VR 技術在船舶分段裝配實訓教學中的應用

黃曉雪，齊蘊思

渤海船舶職業學院，遼寧 興城 125105

1 VR 技術在實訓教學中的作用和意義

傳統的實訓教學大多是在校內或校外的實訓場地進行，而船舶分段裝配實訓教學的過程在很大程度上存在一定的弊端：首先是學生去校外實訓基地的交通不便利，對于人力物力要求比較大，而且會對船廠實際工作產生一定的影響；其次，教學對于校內的實訓基地要求比較高，校內實訓基地存在一定的與船廠實際生產脫節的現象，導致學生的實訓效果達不到預期要求，不能滿足先進化的生產需要；再者，在傳統的船舶分段裝配仿真實訓過程中，需要消耗大量的耗材，浪費了大量的人力物力。因此，將VR 技術融入船舶分段裝配仿真實訓可以在避免以上問題的同時，打破時間空間的限制，課上課下隨時隨地進行練習，并且通過虛擬場景的搭建，學生可以重復練習、反復練習，通過這種方式在很大程度上降低了人力物力的消耗，節約了實訓教學的成本[1]。

2021 年8 月4 日，教育部正式發布《關于公布職業教育示范性虛擬仿真實訓基地培育項目名單的通知》 （教職成司函〔2021〕35 號），渤海船舶職業學院“船舶智能制造虛擬仿真實訓基地”成功入圍國家職業教育示范性虛擬仿真實訓基地培育項目。學校以此為契機，將現代的信息技術與傳統的實訓教育教學相融合，繼續優化完善虛擬仿真實訓基地建設，從根本上改變傳統職業教育實訓教學中存在的進不去、看不到、成本高、危險性大的問題，通過育訓結合、虛實結合、科學創新等方式，推進教學能力和人才培養質量的全面提高，助力學校提質培優、賦能發展。不僅如此，在虛擬仿真實訓基地的建設過程中，實訓基地的建設時刻以社會和市場的要求為建設目標，運用新思路、新機制、新模式進行實訓基地建設，建設過程中將資源進行統一整合，努力探索出一種以學校為主體、校企協同合作、具有行業特色的實訓基地建設新模式，構建校企合作的橋梁[2]。因此，船舶智能制造虛擬仿真實訓基地便為VR技術在船舶分段裝配仿真實訓教學中的應用提供了極大的便利條件。

近些年，伴隨著高職院校學生招生數量的提高和社會培訓能力的增強，高職院校實訓設備也在逐步改善，但是實訓設備的數量還是難以保證日益增長的培訓數量。不僅如此，由于師資的限制和耗材的損耗，實訓室并不能24 小時開放，以上原因無疑造成了實訓教學的薄弱，很大程度上影響了學生的職業技能和專業素養[3]。因此，各學校可以開放共享虛擬實訓中心，有效改善實訓教學中存在的以上問題，切實提高實訓效率和質量。基于此，VR 技術應運而生，這里的“VR”是Virtual Reality 的縮寫，它的含義是虛擬現實技術，所謂的虛擬現實技術是指利用計算機仿真技術進行虛擬世界的創建和體驗，實現人機交互式的立體化、三維化動態視景仿真，使用戶沉浸到虛擬現實的環境中去感受現實行為。

現階段高職院校人才培養的主要目標是培養一批集生產、建設、管理、服務等能力于一身的一線高素質技能型人才[4]。高職院校在教學過程中要注意學生實踐能力的培養，使學生重點掌握專業技能，從而實現提高其實操能力的目的，使學生在畢業后能夠迅速進入船廠的工作角色，體現職業教育的本色，以在專業競爭中處于領先地位。船舶分段裝配虛擬仿真實訓系統是傳統實訓教學的補充和提高，它還可以根據現階段船廠的真實制造工藝同步進行改善[5]。通過在第三方軟件上建立虛擬環境，學生可以通過登錄軟件進行在線學習，實現人機交互；也可以把在實訓教學實踐課堂中沒有來得及掌握和完成的實訓項目在課后任何時間進行虛擬重構，從而對現有實訓教學起到鞏固和訓練的目的。

2 VR 技術在船舶分段裝配實訓教學中的應用

船舶分段裝配虛擬實訓平臺是傳統實訓教學的有效補充，通過將真實場景融入虛擬實訓平臺，可以將教學視頻和動畫等虛擬資源進行上傳，同時還可以建立可交互的虛擬情境，通過這些虛擬資源的建立，學生可以隨時隨地通過第三方軟件登錄系統進行船舶分段裝配實訓的學習[6]。

