徐燕

摘 要： 近些年隨著信息技術的發(fā)展，虛擬現實技術得到了迅猛發(fā)展，并被廣泛應用于教學領域，取得了成效。研究了虛擬現實的相關技術，并將其應用于中職筆記本電腦維修課程的技能教學，以期能夠更好地發(fā)揮虛擬現實技術在教學中的應用價值。同時，為其他同類專業(yè)課程的教學改革提供示范作用。

關鍵詞： 虛擬現實VR技術;筆記本電腦維修;應用;中職

中圖分類號： G642

文獻標志碼： A

文章編號：1007-757X（2019）06-0027-04

Abstract： In recent years， with the rapid development of information technology， virtual reality technology （VR） has been developed rapidly， and has been widely used in the field of teaching. This article carries on a research related to VR， and applies it to the technical ability teaching of the notebook computer maintenance in secondary vocational schools， in order to give full play to the VR in the teaching application value. At the same time， it provides a model for the teaching reform of other similar professional courses.

Key words： Virtual reality; Notebook maintenance; Application; Secondary vocational schools

0?引言

虛擬現實VR（Virtual Reality）技術是上世紀八十年代提出的理論，隨著信息技術的快速發(fā)展，很多理論已轉化為現實的技術成果，并廣泛應用于各個行業(yè)，如軍事、醫(yī)療、教育、航空等高精尖端領域，特別是在教育方面，虛擬現實更是發(fā)揮著巨大的作用，使教育手段更加多元化，提高了受教育者的學習效率。例如，西南林業(yè)大學的孟利清、徐藝等將VR技術應用于物流工程專業(yè)的實訓教學中[1];李榮欣將VR虛擬技術應用于中職“綜合布線”課程教學中[2];濟寧職業(yè)技術學院的李艷鵬、鐘軍凱將VR技術應用于動漫課堂教學中[3];福州職業(yè)技術學院的林海彬將虛擬現實VR技術應用于汽車拆裝實訓教學中等等[4]。在中職筆記本電腦維修課程教學中也存在著學生動手操作次數少、實訓設備易損壞、實訓過程無法被記錄、實訓結果無法被驗證、實訓室無法及時更新硬件設備等困難，因此，筆者嘗試引入VR技術，在教學中將虛擬技術與真機操作相結合，以期降低教學成本、增加學生的操作次數、提升學生學習的積極性與主動性。

本文首先介紹了筆記本電腦維修課程在以往的教學中所遭遇的教學困境，然后講述了VR技術的概念、特征及在教學中的應用，由此提出將VR技術應用于本課程的解決方案。接下來，分析筆記本電腦維修虛擬仿真系統的設計方案，并介紹將該系統應用于課堂教學的教學過程及實現的教學效果。

1?筆記本電腦維修課程中的教學困境

“筆記本電腦檢測與維護”是中等職業(yè)學校計算機與數碼產品維修專業(yè)二年級學生必修的一門專業(yè)核心課程，重點培養(yǎng)學生從事筆記本電腦拆組裝，故障檢測、判定及維修，整機維修流程的組織與實施等專業(yè)技能。但是，由于筆記本電腦故障的排查過程復雜，在以往的教學中由于缺乏足夠的故障實例，學生實際操作次數少從而無法形成快速準確的排查思路;教師也難以通過課堂教學時間，了解和檢測學生的排查行為軌跡，優(yōu)化學生的排查思路，讓學生快速找到故障點，教學目標難以達成。

（1）故障實例缺乏，學生操作次數少

真實教學環(huán)境的構建需要大量的實訓設備，但由于教師很難提供足夠的筆記本電腦故障設備，只能用單一的實例進行實踐操作;同時，筆記本電腦故障的排查過程復雜，學生難以在有限的課堂教學時間進行多次故障排查，從而導致學生操作次數少，無法形成一種有效的筆記本電腦故障診斷思路。

（2）教學管理困難，課堂效率低

課堂教學中由于學生人數多，教師不可能關注到所有學生的實踐操作，無法及時發(fā)現學生的錯誤并幫助學生解決問題，導致課堂效率低下。筆記本電腦故障的排查過程較為復雜，教師難于對學生的觀察能力、動手能力、協作能力、工作態(tài)度等進行評價，操作過程實時評價缺失。

