譚正生 段勛興 趙玲杰 王德選

（重慶化工職業(yè)學院 智能制造與汽車學院，重慶 401228）

0 引言

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，尤其是信息和電子技術(shù)等先進技術(shù)的快速發(fā)展，VR技術(shù)就是其中之一，它在醫(yī)療、游戲、商業(yè)等領(lǐng)域廣泛運用，近年也開始被引入教育領(lǐng)域中。其在專業(yè)課程教學中的積極運用，可有效降低學校的教學運行成本和實訓操作中的安全風險，更有助于調(diào)動學生學習興趣，激發(fā)學生的創(chuàng)新思維能力和動手操作能力。因此，在高職《液壓與氣壓傳動》課程的教學改革實踐中，將VR技術(shù)引用到理論與實訓教學環(huán)節(jié)中，有助于提高教學效果。

1 VR技術(shù)概述

VR技術(shù)，也稱為虛擬仿真技術(shù)[1]，這一項技術(shù)最初在美國被人們提出，并開展了大量的研究，隨后世界上很多國家也開展了該項技術(shù)的研究，并成功應用到了商業(yè)、游戲等多個領(lǐng)域。近年VR技術(shù)在我國得到了飛速的發(fā)展，并在很多領(lǐng)域中得到了實踐運用，而教育領(lǐng)域便是其中之一。由于VR技術(shù)具有沉浸感、交互性、想象力等特點，近年來我國的一些高校將其運用在教學和科學研究中[2-3]。將VR技術(shù)引入理論和實踐性都較強的《液壓與氣壓傳動》課程教學中，可有效地解決傳統(tǒng)教學中存在資源有限、安全風險等諸多問題，實現(xiàn)教學質(zhì)量的提升。

2 VR技術(shù)在液壓與氣壓傳動教學中的應用

2.1 《液壓與氣壓傳動》課程的特點及現(xiàn)狀

《液壓與氣壓傳動》是一門理論和實踐相結(jié)合的綜合專業(yè)課，也是機械專業(yè)學生的必修課，其學習目的是培養(yǎng)能解決一線生產(chǎn)中實際問題的技術(shù)人才，而非專門從事設計工作的技術(shù)人員。其教學的目標是讓學生掌握液壓、氣動的基本原理，元件的結(jié)構(gòu)和性能，在操縱和控制方面的具體應用。在課程設置上適當降低理論部分的難度和深度，更注重實驗實訓環(huán)節(jié)的實踐能力的培養(yǎng)，提高學生參與實踐的主觀能動性。

目前，該課程在傳統(tǒng)教學中存在以下不足：

2.1.1 識圖理解有限

課程中很多元件的機械結(jié)構(gòu)比較復雜，多以平面結(jié)構(gòu)圖或小動畫的方式呈現(xiàn)，對學生的空間想象能力有很高的要求，學生很難理解其中結(jié)構(gòu)特點和工作原理。另外課程中的液壓回路和氣動回路種類繁多，復雜的回路增加了學生的理解難度，降低了學生的學習興趣。

2．1．2 實驗實訓資源有限

實驗實訓教學中需要大面積的場地和大量的設備儀器等，才能滿足學生的實訓需求，但目前很多學校由于各種原因不具備以上條件，設備儀器和元件的數(shù)量有限，很難做到將每種元件的實物提供給每個學生使用，即使采用分組使用的方式，也很難全面覆蓋到每一個學生。導致沒能充分發(fā)揮出實驗實訓環(huán)節(jié)在整個教學中的作用，也很難有效的檢驗和提高學生的實踐能力。

2．1．3 設備和元件使用壽命有限

實驗實訓的教學過程中，設備和元件存在嚴重的損耗，學生在反復拆卸和裝配時，由于一些非正常操作導致其使用壽命縮短，需要定期更新，增加了學校實驗實訓教學成本。

2．1．4 安全風險

實驗實訓的教學過程中，由于部分設備和元件的零部件重量較重，存在傾倒扎傷、觸電等安全風險，導致設備損壞或人身安全事故。因此多數(shù)元件只能固定實訓點、固定零件進行展示，學生很難在有限時間內(nèi)看清其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，理解其結(jié)構(gòu)特點和工作原理。

2.2 VR技術(shù)在教學過程中的具體應用

針對《液壓與氣壓傳動》課程運用傳統(tǒng)教學方式中存在的諸多不足，結(jié)合VR技術(shù)的優(yōu)勢，下面就VR技術(shù)在《液壓與氣壓傳動》教學環(huán)節(jié)中的具體應用進行探討。