為了解決船舶工程技術專業在教學實踐中交互感不強和實訓效率低的問題，設計并實現一個基于VR 技術的船舶分段裝配仿真實訓系統。首先對船舶分段裝配仿真系統功能進行分析，設計合適的系統技術架構，然后利用三維建模技術對物體對象進行建模和設置材質，利用3D 引擎平臺構建虛擬場景，結合VR 設備和數據庫等技術擴展腳本組件實現交互功能，最后將應用部署到VR 一體機設備。應用結果表明，船舶分段裝配仿真實訓系統具有沉浸感，交互效率高，提升了教學實踐的實訓效率。

船舶分段裝配仿真實訓系統主要有以下功能：登錄、虛擬場景演示、漫游效果、組立裝配、分段合攏、學情分析等。

登錄。學生可以通過輸入自己的賬號和密碼進行船舶分段裝配仿真系統的登錄，登錄后，系統可以記錄學生每一次的操作和信息，為之后學生實訓效果的考核提供一定的信息基礎。

虛擬場景演示。學生可以佩戴虛擬設備，通過虛擬設備的視角，猶如置身于船廠中，可以感受到真實的船舶分段裝配環境，使虛擬實訓的仿真效果更加逼真。

漫游效果。該效果可以通過讓學生控制虛擬設備，實現在分段裝配的虛擬建造車間進行移動、視角切換等功能，全角度對船舶結構進行觀察。

組立裝配。學生利用自身的手部運動交互操作模擬對組立進行裝配等一系列操作，實時完成組立裝配工作。

分段合攏。通過VR 設備手柄交互式操作控制分段在船臺的時間，準確把握分段在船臺上合攏的時間和生產節點，在操作過程中隨時對發現的問題第一時間進行調整。

學情分析。通過第三方軟件可以隨時采集學生學習的數據，并將實訓日志的操作記錄和實習成績實時輸出，有利于教師在第一時間針對不同學生進行個性化教學。

3 應用效果

通過對基于VR 技術的線上線下船舶分段裝配虛擬仿真實訓教學系統的研究發現，系統用三維可視化、可交互的方式代替傳統相對僵化、偏理論的實訓教學，解決了以往教學中存在的問題，同時降低了教學成本，提升了教學質量，具有良好的現實意義及推廣價值。隨著我國現階段船舶行業的發展和壯大，對船舶工程技術專業的人員需求也越來越高，培養的畢業生不僅需要理論知識過硬，而且對專業技能要求更高，所以為了適應高職人才需求和教學現狀，需要從根本上提高實訓教學的質量，改善實訓教學資源有限、實驗室設備維修保養成本過高的問題，進而推動VR技術在船舶分段裝配實訓教學中的應用，進一步促進職業教育信息化。采用問卷調查法、個案研究法等對虛擬技術在船舶分段裝配實訓教學中的應用效果進行分析，通過調查研究顯示，學生對于采用VR 技術的船舶分段裝配實訓感覺比之前的校內、校外實訓教學效果好，技術技能水平得到了有效提升。

4 結束語

立足高職船舶工程技術人才培養現狀，從將VR 技術引入船舶分段裝配虛擬仿真實訓教學的角度開展實踐應用研究，根據現有實踐情況和效果，對未來推進VR 技術在船舶分段裝配仿真實訓教學的進一步應用提出以下建議。

第一，為高職船舶分段裝配虛擬仿真實訓教學量身定做一套教學程序。通過調查研究得知，現階段無論是國內還是國外針對船舶分段裝配的虛擬仿真訓練的教學系統非常少，且各個高校教師采用的教學系統并不相同，大家缺乏統一的教學程序來做借鑒，所以，在進行船舶分段裝配虛擬仿真實訓系統設計的時候要參考一線教師的實踐教學經驗，讓系統的設計有助于教師和學生的友好互動。

第二，為船舶分段裝配虛擬仿真訓練教學設計一套評估量表。通過德爾菲法和層次分析法，對一線理論教師、一線實訓教師和優秀學生進行調研，最終建立一套適合高職船舶分段裝配虛擬仿真實踐教學的評估量表，可為船舶分段裝配教師進行虛擬考核提供有效參考。