（3）維修過程復雜，設備易損壞

學生在實踐過程中，由于筆記本電腦制造工藝的精密性，在筆記本電腦整機拆組裝以及故障排查過程中稍微的操作不慎就可能會對機器造成新的損壞，使維修過程變得更加復雜。同時，由于實訓室無法及時更新損壞的硬件設備，導致學生的操作結果也無法被驗證。

2?VR技術介紹

2.1?基本概念及主要特征

VR技術是一個以沉浸性、交互性和構想性為基本特征的計算機高級人機界面。綜合利用了計算機圖形學、仿真技術、多媒體技術、人工智能技術、計算機網絡技術、并行處理技術和多傳感器技術，模擬人的視覺、聽覺、觸覺等感覺器官功能，使人能夠沉浸在計算機生成的虛擬境界中，并能夠通過語言、手勢等自然的方式與之進行實時交互，創(chuàng)建了一種適人化的多維信息空間。[2]

VR技術在使用過程中主要有三大特征：沉浸性、交互性和構想性[6]。使用者不僅能夠通過虛擬現實系統感受到在客觀物理世界中所經歷的“身臨其境”的逼真性，而且能夠突破空間、時間以及其他客觀限制，感受到真實世界中的體驗。

2.2?在教學中的作用

（1）節(jié)省教學成本

實訓的相關設備是技能教學的基礎，計算機硬件品種型號繁多，更新快，學校的實訓室無法及時更新損壞的硬件設備。在這種情況下，不僅學生實際操作的機會很少，而且對相關設施的認識也會理解不深。VR技術的應用，可以通過模擬現實場景，利用一些智能穿戴設備來操縱虛擬的設備。當實訓的設備需要更新時，只需重新建模即可，非常方便，不需要維護，也不會因為設備過時而造成資源浪費[1]。

（2）操作安全性高

在現實的技能教學過程中，由于學生的操作不當等會對設備造成損壞，學生的操作結果也不能得到及時的反饋。VR虛擬環(huán)境中，老師可以提前通過對系統設置，使學生在實操的過程中，只要一出現錯誤，系統就可以給予其一定的警示;還可以通過反復操作，讓學生逐步養(yǎng)成正確的操作習慣。

（3）操作過程可記錄

在現實的技能教學過程中，學生的操作過程無法被實時記錄，教師難以在課堂教學中了解和檢測學生的操作能力。借助VR技術，學生的操作過程能夠被實時記錄，操作結束后系統能夠將學生的操作步驟與預先設置的標準的操作步驟進行比對，給出驗證結果，并反饋學生在操作過程中所有的錯誤之處。

（4）提高學生的學習興趣

由于筆記本電腦硬件設備容易損壞，學生實際操作次數少，無法快速診斷出故障點，從而導致學生沒有積極性，達不到理想的教學效果。VR技術的應用，提供了直觀形象的視覺和聽覺體驗，提高了學生參與的積極性;并且VR技術使復雜的結構簡單并具體化，降低了學習難度，學生也可以通過反復多次操作練習獲得成就感。同時VR技術作為一種新生的科技成果，也從另一方面提高了學生使用和學習的興趣。

3?VR系統設計

基于上述分析，筆者嘗試將VR技術應用于中職筆記本電腦維修課程，以期解決學生操作次數少、課堂效率低、設備易損壞等教學困境，提升課堂效率。筆記本電腦維修虛擬仿真系統采用先進的虛擬現實技術實現了三維場景測試、設備的鏈接、測試場景漫游，學生使用VR頭戴式顯示器和手柄即可進行全方位自由觀察和交互。3D建模和場景設計真實還原了現實的設備和場景，建模精細、場景真實，學生采用第一視角觀察并通過手柄進行交互、操作與漫游，仿佛身臨其境。

3.1?設計VR場景

筆記本電腦維修虛擬實訓室場景有兩類，第一類是筆記本電腦硬件組裝實訓場景;第二類筆記本電腦故障排查實訓場景。虛擬儀器包括組成筆記本電腦的零部件、螺絲、排線，拆裝工具（不同型號的螺絲刀、鑷子、撬棒）、維修工具等。

通過校企合作收集筆記本電腦常見的故障現象，針對每個常見故障進行“故障現象→原因分析→排查過程→診斷結果”過程梳理，導入筆記本電腦維修虛擬仿真系統，在虛擬仿真系統中還原各故障的排查流程，為學生進行筆記本電腦維修虛擬實踐操作提供多樣、真實的故障案例。

