虛擬交互學(xué)習(xí)在冶金技術(shù)教學(xué)中的運(yùn)用

摘要：工業(yè)冶金是一個(gè)較為復(fù)雜的工業(yè)工程，其整個(gè)過程通常還伴隨著各種危險(xiǎn)源。而學(xué)生在實(shí)習(xí)過程中較少有機(jī)會能夠親自操作相關(guān)冶金設(shè)備，對于整個(gè)冶煉流程更是知之甚少，因而很難達(dá)到學(xué)習(xí)目標(biāo)。而虛擬技術(shù)與交互技術(shù)能夠作為新興技術(shù)手段運(yùn)用到冶金技術(shù)教學(xué)的過程中，有利于學(xué)生在虛擬環(huán)境下掌握煉鐵、煉鋼等核心生產(chǎn)技術(shù)。而通過不同的角色扮演，學(xué)生通常能夠很快理解冶金技術(shù)的要點(diǎn)，客觀上也能對專業(yè)課的學(xué)習(xí)起到促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：虛擬交互學(xué)習(xí);冶金技術(shù);3D場景

冶煉廠是眾多學(xué)生實(shí)習(xí)的重要地點(diǎn)。但是工廠內(nèi)的工藝流程較為復(fù)雜，工段較多，且不同工段往往伴隨一些危險(xiǎn)因素，如高溫燙傷、爆炸等意外情況時(shí)有發(fā)生。有些危險(xiǎn)甚至?xí)矸浅?yán)重的連鎖反應(yīng)，處置不當(dāng)容易造成重大事故。例如在轉(zhuǎn)爐車間內(nèi)，通常存在十幾層的操作平臺，這些平臺普遍存在高溫、粉塵、噪音等危險(xiǎn)因素，甚至還有煤氣中毒的可能。因而冶煉廠較少允許實(shí)習(xí)學(xué)生直接進(jìn)入?yún)⒂^或?qū)W習(xí)，即便為學(xué)生專門配備安全設(shè)備也難以消除一些安全隱患，且成本較高，不切實(shí)際。但學(xué)生又不能缺少現(xiàn)場學(xué)習(xí)的環(huán)節(jié)，以強(qiáng)化冶金生產(chǎn)的真實(shí)感受。所以，針對這類學(xué)生教學(xué)而開發(fā)的虛擬交互學(xué)習(xí)平臺就可發(fā)揮巨大作用，它可為學(xué)生提供既安全又能身臨其境的實(shí)習(xí)場所。

1 虛擬交互學(xué)習(xí)平臺的基本架構(gòu)

虛擬交互學(xué)習(xí)平臺的建立，充分體現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與交互技術(shù)的先進(jìn)性，該項(xiàng)技術(shù)運(yùn)用到現(xiàn)代教學(xué)中，必然會給傳統(tǒng)冶金技術(shù)教學(xué)帶來全新變革，其基本架構(gòu)主要分為硬件設(shè)施與軟件技術(shù)兩大類。

1.1 硬件設(shè)施

在硬件設(shè)施方面，虛擬交互學(xué)習(xí)平臺首先需要建立大型計(jì)算機(jī)服務(wù)器，用來存儲虛擬交互軟件程序以及相關(guān)的冶金操作數(shù)據(jù)集[1]。在此基礎(chǔ)上，還應(yīng)當(dāng)合理配置網(wǎng)絡(luò)電腦群，確保每位學(xué)生都有一臺計(jì)算機(jī)可以使用，同時(shí)還配備有少量的教學(xué)人員進(jìn)行現(xiàn)場教學(xué)，輔導(dǎo)學(xué)生能夠熟練地操作該系統(tǒng)。

1.2 軟件技術(shù)

