技術、3D技術、環境藝術、網絡技術等先進科技手段，建立一套高度沉浸性的實景互動教學系統，借助高仿真3D情景模擬，讓學生在虛擬的環境中學習知識，或通過智能制造場景，讓學生體驗交互式的加工制造等。

關鍵詞：AR/VR技術 實訓基地 建設思路

當今各類院校的學生教育面臨著時代、技術和生源的變化。隨著時代變化，“工業4.0”“制造2025”已成為當代的關鍵詞。產業前沿技術的高速發展，帶來了“智能制造”等多種概念，而這些前沿產業面臨著旺盛的崗位需求。院校教育是高技能人才的搖籃，孕育著從“制造大國”到“制造強國”，從“中國制造”到“中國創造”的“中國夢”，肩負著培養具有“工匠精神”的人才隊伍的重任，推動著中國制造業從大國向強國轉變。

另一方面，信息技術發展的成果已在生活中占據主流，移動互聯、虛擬仿真以及大數據等技術在教育領域的應用也成為大勢所趨。而院校教育的學生對象已經從數字時代的移民變成了數字時代的原住民，新時代的學生往往個性鮮明、獨立自主，并且更依賴于信息化、個性化、多樣性的教學策略。

面對上述變化，需要重新思考院校的教學設備與體驗模式。

一、各專業體驗與教學現狀

1.教學資源層次單一、模式陳舊

當前院校教學資源的形式比較陳舊，大多停留在課本、PPT、案例視頻等。這些教材資源的缺點是難以即時更新，學生學習內容封閉。院校的教學資源層次應該緊跟時代發展與產業需要，與時俱進，而不是停留在課本的、陳舊的、片段化案例的教學資源上。并且大部分教學模式都基本停留在“教師講、學生聽”的階段，即單向教學模式，缺乏豐富、便利、具有吸引力的教學功能（比如交互模式、虛擬仿真等），無法適應當前學生注意力和時間日益“碎片化”的趨勢，難以激發學習積極性。

2.全過程實訓難以開展

當前的教學不僅需要學生掌握理論知識，還對學生的操作、實踐能力提出了高要求。但是由于設備、場地、成本等條件的限制，比如學校設備不全、不多，不會用、不敢用、不夠用。學校很難開展相關的實訓，即使進行實訓了，往往由于人數眾多，后排的學生經常無法聽清或看清教師的講解及操作;并且通常因為時間、場地有限與相關設施、人員的安全因素考量，學生大多只能參與到片段性的、非核心的工藝，而不能接觸到系統化、多案例、全場景的實訓案例。

3.學校尚欠缺新型信息化教學資源的開發能力

教學資源建設應該緊跟前沿技術、與時俱進。學院的數字化教學資源不可能是一勞永逸的，并且學院可能需要根據自身特色、教學重點進行即時的個性化改造，并且改造的成果應該是高質量的。但目前，大部分學校仍欠缺對教學資源個性化開發和持續升級的能力。

二、解決方案

1.解決思路：技術驅動變革

改造傳統，以技術驅動教學變革是本方案的解決思路。將“虛擬現實+”“互聯網+”、“增強現實+”、大數據等技術與理念引入了教學中。

針對教學資源、體驗形式等問題，建設融合了AR/VR技術的實訓基地，不僅能夠使學生與參觀者了解重點知識，進行各種模式的實訓，并且能夠作為宣傳展示的平臺，甚至向社會開放，服務于產業。

針對資源開發等問題，立足于學校培養“雙創型”技術技能人才的長遠目標，建設虛擬仿真雙創空間，自主開發構建虛擬仿真軟件，既能夠培養學校師生開發虛擬仿真教學資源的能力，實現學校的“自我造血”升級;又可服務于社會，承接對外業務，有力推動區域經濟社會發展和產業轉型升級，實現“創新引領創業、創業帶動就業”的良性互動。

