基于VR技術(shù)的《特種加工》課程教學(xué)初探

【摘要】VR技術(shù)是現(xiàn)今計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域中一項(xiàng)包含多種學(xué)科的綜合科學(xué)技術(shù)，該技術(shù)已經(jīng)被運(yùn)用于諸多領(lǐng)域。本文簡(jiǎn)單闡述了VR技術(shù)，并在分析《特種加工》課程的基礎(chǔ)上，初步探討了基于VR技術(shù)的《特種加工》課程建設(shè)、教學(xué)設(shè)計(jì)的方法。

【關(guān)鍵詞】VR 特種加工 教學(xué)設(shè)計(jì)

【基金項(xiàng)目】項(xiàng)目名稱(chēng)：南京航空航天大學(xué)教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目（2017JG0515Y）。

【中圖分類(lèi)號(hào)】G642.0 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2018）44-0253-02

VR技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)三維立體交互，將貌似虛擬實(shí)則較逼真的多媒體教學(xué)應(yīng)用于課堂，給學(xué)生帶來(lái)身臨其境的感受?；赩R技術(shù)的教學(xué)方法可以深化學(xué)生對(duì)于知識(shí)點(diǎn)的理解、并引導(dǎo)學(xué)生發(fā)揮想象力，提高其創(chuàng)新能力、動(dòng)手能力。

一、VR技術(shù)簡(jiǎn)介

VR，Virtual Reality，即虛擬現(xiàn)實(shí)，指運(yùn)用電腦或其他智能計(jì)算設(shè)備模擬產(chǎn)生一個(gè)三維立體化的虛擬世界[1]。VR技術(shù)融合了計(jì)算機(jī)圖形與仿真技術(shù)、傳感器檢測(cè)技術(shù)、圖像顯示技術(shù)、多媒體技術(shù)等多項(xiàng)技術(shù)，通過(guò)在體驗(yàn)者身上佩戴顯示頭盔及交互手套等設(shè)備，即可讓體驗(yàn)者感覺(jué)置身于虛擬實(shí)現(xiàn)的逼真環(huán)境中。體驗(yàn)者通過(guò)與虛擬環(huán)境進(jìn)行交互體驗(yàn)，能夠獲得身臨其境的真實(shí)感，從而加深對(duì)事物的印象和認(rèn)識(shí)[2]。由于VR技術(shù)具有高度沉浸感的特點(diǎn)，已被廣泛用于產(chǎn)品宣傳、房地產(chǎn)、游戲、教育等行業(yè)，正日益普及于人們的日常生活。

在教育行業(yè)中，由于VR技術(shù)能夠全方位調(diào)動(dòng)學(xué)生的視覺(jué)、觸覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等特點(diǎn)，對(duì)于促進(jìn)學(xué)習(xí)者的掌握能力、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、增強(qiáng)學(xué)習(xí)體驗(yàn)、實(shí)現(xiàn)知識(shí)遷移等具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，因此得到了迅速地推廣與應(yīng)用。目前基于VR技術(shù)的情境教學(xué)已在中學(xué)地理、歷史、生物、物理、化學(xué)、思想品德教育等多學(xué)科中得到開(kāi)展。在高等教育中，VR技術(shù)主要被應(yīng)用于建立虛擬訓(xùn)練基地、虛擬仿真校園及進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)等，對(duì)于大學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握、運(yùn)用、實(shí)踐起到了重要的促進(jìn)作用。

二、《特種加工》課程

特種加工，突破常規(guī)切削加工中刀具材料、能量形式的限制，通過(guò)熱能、光能、電能、電化學(xué)能、化學(xué)能、聲能等能量形式來(lái)去除或增加材料，主要包括電火花加工、電子束加工、激光加工等。隨著新材料、新工藝、新原理的不斷涌現(xiàn)，特種加工范疇不斷發(fā)展壯大，在儀器儀表、航天器、飛機(jī)和微電子元器件等制造中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

鑒于特種加工技術(shù)的重要性，我國(guó)大部分高校教育院校機(jī)械系開(kāi)設(shè)了《特種加工》課程。《特種加工》課程一般涉及五大部分教學(xué)內(nèi)容，分別是電火花加工、電化學(xué)加工、高能束加工、超聲加工及快速成形技術(shù)，內(nèi)容較多，但一般學(xué)時(shí)較短。如何在較短的學(xué)時(shí)內(nèi)，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)這么多典型特種加工技術(shù)有真正深刻的認(rèn)識(shí)與理解，而非為了簡(jiǎn)單應(yīng)付考試、機(jī)械式地死記硬背相關(guān)理論，成為困擾《特種加工》課程教師的難題。

當(dāng)然，大部分高?！短胤N加工》課程除了課堂學(xué)習(xí)，都會(huì)安排1～2個(gè)學(xué)時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)參觀。然而，1～2個(gè)學(xué)時(shí)對(duì)于涵蓋內(nèi)容如此豐富的一門(mén)課程而言，確實(shí)太短，走馬觀花式的參觀學(xué)習(xí)難以使學(xué)生對(duì)于各種特種加工技術(shù)形成強(qiáng)烈的感性認(rèn)知，因此，這種教學(xué)方式不能真正解決《特種加工》教學(xué)難題。