3.2?搭建VR平臺

虛擬實訓室的軟硬件環(huán)境包括計算機、Vive頭戴式設備、Vive操控手柄等，如表1所示。

安裝步驟如下：第一步，規(guī)劃操作區(qū)。操作區(qū)即設定的虛擬邊界，與虛擬現實物體的互動都將在操作區(qū)中進行。第二步，安裝定位器。使用安裝工具包將定位器安裝在房間內的對角位置，并調整定位器角度，使其前面板朝向操作區(qū)中心。第三步，下載Vive安裝程序，按照提示操作完成設置過程。第四步，將Vive頭戴式設備連接到電腦。第五步，啟動Vive系統。打開Vive應用程序，確保定位器已接通電源，確保頭戴式設備已通過串流盒連接到電腦上，啟動操作手柄。第六步，佩戴頭戴式設備，握住操控手柄，開始操作。

3.3?VR系統的運行

筆記本電腦維修虛擬仿真系統的開發(fā)，立足于實際教學任務，通過軟件交互讓學生進行直觀、有效的虛擬訓練，節(jié)省了實訓建設成本和操作安全風險。通過真實模擬現實教學任務，讓學生利用Vive頭戴式設備和操作手柄等交互設備體驗筆記本電腦的拆組裝及故障診斷過程，引導學生正確操作，全面提升學生的實踐能力和職業(yè)素養(yǎng)。例如，在筆記本電腦硬件組裝實訓場景中，學生在VR真實情境下進行筆記本電腦硬件的組裝，平臺按照“先內后外”的組裝思路對學生的組裝過程進行監(jiān)測。學生組裝結束后按下開機鍵，平臺給出驗證結果，并反饋組裝行為、步驟、用時，呈現錯誤組裝硬件列表。學生根據反饋列表進行再次組裝，直至筆記本電腦被正確組裝。

4?教學設計

將筆記本電腦維修虛擬仿真系統應用于《筆記本電腦檢測與維護》課堂教學中，學生在VR真實情境下進行筆記本電腦故障排查，系統按照“觀察→檢測→診斷”的排查思路對學生的排查過程進行監(jiān)測。同時，借助虛擬仿真系統中實時反饋數據，教師輕松掌握學生的學習情況，及時解決學生學習過程中出現的問題，提升課堂效率。下面以“顯示故障的排查”為例，其教學重點是快速準確地排查筆記本電腦的顯示故障，找到故障點;難點是如何訓練學生掌握“觀察→檢測→診斷”的排查思路。具體教學過程設計如下：

4.1?系統體驗

學生進入筆記本電腦故障排查VR體驗，通過系統發(fā)布的顯示故障排查引導題，引導學生在虛擬排查過程中按照“觀察→檢測→診斷”的排查思路來排故，讓學生初步了解顯示故障排查的優(yōu)化流程。例如，故障題目是“屏幕沒有畫面，硬盤有運轉聲音”，首先進行觀察分析：聽到硬盤轉動，代表電腦已經開機，基本可以排除是內存問題，所以此類故障通常為屏線異常、顯示器異常、主板顯示電路異常。接下來進行檢測：1、外接顯示器，若正常顯示，則可判斷顯示器排線異常，更換顯示器排線，若故障排除，則確認為連接線損壞;2、若更換顯示器排線后依然不能正常顯示，則可判斷顯示器損壞：更換顯示器，若故障排除，則確認為顯示器損壞;3、外接顯示器，若不能正常顯示，則可判斷主板顯示電路故障。最后提交診斷結果：屏線異常或顯示器異?；蛑靼屣@示電路異常。

教師通過將學生排查流程圖，如圖1所示。

與系統中標準排查流程圖進行比對，分析該故障的原因及排查過程，總結歸納出常見筆記本電腦的顯示故障現象及排查方法，幫助學生初步建立“觀察→檢測→診斷”的筆記本電腦顯示故障排查思路。

4.2?真機操作

虛擬仿真系統依據學生排查結果進行差異分組（4人一組），每個小組將隨機獲取一道題目故障排查，系統開始記錄每個成員的排查時間及排查行為數據，直至每位同學都完成任務。之后，由組內用時最短的學生上臺分享故障排查思路，并擔任組長。教師再對每個小組故障題目分別進行點評，讓學生學會運用快速準確地故障排查思路。接下來，每組學生進行真機演練，學生運用已形成的故障排查思路在真機演練中快速準確地找到故障點，突破了教學重點。

