桂艷

摘 要：虛擬和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)VR/AR技術(shù)近年來的快速發(fā)展，帶動(dòng)其逐漸在教育領(lǐng)域中得到應(yīng)用。將VR/AR技術(shù)和高職《壓鑄模設(shè)計(jì)》課程實(shí)現(xiàn)有效結(jié)合，可呈現(xiàn)更加高效、真實(shí)課堂教學(xué)。對此，為了不斷提升高職機(jī)制類課程的教育質(zhì)量，本文基于高職《壓鑄模設(shè)計(jì)》課程的教學(xué)現(xiàn)狀，分析了VR/AR技術(shù)在該課程中的應(yīng)用意義，最后提出了該技術(shù)在課程教學(xué)中的探索與應(yīng)用實(shí)踐，對VR/AR在高職其他機(jī)制類專業(yè)課程教學(xué)中的推廣具有現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：VR/AR技術(shù) 高職教育 壓鑄模設(shè)計(jì) 教學(xué)應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TG249 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）06（b）-0155-03

2017年1月19日我國國務(wù)院印發(fā)了《國家教育事業(yè)發(fā)展‘十三五規(guī)劃》，其中提到“要全力推動(dòng)信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合。綜合利用互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)探索未來教育教學(xué)新模式”。面向職業(yè)、崗位的高職教育，突出特點(diǎn)在于其大多數(shù)課程都是以技術(shù)、技能等為主的實(shí)踐性教育教學(xué)，根據(jù)虛擬和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（VR/AR）技術(shù)的特征和優(yōu)勢，將這新技術(shù)應(yīng)用到職業(yè)教育教學(xué)中將有效且十分迫切。壓鑄模具大多用于汽車零件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，造價(jià)昂貴的特點(diǎn)，對此，探討VR/AR技術(shù)在高職《壓鑄模設(shè)計(jì)》課程中的應(yīng)用與探索很有必要，這也為VR/AR在高職其他機(jī)制類專業(yè)課程教學(xué)中的推廣應(yīng)用，具有十分重要的意義。

1 虛擬和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（VR/AR）技術(shù)

Virtual Reality（VR），將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能、顯示技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)并行處理等集成，呈現(xiàn)出虛擬的環(huán)境，可供人直接觀察、觸摸、操作等，并能與之發(fā)生“交互”作用，利用人在客觀世界中的實(shí)際動(dòng)作，產(chǎn)生和真實(shí)世界一樣的感知；突破時(shí)間和空間，進(jìn)入微觀或宏觀世界，完成在現(xiàn)實(shí)中由于條件制約難以完成的事。

Augmented Reality（AR），通過電腦技術(shù)，將虛擬的信息應(yīng)用到真實(shí)世界，使虛擬的物體和真實(shí)的環(huán)境實(shí)時(shí)地疊加到同一個(gè)畫面或空間的交互系統(tǒng)，展現(xiàn)真實(shí)世界的信息的同時(shí)顯示虛擬的信息。用戶通過頭盔顯示器，將真實(shí)世界與電腦圖形多重合成，通過傳感技術(shù)將虛擬對象準(zhǔn)確“放入”真實(shí)環(huán)境中，借助顯示設(shè)備將真實(shí)環(huán)境與虛擬對象融合，呈現(xiàn)出感官效果真實(shí)的新環(huán)境。

但這里不得不說明兩者的區(qū)別，虛擬現(xiàn)實(shí)（VR），是將用戶帶入一個(gè)虛擬的世界；增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR），是把虛擬的信息帶入到現(xiàn)實(shí)世界中。為了深入研究VR/AR技術(shù)在高職《壓鑄模設(shè)計(jì)》課程中的應(yīng)用，立足職業(yè)教育視角，滿足職業(yè)教育應(yīng)用需求，尊重職業(yè)教育教學(xué)基本特征，結(jié)合目前壓鑄模課程的教學(xué)現(xiàn)狀，分析出新技術(shù)的應(yīng)用方向及其壁壘等。

2 高職《壓鑄模設(shè)計(jì)》課程的教學(xué)現(xiàn)狀

壓鑄模設(shè)計(jì)是廣州番禺職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院模具設(shè)計(jì)與制造專業(yè)為拓寬學(xué)生的就業(yè)面而開設(shè)的一門專業(yè)選修課，是通過畢業(yè)生問卷調(diào)查結(jié)果反饋而增設(shè)的一門課程，教學(xué)學(xué)時(shí)數(shù)為36學(xué)時(shí)，教學(xué)內(nèi)容涉及到壓鑄合金、壓鑄工藝和壓鑄模設(shè)計(jì)等方面的知識(shí)點(diǎn)，內(nèi)容繁多，綜合性較強(qiáng)。