軟件技術(shù)方面，有必要針對性地開發(fā)冶金工程特別是鋼鐵冶煉方面的虛擬交互學(xué)習(xí)軟件，主要包括鐵礦粉造塊、高爐煉鐵、鋼水精煉等軟件技術(shù)模塊，這樣就能在虛擬場景中實(shí)現(xiàn)鋼鐵冶煉的全方面虛擬交互學(xué)習(xí)。此外，這些軟件還可根據(jù)冶煉程序設(shè)計(jì)相應(yīng)的模塊環(huán)節(jié)，主要有自主巡游、學(xué)習(xí)考核、危險(xiǎn)場景模擬等模塊，最大限度地為學(xué)生提供最真實(shí)的工作場景與學(xué)習(xí)環(huán)境。

虛擬交互學(xué)習(xí)平臺的建立不僅讓學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力得到很大提升，同時(shí)還能為學(xué)生配置學(xué)習(xí)和專門的學(xué)習(xí)賬號，還可以設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊，進(jìn)一步制定教學(xué)計(jì)劃。

2 主要功能

虛擬交互學(xué)習(xí)平臺充分利用虛擬技術(shù)與交互技術(shù)實(shí)現(xiàn)了冶金教學(xué)模式的創(chuàng)新，其主要功能包括3D場景再現(xiàn)功能與實(shí)訓(xùn)場景功能，這也是該平臺最重要、最突出的兩大功能。

2.1 3D場景再現(xiàn)功能

虛擬交互學(xué)習(xí)平臺充分利用虛擬技術(shù)和交互技術(shù)，能夠最真實(shí)地將3D場景再現(xiàn)給廣大學(xué)生，其3D功能得以完美呈現(xiàn)。因而學(xué)生可以按照自己想要學(xué)習(xí)的內(nèi)容自主進(jìn)入系統(tǒng)，扮演工程師的角色[2]。平臺內(nèi)提供煉鐵、煉鋼、連鑄等逼真的3D場景，學(xué)生可自主選擇參觀冶煉廠的各個(gè)角落，寓教于樂的目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。

不僅如此，虛擬交互學(xué)習(xí)平臺還為學(xué)生設(shè)置了眾多安全實(shí)訓(xùn)教學(xué)，當(dāng)學(xué)生參觀或操作失誤時(shí)，模擬產(chǎn)生爆炸、中毒等危險(xiǎn)場景，考驗(yàn)學(xué)生的應(yīng)急處置能力，測試學(xué)生是否能夠迅速采取措施處理相應(yīng)的危險(xiǎn)局面。該平臺還專門設(shè)置有量化評分系統(tǒng)，可針對學(xué)生使用情況進(jìn)行評分或評價(jià)，從而激勵學(xué)生更好地學(xué)習(xí)和掌握冶金技術(shù)。

2.2 實(shí)訓(xùn)場景功能

虛擬交互學(xué)習(xí)平臺還為每名學(xué)生提供了豐富多樣的實(shí)訓(xùn)場景，并且該平臺還具備完善的、科學(xué)的學(xué)習(xí)功能。虛擬交互學(xué)習(xí)平臺通常采用較為開放的自主型實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式，每位學(xué)生都能夠在虛擬學(xué)習(xí)平臺上利用計(jì)算機(jī)設(shè)置好的程序，虛擬化扮演冶煉廠的工程師，自主選擇瀏覽鋼鐵冶煉流程的各大工序，熟悉并學(xué)會操作不同設(shè)備，在此基礎(chǔ)上掌握各種工藝。這樣在加深印象的同時(shí)，還能自主掌握和運(yùn)用大腦中已有的冶煉技能和知識儲備。