4.3?限時競賽

全班進行組間限時競賽，每個小組的每位成員隨機獲取故障題目，按照已形成的“觀察→檢測→診斷”思路進行故障排查。系統在20分鐘內記錄每個小組成功排查故障的個數及排查行為數據，成功排查故障個數最多的小組獲得冠軍。在操作過程中，系統自動記錄并呈現學生的排查流程圖;教師實時關注每個小組的操作進程，對請求幫助的小組進行個別指導;系統及時匯總各個小組的排故個數，對操作結果進行排名。

4.4?教學反饋

冠軍小組上臺，展示系統形成的多個故障排查流程圖，分享他們的故障排查思路。通過學生的大量演練、多次分享和教師的實時點評，使學生掌握了“觀察→檢測→診斷”排查思路，攻克了本課的教學難點。教師總結回顧，對學生“觀察→檢測→診斷”排查思路的養(yǎng)成情況進行點評。

5?教學效果

（1）提升了課堂效率

學生進入筆記本電腦組裝VR體驗，在VR真實情境下進行筆記本電腦的組裝，組內成員進行過程指導，平臺按照“先內后外”的組裝思路對學生的組裝過程進行監(jiān)測。學生組裝結束后按下開機鍵，平臺給出驗證結果，并反饋組裝行為、步驟、用時，呈現錯誤組裝硬件列表。學生根據反饋列表進行再次組裝，直至筆記本電腦被正確組裝。系統匯總呈現每個學生的組裝時間、組裝次數及組裝行為數據。教師在系統外可以通過VR系統的第一視角（學生操作者的視角）或者第三視角來觀看學生在虛擬系統中的操作過程，并對學生操作錯誤的地方進行糾正和指導，提升課堂效率。

（2）増加了操作的有效次數

通過校企合作，采集企業(yè)真實案例，豐富了案例樣本，為學生實踐操作提供了大量的、真實的、可操作的故障案例。學生進入筆記本電腦故障排查VR體驗，通過故障資源庫獲取操作實例，按照“觀察→檢測→診斷”思路進行故障排查，根據故障現象分析故障原因，制定診斷思路，完成操作過程，提交診斷結果。每位學生的故障診斷次數從原來的1例提升至多例，大大増加了操作數量，鞏固了操作要領，形成了一種快速有效的筆記本電腦故障診斷思路，達成了教學目標。同時，虛擬仿真系統的運用，相比于學生真機操作，實現了整個維修過程中的可控性，杜絕了在維修過程中其他故障的產生，并減免了學生在拆組裝及維修過程中對真機的損壞。

（3）培養(yǎng)了學生的職業(yè)素養(yǎng)

筆記本電腦的組裝與維修過程有著相對完善的評價標準，在虛擬仿真系統里的每個操作步驟都能實現評分標準化。學生在虛擬空間進行操作時，系統會形成每位學生的操作流程圖，通過與系統設定的標準流程圖進行比對，對學生的操作進行分級評價。同時，筆記本電腦維修虛擬仿真系統的過程性評價功能能夠幫助學生形成規(guī)范的職業(yè)行為，樹立認真、嚴謹的工作態(tài)度，養(yǎng)成良好的職業(yè)素養(yǎng)。

6?總結

因此，將虛擬現實VR技術應用于技能教學具有顯著的優(yōu)勢，它能夠很好地改善實訓環(huán)境，優(yōu)化教學過程，培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的技能型人才[4]，同時也可以解決操作過程不可記錄、操作結果不可驗證等傳統教學中所遇到的教學困惑。本文將VR技術引入筆記本電腦維修技能課堂教學，創(chuàng)建了筆記本電腦維修虛擬仿真系統。3D建模和場景設計真實還原了現實的設備和場景，學生使用VR頭戴式顯示器和操控手柄進行全方位自由觀察和交互，能有效發(fā)揮學生各種感官作用，加深了學生對技能的掌握，提高了教學效率，解決了傳統教學中因軟硬件設備限制給教學帶來的各種問題。同時，我們也看到雖然VR虛擬現實技術在教學領域中有著非常好的實用性，但是具體到一門課程的研發(fā)，仍然是需要不菲的費用，必須加以普及才能實現其價格的惠眾性。因此，VR教學是需要教育管理部門、學校和研發(fā)企業(yè)共同推進的。

參考文獻

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（收稿日期： 2018.12.20）