基于VR的維修電工培訓改革與實踐*

劉 江

(包頭職業技術學院 電氣工程系，內蒙古 包頭 014030)

隨著社會的進步，人類面臨的挑戰也在增多，隨之而來的對高校的教學方法也提出了諸多要求，新冠疫情的突然出現，就是一項重要考驗。通過新冠疫情期間的教學數據監測和調查問卷發現，由于家中實訓條件尚不完備、師生交流受限及配合程度變弱等因素存在，給高職教育中的維修電工培訓造成了一定的障礙，嚴重影響了中級、高級維修電工的通過率。因此，在諸如疫情這樣的特殊形勢下如何提高維修電工的培訓水平成為了亟待解決的問題。

1 教學策略改進

受特殊情況影響，必須橫跨學生在校外和校內兩個地點、不同時間段進行的維修電工培訓，應該因地制宜地重構不同的教學實施內容。

學生在校外時，由于欠缺實時的實驗環境及監督體制，所以主要采用可以反映數據統計功能和交互性的VR維修電工培訓軟件來進行實操模擬。從而突破實驗場所的困境。按照家校結合、理實結合、電紙結合的“三結合”方式，由教師制定一系列培訓計劃。其中“家校結合”是指在家中利用虛擬仿真軟件完成維修電工的實操培訓；“理實結合”是指適當調整教學內容及教學思路，將容易理解的理論培訓內容放在返校前，較為綜合的內容放在返校后由教師統一指導；“電紙結合”是指以紙質教材為基礎，利用其配套的電子資源，結合“互聯網+信息搜集”以及各種直播軟件，完成整個教學內容。

學生回到學校后，加入了教師的課堂觀察，可在虛擬平臺的訓練基礎上，增加教師針對性的指導，并根據返校前對學生虛擬平臺的訓練情況和數據統計，對知識點進行查漏補缺，最大限度提高集訓質量。

2 VR維修電工虛擬軟件開發思路

VR平臺搭建工作，主要采用3ds Max三維設計軟件構建數字3D網格模型、應用Unity3D引擎去完成平臺各個模塊兒的搭建，完善功能、實現人機交互。其中，部分功能也用到了Photoshop平面圖形、圖像處理技術。

2.1 數字3D模型的創建

3D模型通常采用可編輯的多邊形Poly來拓撲網格，網格的拓撲布線是否合理、規整，關系到實際模型構建出來的還原程度，在此基礎上，進一步優化和細分網格，從而使得模型的表現更加細膩。例如，平臺中應用到的內熱式電烙鐵，主要應用到了3D軟件中的Lathe(車削)修改器。

2.2 平面圖形的應用

利用PS軟件對平臺中UI界面部分圖形進行了優化，主要包括：按鈕的樣式、Logo的設計、標注及說明等。

2.3 通過Unity3D引擎對功能進行程序編譯

首先，將以上兩個部分所收集到的模型素材、貼圖素材全部導入到引擎中進行編輯，通過引擎內部的光照、材質、渲染模塊兒，使得仿真場景得以成功搭建。其次，編寫代碼來完成功能的交互，如實驗平臺上的視口的移動(Mouse X、Mouse Y)、旋轉(Quaternion rotation)、縮放(MouseZoomMax、MouseZoomMin)等內容主要采用Java和C Sharp兩種語言進行開發的，最后將完成腳本綁定到Camera上即可完成整個設計內容。

2.4 編輯及打包發布

把Unity平臺上將所有素材整合完畢并且各個功能的交互操作都確認無誤后，就可以進行最后的打包操作。結合項目需求，主要發布的平臺為面向PC端的“.exe”以及移動端的“app”。

3 教學平臺的改進

鑒于校外教學的特殊性，為了方便學生在缺少教師監督的基礎上，反復鞏固教學內容和知識點，教學平臺在使用的時候特別增加了理論知識相關知識點和實訓工具使用的介紹，例如電烙鐵的特點介紹，見圖1。通過該功能的使用，學生可以隨時隨地地了解維修電工所需基本硬件的基礎知識，使得該虛擬仿真平臺成為一個可移動的虛擬字典。

圖1 實訓器材特點介紹

4 實施效果

以VR維修電工培訓軟件在電工培訓子課程“電子產品安裝與調試”的應用為例，闡述相應軟件使用情況。學生在校外時，通過虛仿真平臺實施和練習，實現了線上線下同質等效，不僅提高了學生的裝接工藝和熟練程度(見圖2)，而且也降低了調試頻率。該培訓軟件的應用使學生考工設計合格率上升25%，裝接速度平均提升5min，成功率提升20%，真正達到了考前練兵和提升技能的目的，使得學生順利完成了“電子產品安裝與調試”的實操考試。

圖2 學生技能實施效果

通過學生的實操成績發現，由于學生在校外對VR虛擬平臺的積極應用以及在校內的實操技能訓練，使得學生的總體水平成功達到了需求能力標準。同時結合虛擬平臺的知識介紹、教師線上培訓和校內教學的查漏補缺，使得學生的排故次數、調試結果也得到了大幅度的改善。實踐證明，本虛擬仿真平臺具有良好的應用效果。

5 結論

綜上所述，本文所提供的VR虛擬現實平臺，在很大程度上減輕了教師和學生的作業負擔，而且其打破了地理限制，方便學生隨時隨地地進行學習。該培訓軟件的應用使學生考工設計合格率、裝接速度、成功率均得到明顯提升，真正達到了考前練兵和提升技能的目的。