基于VR的維修電工培訓(xùn)改革與實(shí)踐*

劉 江

(包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程系，內(nèi)蒙古 包頭 014030)

隨著社會的進(jìn)步，人類面臨的挑戰(zhàn)也在增多，隨之而來的對高校的教學(xué)方法也提出了諸多要求，新冠疫情的突然出現(xiàn)，就是一項(xiàng)重要考驗(yàn)。通過新冠疫情期間的教學(xué)數(shù)據(jù)監(jiān)測和調(diào)查問卷發(fā)現(xiàn)，由于家中實(shí)訓(xùn)條件尚不完備、師生交流受限及配合程度變?nèi)醯纫蛩卮嬖?，給高職教育中的維修電工培訓(xùn)造成了一定的障礙，嚴(yán)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(xùn)水平成為了亟待解決的問題。

1 教學(xué)策略改進(jìn)

受特殊情況影響，必須橫跨學(xué)生在校外和校內(nèi)兩個(gè)地點(diǎn)、不同時(shí)間段進(jìn)行的維修電工培訓(xùn)，應(yīng)該因地制宜地重構(gòu)不同的教學(xué)實(shí)施內(nèi)容。

學(xué)生在校外時(shí)，由于欠缺實(shí)時(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境及監(jiān)督體制，所以主要采用可以反映數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能和交互性的VR維修電工培訓(xùn)軟件來進(jìn)行實(shí)操模擬。從而突破實(shí)驗(yàn)場所的困境。按照家校結(jié)合、理實(shí)結(jié)合、電紙結(jié)合的“三結(jié)合”方式，由教師制定一系列培訓(xùn)計(jì)劃。其中“家校結(jié)合”是指在家中利用虛擬仿真軟件完成維修電工的實(shí)操培訓(xùn)；“理實(shí)結(jié)合”是指適當(dāng)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)思路，將容易理解的理論培訓(xùn)內(nèi)容放在返校前，較為綜合的內(nèi)容放在返校后由教師統(tǒng)一指導(dǎo)；“電紙結(jié)合”是指以紙質(zhì)教材為基礎(chǔ)，利用其配套的電子資源，結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+信息搜集”以及各種直播軟件，完成整個(gè)教學(xué)內(nèi)容。

學(xué)生回到學(xué)校后，加入了教師的課堂觀察，可在虛擬平臺的訓(xùn)練基礎(chǔ)上，增加教師針對性的指導(dǎo)，并根據(jù)返校前對學(xué)生虛擬平臺的訓(xùn)練情況和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，對知識點(diǎn)進(jìn)行查漏補(bǔ)缺，最大限度提高集訓(xùn)質(zhì)量。

2 VR維修電工虛擬軟件開發(fā)思路

VR平臺搭建工作，主要采用3ds Max三維設(shè)計(jì)軟件構(gòu)建數(shù)字3D網(wǎng)格模型、應(yīng)用Unity3D引擎去完成平臺各個(gè)模塊兒的搭建，完善功能、實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。其中，部分功能也用到了Photoshop平面圖形、圖像處理技術(shù)。

2.1 數(shù)字3D模型的創(chuàng)建

3D模型通常采用可編輯的多邊形Poly來拓?fù)渚W(wǎng)格，網(wǎng)格的拓?fù)洳季€是否合理、規(guī)整，關(guān)系到實(shí)際模型構(gòu)建出來的還原程度，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化和細(xì)分網(wǎng)格，從而使得模型的表現(xiàn)更加細(xì)膩。例如，平臺中應(yīng)用到的內(nèi)熱式電烙鐵，主要應(yīng)用到了3D軟件中的Lathe(車削)修改器。

2.2 平面圖形的應(yīng)用

利用PS軟件對平臺中UI界面部分圖形進(jìn)行了優(yōu)化，主要包括：按鈕的樣式、Logo的設(shè)計(jì)、標(biāo)注及說明等。

2.3 通過Unity3D引擎對功能進(jìn)行程序編譯

首先，將以上兩個(gè)部分所收集到的模型素材、貼圖素材全部導(dǎo)入到引擎中進(jìn)行編輯，通過引擎內(nèi)部的光照、材質(zhì)、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(shí)驗(yàn)平臺上的視口的移動(Mouse X、Mouse Y)、旋轉(zhuǎn)(Quaternion rotation)、縮放(MouseZoomMax、MouseZoomMin)等內(nèi)容主要采用Java和C Sharp兩種語言進(jìn)行開發(fā)的，最后將完成腳本綁定到Camera上即可完成整個(gè)設(shè)計(jì)內(nèi)容。

2.4 編輯及打包發(fā)布

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

3 教學(xué)平臺的改進(jìn)

鑒于校外教學(xué)的特殊性，為了方便學(xué)生在缺少教師監(jiān)督的基礎(chǔ)上，反復(fù)鞏固教學(xué)內(nèi)容和知識點(diǎn)，教學(xué)平臺在使用的時(shí)候特別增加了理論知識相關(guān)知識點(diǎn)和實(shí)訓(xùn)工具使用的介紹，例如電烙鐵的特點(diǎn)介紹，見圖1。通過該功能的使用，學(xué)生可以隨時(shí)隨地地了解維修電工所需基本硬件的基礎(chǔ)知識，使得該虛擬仿真平臺成為一個(gè)可移動的虛擬字典。

圖1 實(shí)訓(xùn)器材特點(diǎn)介紹

4 實(shí)施效果

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

圖2 學(xué)生技能實(shí)施效果

通過學(xué)生的實(shí)操成績發(fā)現(xiàn)，由于學(xué)生在校外對VR虛擬平臺的積極應(yīng)用以及在校內(nèi)的實(shí)操技能訓(xùn)練，使得學(xué)生的總體水平成功達(dá)到了需求能力標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)結(jié)合虛擬平臺的知識介紹、教師線上培訓(xùn)和校內(nèi)教學(xué)的查漏補(bǔ)缺，使得學(xué)生的排故次數(shù)、調(diào)試結(jié)果也得到了大幅度的改善。實(shí)踐證明，本虛擬仿真平臺具有良好的應(yīng)用效果。

5 結(jié)論

綜上所述，本文所提供的VR虛擬現(xiàn)實(shí)平臺，在很大程度上減輕了教師和學(xué)生的作業(yè)負(fù)擔(dān)，而且其打破了地理限制，方便學(xué)生隨時(shí)隨地地進(jìn)行學(xué)習(xí)。該培訓(xùn)軟件的應(yīng)用使學(xué)生考工設(shè)計(jì)合格率、裝接速度、成功率均得到明顯提升，真正達(dá)到了考前練兵和提升技能的目的。