2.建設目標：融合AR/VR技術的實訓體驗中心

建設有機地聚合了AR（增強現實）、VR（虛擬現實）等技術的實訓體驗中心。智能制造實訓中心的建設目標如下。

（1）面向院校與企業的“產教一體”教學與培訓基地。通過對AR/VR技術的有機融合，能夠與前沿技術與產業需求無縫對接，面向院校學生與社會從業人員，提供教學與培訓體驗，有效提升學生與社會員工的理論與技能。

（2）面向全校、社會公眾的科普與體驗基地。實訓中心聚合多方面機械制造設備、技術知識及基于AR/VR技術硬件的體驗功能，是珍貴的教學體驗資源，能夠作為宣傳展示、對外開放的平臺，向全校參觀人員甚至社會公眾普及機械制造技術以及VR/AR等現代科技技術。

（3）面向學院師生的開發實踐基地。通過VR開發區與虛擬仿真開發引擎的使用，學校能夠具備虛擬仿真教學資源的開發能力，實現“創新引領創業、創業帶動就業”的良性互動，積極引進產業項目與經驗，實現學生與產業需求的無縫對接，促進產教融合，實現技術轉移與輸出。

三、場地與環境

以徐州技師學院智能實訓中心為例。

1.區域劃分

融合AR的智能制造實訓中心：實訓中心包含數控加工實訓區、工業機器人實訓區、智能工廠實訓區、3D打印實訓區等。實訓車間配備AR眼鏡，學生或參觀者可以戴著AR眼鏡進入實訓車間，然后看到某臺設備時，可以通過AR眼鏡看到此設備介紹、工作原理、設備操作視頻等。

VR體驗區：體驗區的設備主要由虛擬現實頭盔、計算機、虛擬設備、大型顯示器和其他附屬設備組成，可以讓人仿佛置身于計算機屏幕上才有的虛擬制造工廠中，自由探索并完成與虛擬世界的互動，營造出身臨其境般的教學與實訓體驗。

VR開發區：虛擬仿真開發區內容主要包含辦公場地、人員配備、硬件支持、先進開發工具等內容，是學校以產教結合、校企合作為基礎，實現教學資源的自我開發升級的基地。在虛擬仿真開發區，可完成虛擬仿真軟件的開發、測試、優化、升級等內容。

2.硬件建設思路

硬件建設以實用性硬件為主，觀賞、體驗性硬件為輔。具體硬件（部分）如下。

（1）VR體驗設備。VR頭盔、手柄：虛擬現實頭盔，即VR頭顯（虛擬現實頭戴式顯示設備）。

（2）AR體驗設備。HoloLens增強現實頭顯設備：HoloLens是一款增強現實頭顯設備，使用AR技術將計算機生成的圖像與真實的世界相疊加。

四、基于AR/VR技術的教學與體驗

1.虛實結合體驗：基于HoloLens（AR）穿戴設備

基于AR技術，能夠將傳統的實訓設備進行功能拓展，實現操作體驗與深刻認知的融合式教學。HoloLens穿戴設備能夠在實訓車間區域觸發疊加在真實世界上的全息影像，如微課、動畫、甚至虛擬解說員進行講解等。通過頭顯設備，參觀者能夠有選擇地對觸發的解說進行了解，并且參觀者之間不會相互干擾。能夠為參觀者帶來全面、生動、定制化的服務，并且能夠加深學生對實訓車間中所傳遞的知識的理解，提升學習與體驗效果。

2.VR體驗：虛擬制造工廠/車間

基于VR體驗設備，如VR頭盔等，能夠提供“時空穿越”的體驗，通過VR設備，參觀者能夠進入虛擬仿真世界，這些虛擬場景與任務，都是基于真實的工廠環境、真實的設備、真實的任務與工藝流程設計的，學生通過VR設備進行瀏覽與了解，并且通過手柄等進行操作。

參考文獻：

[1]楊更生.虛擬現實技術在旅游教學中的應用[J].新疆教育學院學報，2010（2）.

[2]金濤.基于虛擬現實技術（VR）的導游專業互動教學平臺應用研究[J].電子商務，2011（5）.

（作者單位：江蘇省徐州技師學院）