對于壓鑄合金的熔煉，壓鑄機(jī)壓鑄工藝的選擇等技能型知識(shí)目前只能通過書本進(jìn)行理論學(xué)習(xí)，通過做題進(jìn)一步理解，利用真實(shí)的生產(chǎn)視頻初步掌握，但是學(xué)生缺乏企業(yè)實(shí)踐，更缺少親自動(dòng)手操作的機(jī)會(huì)，難以深入掌握這些知識(shí)點(diǎn)。

跟《塑料模設(shè)計(jì)》課程相比，壓鑄模的學(xué)時(shí)很少，故理論知識(shí)盡量讓同學(xué)們利用課前時(shí)間學(xué)習(xí)，課后復(fù)習(xí)和提升，課堂上主要針對前置作業(yè)進(jìn)行講解、討論和總結(jié)，但難以有效地組織同學(xué)們在課堂上通過對真實(shí)壓鑄模進(jìn)行拆裝加深理解，缺少拆繪一套壓鑄模的實(shí)踐課程，缺少利用CAD軟件進(jìn)行模擬設(shè)計(jì)的課程設(shè)計(jì)。

跟其他類型模具相比，壓鑄模大都用于生產(chǎn)相對大型且復(fù)雜的零件，比如汽車的變速箱、離合器等，因此，這些壓鑄模結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，重量重達(dá)一二十噸，即使做出相應(yīng)的教學(xué)模型，也很難真實(shí)表達(dá)其結(jié)構(gòu)，也難以真實(shí)體會(huì)大型模具在實(shí)際生產(chǎn)中會(huì)碰到的難題，比如安全問題。

3 VR/AR技術(shù)在高職《壓鑄模設(shè)計(jì)》課程中的應(yīng)用意義

VR/AR技術(shù)作為新的教學(xué)技術(shù)對于高職教育發(fā)展來說有著顯著的推動(dòng)作用。高職《壓鑄模設(shè)計(jì)》課程教學(xué)內(nèi)容有些是難懂難學(xué)的，比如某些理論知識(shí)、結(jié)構(gòu)原理及工藝設(shè)計(jì)等，更為本質(zhì)的問題是，高職學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不足、基礎(chǔ)又薄弱導(dǎo)致學(xué)習(xí)效果不理想的現(xiàn)狀，VR/AR技術(shù)應(yīng)該能很好地解決了教與學(xué)碰到的難題；同時(shí)也能一定程度上解決模具設(shè)計(jì)與制造專業(yè)建設(shè)面臨的資金不足、基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備不完善的軟硬件問題。VR/AR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對于“立足于生產(chǎn)”的《壓鑄模設(shè)計(jì)》課程更是至關(guān)重要，將對傳統(tǒng)的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果帶來質(zhì)的飛躍。

企業(yè)現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的壓鑄模生產(chǎn)往往會(huì)涉及到安全問題。由于壓鑄機(jī)射料壓力大，速度快，模具未鎖緊或調(diào)整不當(dāng)可能飛料造成周圍工作人員的燙傷。特別是當(dāng)合金液高溫內(nèi)部混入氣體或水分時(shí)，將出現(xiàn)劇烈膨脹可造成爆炸。還有就是行車吊模具時(shí)，不可站在其下方，否則可能出現(xiàn)嚴(yán)重的壓傷。但在教學(xué)中使用VR/AR技術(shù)，以上的一些安全問題完全可以在虛擬環(huán)境中避免，學(xué)生實(shí)踐若危險(xiǎn)操作時(shí)，系統(tǒng)可及時(shí)通過視線變紅等模式警告學(xué)生，提高安全操作意識(shí)。

在學(xué)校課堂實(shí)踐教學(xué)中，進(jìn)行40人班級(jí)的壓鑄模模型拆裝實(shí)訓(xùn)，若每人1套模具，學(xué)習(xí)效果比較好，需要壓鑄模40套；若4人一組，需要壓鑄模10套，但教學(xué)效果比較差，且拆裝時(shí)間有限，大部分同學(xué)只能學(xué)習(xí)了解一套模具的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方法，難以交換學(xué)習(xí)。因?yàn)槟Ｐ投驾^小簡單，難以真實(shí)再現(xiàn)壓鑄模的復(fù)雜性和先進(jìn)性，同時(shí)不可避免設(shè)備和工具的損耗，成本較高。還有就是常用的壓鑄機(jī)有四種，學(xué)校配備齊全的話，資金上也是難以實(shí)現(xiàn)的，不利于學(xué)生對壓鑄設(shè)備有深刻的認(rèn)識(shí)，對于壓鑄工藝的知識(shí)同樣缺乏實(shí)踐。但利用VR/AR技術(shù)進(jìn)行壓鑄模拆裝實(shí)訓(xùn)和壓鑄機(jī)的操作實(shí)訓(xùn)，雖然前期硬件與軟件的投入較高，勝在使用過程中基本無損耗，并且可以隨意的更換拆裝模具，增多模具的種類，擴(kuò)大學(xué)生的實(shí)訓(xùn)的內(nèi)容，增加模具的難度，體驗(yàn)真實(shí)壓鑄模的生產(chǎn)過程。