3 教學(xué)效果

冶金工程虛擬交互學(xué)習(xí)平臺在其軟硬件方面具備了較好基礎(chǔ)，能夠成功實(shí)現(xiàn)3D再現(xiàn)的特色功能。學(xué)生能利用平臺就實(shí)現(xiàn)身臨其境的工作感受，有效規(guī)避了真人實(shí)習(xí)帶來的諸多風(fēng)險(xiǎn)，也節(jié)省了相應(yīng)的教學(xué)成本。學(xué)生可以自由瀏覽學(xué)習(xí)，不僅能夠提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣，突出培養(yǎng)學(xué)生的個(gè)性，還可以通過知識過關(guān)考核、危險(xiǎn)情況處理能力等環(huán)節(jié)的實(shí)訓(xùn)，增強(qiáng)學(xué)生的感知、動手、判斷能力。不僅如此，實(shí)習(xí)過程與虛擬交互學(xué)習(xí)充分融合為一體，真正實(shí)現(xiàn)了虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界的完美結(jié)合，使得廣大學(xué)生對鋼鐵冶煉有了切身體會與認(rèn)知。而在設(shè)立虛擬教學(xué)體系時(shí)，該平臺以創(chuàng)新培養(yǎng)和實(shí)踐能力培養(yǎng)為根本宗旨，牢牢把握多層次、開放性的教學(xué)原則，既做到知識的傳授，又注重虛擬環(huán)境下的學(xué)習(xí)，最終實(shí)現(xiàn)了培養(yǎng)學(xué)生思考能力、創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力的終極目標(biāo)。

4 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字化已深入到人們的工作與生活中?，F(xiàn)代技術(shù)的不斷成熟與發(fā)展，使得傳統(tǒng)的教學(xué)模式與教學(xué)理念有了較大顛覆，數(shù)字化、虛擬化學(xué)習(xí)已經(jīng)成為新的教學(xué)發(fā)展趨勢[3]。冶金工業(yè)虛擬教學(xué)平臺的使用，充分發(fā)揮了虛擬技術(shù)與交互技術(shù)的技術(shù)先進(jìn)性，因而冶金教學(xué)模式也有了全新變革。虛擬技術(shù)的運(yùn)用在教學(xué)方法、學(xué)習(xí)環(huán)境上都有了極大提升，從而讓學(xué)生的實(shí)踐能力、學(xué)習(xí)能力有了質(zhì)的飛躍，可見這種教學(xué)方式對傳統(tǒng)冶金技術(shù)教學(xué)的深刻影響。本文首先介紹了虛擬交互學(xué)習(xí)在冶金技術(shù)教學(xué)中的基本概況，在此基礎(chǔ)上，較為細(xì)致地探討了虛擬交互學(xué)習(xí)平臺的基本架構(gòu)，從硬件設(shè)施和軟件技術(shù)方面分析了該平臺基本架構(gòu)的兩大組成部分，進(jìn)而闡述了虛擬交互平臺的主要功能，并在此基礎(chǔ)上得出教學(xué)效果，并最終得出重要結(jié)論：即虛擬交互學(xué)習(xí)平臺是對傳統(tǒng)冶金技術(shù)教學(xué)方式的巨大變革，能在給學(xué)生創(chuàng)造全新環(huán)境的條件下，極大提升學(xué)生的學(xué)習(xí)與實(shí)踐能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋卓斐， 李運(yùn)剛， 李俊國. 虛擬交互學(xué)習(xí)在鋼鐵冶金教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 教育教學(xué)論壇， 2014，19（11）：89-90.

[2]張曉萍， 劉潔群. 鋼鐵生產(chǎn)虛擬仿真在冶金工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用與探討[J]. 科教導(dǎo)刊：電子版， 2017，2（36）：111-111.

[3]孟建榮， 張萌， 王艷春. 虛擬仿真技術(shù)在鋼鐵冶金實(shí)習(xí)中的應(yīng)用[J]. 中國冶金教育， 2018，32（21）：546-546.

課題：信息化技術(shù)在冶金技術(shù)教學(xué)實(shí)踐中的應(yīng)用。項(xiàng)目編號：17JG018。

作者簡介：侯偉（1983年1月-），男，陜西漢中人，漢族，學(xué)歷：碩士，職稱：講師，研究方向：冶金技術(shù)。