VR技術在職業院校教學中的應用

趙中濤

（西安鐵路職業技術學院，西安 710026）

我國高速鐵路運營里程高居世界第一，運輸量大，車輛多，檢修任務重。因此，每一位鐵路院校畢業的學生都必須對鐵路類檢修工作有清晰、整體的認知，能夠熟練掌握檢修流程，能快速高效地完成檢修工作，能將理論知識熟練應用到檢修過程中，做到兩手抓，兩手硬。為培養出畢業即可上崗的優秀學生、一流職工，鐵路類職業院校除了講授理論知識以外，必須讓每一位同學在校時有實踐鍛煉的機會，有獨自完成檢修工作的經驗。因此，一套能完成全部檢修項目的虛擬仿真系統在鐵路院校的教學中具有重要作用。

1 VR技術在實踐教學中的應用優勢

VR技術是隨著計算機和多媒體技術發展而崛起的一門新技術，應用范圍廣，操作簡單，在實踐教學中具有諸多優勢。

1.1 激發學習興趣

沉浸式學習，有利于提高學習興趣。操作者處于一個相對真實的環境進行實踐操作，自己探索學習，有助于提升學習主動性，多次重復練習，反復糾錯，加深學習記憶。同時避免了大段語言描述的枯燥性以及因講解者語言匱乏、聽課者空間想象力差而導致的聽不懂、耗時間等問題，提升了學習效率[1]。

1.2 降低實踐環節的危險性

用虛擬仿真軟件可實現多次的重復練習，避免因不熟悉檢修流程、設備、工具等而造成的安全問題。用軟件檢修中可設置好檢修流程，在操作順序和使用工具出錯時及時告警，避免擴大錯誤，并加深檢修者記憶，保證實踐操作的安全。

1.3 經濟性高，使用方便

用虛擬仿真技術進行實踐操作，一次性投入可多次重復使用，降低了實踐成本[2]。頭盔式虛擬仿真軟件真實性強，可用于多個檢修場景；非頭盔式檢修設備只需安裝軟件就可以使用，即用即裝，使用場所靈活。

1.4 占地面積小

用虛擬仿真軟件代替車體結構，縮小了占地面積，解決了場地不足問題。

2 VR技術在實踐教學應用中尚需解決的問題

2.1 沒有觸覺，體驗效果欠佳

用虛擬仿真軟件進行檢修，只有視覺和聽覺，沒有觸覺，降低了實踐操作的體驗感，導致操作者的代入性低，警惕性低，出錯率和返工率高。

2.2 頭顯與近視眼鏡互斥

用VR進行實踐操作通常要用到VR頭盔，如圖1所示。為保持好的視覺效果，VR頭盔上的眼鏡需保持緊貼眼睛狀態[3]。但是，配戴有近視眼鏡的同學，如何讓兩副眼鏡共存成為一個亟需解決的問題。

圖1 VR頭盔

2.3 軟件成熟度不夠

VR技術應用到實踐教學的比例不高，在實踐教學中軟件成熟度不夠，故障率較高，且需要專人維護。戴頭顯進行檢修時，視野晃動嚴重，容易導致眩暈，導致每個人操作時間不能太長，甚至不能完整做完一套檢修流程。

3 VR技術在鐵路類職業院校教學中的應用實例

以西安鐵路職業技術學院機電工程學院為例，因為高職類職業院校特色，學院教學均以理論教學加實踐教學的模式進行。主流專業中，理論教學與實踐教學比例基本達到1:1[4]。教學對實踐設備的需求逐漸增大，但鐵道車輛體積大、價格高，購買及放置實踐所需的設備對學院來說困難較大。因此，西安鐵路職業技術學院機電工程學院引入VR技術進行實踐演練。以鐵道車輛專業為例，依據專業實際需求，建設車輛制動系統檢修仿真實訓室和鐵道車輛檢修VR實訓場。圖2是對鐵路貨車進行檢修，使用虛擬仿真軟件能夠實現對車體、車下、車端連接處的檢修，還能夠實現對列車制動保壓緩解性能的試驗；圖3是對104型分配閥進行分解和組裝，實現了每人一閥拆裝練習，提升練習效率；圖4是對制動夾鉗進行檢修逼真的檢修場景，立體的視覺效果，能夠達到與實物拆裝幾乎相同的訓練效果。

圖2 鐵路貨車VR檢修實踐現場

圖3 104型分配閥的分解和組裝

圖4 檢修制動夾鉗

依據鐵道車輛實訓過程，統計得到本專業VR設備使用情況如表1所示[5]。

表1 VR設備實訓使用率

4 VR技術在職業院校教學中的展望

VR技術能夠在場地及資金有限的情況下，為學生提供一個訓練、練習的場地，能夠在避免操作危險的前提下，學習到檢修流程并積累檢修經驗，能夠多次使用不需要考慮耗材成本，且這種虛擬現實環境能夠激起學生的好奇心，激發學習興趣。隨著多媒體設備在理論及實踐教學中的應用推廣，VR技術在教學中的應用前景越來越廣闊。