更重要的是學(xué)生親身的感受與體驗(yàn)遠(yuǎn)比課堂傳統(tǒng)教學(xué)更具有說服力，營造“自主學(xué)習(xí)”的環(huán)境，學(xué)生可隨時(shí)進(jìn)入系統(tǒng)學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)時(shí)間靈活，大幅度提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和鉆研精神。這將從本質(zhì)對以往的教學(xué)模式顛覆性地改變，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣被激發(fā)，學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性被充分調(diào)動(dòng)，教學(xué)效果才能大幅度地提高。

4 VR/AR技術(shù)在高職《壓鑄模設(shè)計(jì)》課程中的應(yīng)用實(shí)踐

近年來軟硬件技術(shù)的不斷突破，VR/AR技術(shù)開始逐漸被運(yùn)用到教育等領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，成本下降，普及度提高，這就意味著將這項(xiàng)新技術(shù)引入高職壓鑄模設(shè)計(jì)課程中的可行性和應(yīng)用性。

首先，在教學(xué)過程中，教師可以借助VR/AR技術(shù)真實(shí)地展現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容。例如，壓鑄模結(jié)構(gòu)的教學(xué)當(dāng)中，教師可以借助新技術(shù)播放相應(yīng)的模具結(jié)構(gòu)圖，其中需要包含壓鑄模的平面圖、整體結(jié)構(gòu)圖以及細(xì)節(jié)零件圖等，讓學(xué)生“進(jìn)入”到圖中，對壓鑄模進(jìn)行近距離觀察，拆裝，從而掌握普通壓鑄模的基本結(jié)構(gòu)。當(dāng)前的技術(shù)創(chuàng)建了許多的仿真軟件，實(shí)現(xiàn)逼真、高品質(zhì)的實(shí)時(shí)渲染3D圖像的內(nèi)容，更好地展示模具各零件的相對位置和運(yùn)動(dòng)關(guān)系，從而高職壓鑄模設(shè)計(jì)的課程的情境教學(xué)更加生動(dòng)形象。更為重要的是，可以將大量的模具結(jié)構(gòu)圖提供給學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)、比較和模仿。

其次，已有的鑄造模擬仿真軟件，包括溫度場、應(yīng)力場、微觀組織，以及縮孔、裂紋等鑄造缺陷。由于鑄件形狀復(fù)雜，因此傳統(tǒng)的2D觀察手段效果不佳，理解難度很大。而將VR/AR技術(shù)引入壓鑄過程分析中，能夠讓學(xué)生更快了解整個(gè)過程，尤其適用于觀察鑄件、冷鐵、澆注系統(tǒng)等部件的相對位置，也方便查看鑄件中出現(xiàn)縮孔縮松缺陷的區(qū)域。

還可建立虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境，借助小組或團(tuán)隊(duì)的方式進(jìn)行討論及合作的學(xué)習(xí)模式。比如，在壓鑄合金的課程中，需要了解常用壓鑄合金材料的基本特性和冶煉工藝。為了更好的探討材料的成分、結(jié)構(gòu)與特性，教師可以讓多位同學(xué)一同借助VR/AR技術(shù)開展協(xié)同性學(xué)習(xí)，并通過所提供的“真實(shí)”實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生掌握不同合金的基本特點(diǎn)，并借助對合金冶煉過程的觀看，發(fā)現(xiàn)不同產(chǎn)品需求時(shí)的合金選擇，并讓學(xué)生對VR/AR技術(shù)所提供的視頻進(jìn)行觀察、分析，討論、從而提升學(xué)習(xí)效果。

5 結(jié)語

總之，伴隨著VR/AR技術(shù)的快速發(fā)展，在高職機(jī)制類課程教育過程中，合理應(yīng)用該技術(shù)，可讓學(xué)生真正的感受體驗(yàn)壓鑄模的生產(chǎn)、設(shè)計(jì)及相關(guān)的工藝流程，促使學(xué)生對壓鑄設(shè)備等有更為準(zhǔn)確的掌握，提升高職《壓鑄模設(shè)計(jì)》的教學(xué)質(zhì)量。

就目前而言，一整套VR/AR技術(shù)教學(xué)設(shè)備的購入成本很高，許多普通高職院校很難承擔(dān)，想要真正為每一位學(xué)生普及一套教學(xué)設(shè)備，其難度不言而喻，且相應(yīng)課程的資源開發(fā)也是一個(gè)難題，將制約著VR/AR技術(shù)在高職壓鑄模課程的應(yīng)用。但隨著該技術(shù)的快速發(fā)展，將其應(yīng)用于課程教學(xué)中勢在必行，該技術(shù)在高職教學(xué)中的應(yīng)用將顛覆性地改變傳統(tǒng)課堂教學(xué)方式，大大提高學(xué)習(xí)效果。

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