2．2．1 理論教學中的應用

運用VR技術(shù)將直接改變教學演示方式，傳統(tǒng)教學多采用多媒體和板書相結(jié)合的教學演示方式，這種方式對學生的代入感不強烈，導致教學效果不理想。例如，在具體課程教學中創(chuàng)建液壓元件和氣動元件模塊，對元件進行真實展示，結(jié)合先進的VR技術(shù)，讓學生直接明了的掌握元件的核心要點。采用VR技術(shù)3D仿真展示元件構(gòu)造的方式，元件的實物模型直觀地呈現(xiàn)在學生眼前，學生可以近距離、多角度地觀察其機械結(jié)構(gòu)，加深理解。展示時可采用爆炸、剖視、透明、隱藏、恢復等功能，逐級剝離復雜元件的裝配關(guān)系。利用爆炸顯示功能，可讓學生直觀的了解元件由哪些零件組成，各個零件的外形結(jié)構(gòu)；利用剖視、透明技術(shù)，讓學生在不拆卸元件的情況下觀察其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如遇個別零件遮擋的情況下，可利用隱藏功能，將其隱藏，只顯示需要觀察的零件；利用恢復功能則能使元件恢復到初始的顯示狀態(tài)。比如通過動態(tài)展示的方式，模擬流體在元件中的實際流動狀態(tài)，以及元件中零件的動作情況，清晰地展示了元件的實際工作狀態(tài)，學生很容易就理解其工作原理。

另外，VR技術(shù)網(wǎng)絡平臺可進行遠程教學和考試與傳統(tǒng)線下教學形成互補，豐富了學生學習的渠道。

2．2．2 實驗教學中的應用

傳統(tǒng)實驗教學中資源有限，且常出現(xiàn)設備的損壞和缺失，使用壽命短等問題。而運用VR技術(shù)創(chuàng)建一個虛擬的仿真實驗平臺，可很好地解決這些問題。將需要的實驗設備、儀器等轉(zhuǎn)換為數(shù)字模型，導入創(chuàng)建的虛擬數(shù)據(jù)庫，建立虛擬仿真實驗系統(tǒng)平臺。學生在進行實驗時，可在實驗平臺內(nèi)選擇需要的設備、儀器等模型，搭建相應的液壓回路和氣動回路，并按實驗要求進行虛擬仿真，實時觀測實驗數(shù)據(jù)，也可將實驗數(shù)據(jù)導出，做進一步的處理和分析。實驗平臺如出現(xiàn)故障，學生可以進行故障的分析及排除，激發(fā)了學生動手動腦的主動性，增加了實驗的互動性。學生通過仿真實驗平臺可多次進行實驗，印證自己的想法，熟悉實驗過程，避免了出現(xiàn)不熟悉實驗要求，操作失誤帶來的設備損壞或人身安全事故。

2．2．3 實訓教學中的應用

實訓教學是液壓與氣壓傳動課程教學過程中的重要環(huán)節(jié)，因受場地和設備有限的制約，很難發(fā)揮其在整個教學中的促進作用。通過VR技術(shù)虛擬仿真系統(tǒng)，可以有效地解決以上問題，同時節(jié)省實訓設備、工具和耗材等，降低實訓成本。例如，搭建虛擬實訓車間，構(gòu)建體驗感較強的車間場景，并配備相應的工具、操作手冊等。學生通過鼠標操作，就可完成元件的拆卸、裝配和調(diào)試等內(nèi)容。學生要完成虛擬拆裝的操作，首先需仔細閱讀操作手冊，并按規(guī)定要求進行操作才能進入下一步的操作，督促學生養(yǎng)成良好的習慣，有效的規(guī)范學生的實訓操作。同時系統(tǒng)對學生在操作過程的零件、工具的擺放等進行嚴格的監(jiān)督，對操作速度、錯誤等過程信息進行記錄，有助于學生自我改進，指導教師掌握學生的操作情況并進行針對性的指導。

3 結(jié)論

《液壓與氣壓傳動》課程的學習由于其理論和實踐性強的特點，傳統(tǒng)教學方式很難培養(yǎng)出非常優(yōu)秀的具有創(chuàng)新和實踐能力的學生。將VR技術(shù)引入液壓與氣壓傳動課程教學中，通過VR技術(shù)與傳統(tǒng)教學方式相結(jié)合，能使學生更好地理解和掌握液壓元件的結(jié)構(gòu)與原理、制造與裝配工藝、使用與操作，充分調(diào)動學生的學習積極性，激發(fā)學生的創(chuàng)新思維，提高其實踐操作能力。