三、基于VR技術(shù)的《特種加工》課程教學(xué)設(shè)計(jì)

本文針對(duì)《特種加工》課程教學(xué)學(xué)時(shí)短、涵蓋內(nèi)容多的矛盾，提出基于VR技術(shù)的課程教學(xué)方法，使教師在特種加工課程中，既能進(jìn)行基礎(chǔ)理論講解，又可以引導(dǎo)學(xué)生在虛擬現(xiàn)實(shí)世界中，利用視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等沖擊進(jìn)行知識(shí)記憶、吸收與強(qiáng)化，可以在較短學(xué)時(shí)內(nèi)實(shí)現(xiàn)特種加工課程的“傳道授業(yè)”。另外，基于VR的《特種加工》課程教學(xué)方法，還可以提高互動(dòng)與合作，學(xué)生可以在虛擬互動(dòng)平臺(tái)中充分發(fā)揮創(chuàng)新思維，并進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)模擬。

1.總體設(shè)計(jì)原則

《特種加工》課程是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)課，在南京航空航天大學(xué)該課程一般安排6周，除去緒論及考前復(fù)習(xí)，基本一周?chē)@一個(gè)主題（即加工技術(shù)）進(jìn)行教學(xué)?；赩R技術(shù)的《特種加工》課程教學(xué)，每個(gè)主題（即加工技術(shù)）教學(xué)主要由基礎(chǔ)理論講解、模擬展示、虛擬平臺(tái)實(shí)戰(zhàn)三部分組成。

2.課程教學(xué)設(shè)計(jì)

（1）基礎(chǔ)理論講解

基礎(chǔ)理論講解，指的是教師圍繞特種加工技術(shù)進(jìn)行課件展示，課件內(nèi)容要結(jié)合經(jīng)典教材、國(guó)內(nèi)外最新研究成果以及自身科研情況等精心組織，能夠吸引學(xué)生眼球。講解過(guò)程中，語(yǔ)言應(yīng)精煉、不晦澀，把握重點(diǎn)，適當(dāng)拓寬。

（2）模擬展示

教師把要特種加工技術(shù)所涉及到的機(jī)床、工件、刀具實(shí)物模型或者數(shù)學(xué)模型等預(yù)先導(dǎo)入虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)，在特種加工課堂中，學(xué)生可以通過(guò)佩戴眼鏡、頭盔等進(jìn)入教師預(yù)先設(shè)定的虛擬世界中，身臨其境地進(jìn)行學(xué)習(xí)。學(xué)生可以選擇重復(fù)播放、旋轉(zhuǎn)剖切模型等方式，充分理解每種特種加工技術(shù)的基本原理、工藝規(guī)律和加工過(guò)程等。基于VR技術(shù)的模擬展示，可以提升學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)知識(shí)理解。

（3）虛擬平臺(tái)實(shí)戰(zhàn)

基于上述虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的模擬展示，向?qū)W生傳遞學(xué)習(xí)內(nèi)容的同時(shí)，也拓寬了想象的空間，學(xué)生往往對(duì)于展示的這種特種加工技術(shù)有些新想法而躍躍欲試。虛擬平臺(tái)為學(xué)生提供了一個(gè)這樣的機(jī)會(huì)，比如學(xué)生可以設(shè)計(jì)工件、對(duì)應(yīng)刀具等，然后導(dǎo)入虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行特種加工技術(shù)的模擬實(shí)戰(zhàn)。虛擬平臺(tái)實(shí)戰(zhàn)式的教學(xué)模式，可以加深學(xué)生對(duì)于特種加工技術(shù)的理解，提高其創(chuàng)新能力、動(dòng)手能力。

真實(shí)、情節(jié)化是VR技術(shù)的魅力所在，將VR技術(shù)與高等教育結(jié)合，將有利于高等教育的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。教師要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乩肰R技術(shù)進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與課堂教學(xué)完美地融合起來(lái)[3]。本文提出的基于VR技術(shù)的特種加工課程教學(xué)方法，改變了傳統(tǒng)的授課模式，向?qū)W生展示逼真的學(xué)習(xí)資料，使得學(xué)生可以較短課時(shí)內(nèi)把內(nèi)容豐富多彩的特種加工技術(shù)理解清楚，另外，利用虛擬資源為學(xué)生構(gòu)造實(shí)戰(zhàn)平臺(tái)，可以提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)與動(dòng)手能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊秀云. 談VR技術(shù)及其在高等教育領(lǐng)域的應(yīng)用[J].長(zhǎng)春師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2014 （33）.

[2]陳兆柱， 徐進(jìn). 淺談虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)對(duì)高等教育的影響[J]. 山東省青年管理干部學(xué)院學(xué)報(bào)， 2004 （4）.

[3]高疏寒. 基于VR技術(shù)下虛擬教學(xué)應(yīng)用的思考[J].視聽(tīng)教學(xué)連線，2018（01）.

作者簡(jiǎn)介：

王登勇，生于1990年5月，男，漢族，江蘇鹽城人，講師，博士，研究方向：特種加工。