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        基于VR技術(shù)的《特種加工》課程教學(xué)初探

        2018-12-27 02:04:18王登勇
        課程教育研究 2018年44期
        關(guān)鍵詞:教學(xué)設(shè)計(jì)

        【摘要】VR技術(shù)是現(xiàn)今計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域中一項(xiàng)包含多種學(xué)科的綜合科學(xué)技術(shù),該技術(shù)已經(jīng)被運(yùn)用于諸多領(lǐng)域。本文簡(jiǎn)單闡述了VR技術(shù),并在分析《特種加工》課程的基礎(chǔ)上,初步探討了基于VR技術(shù)的《特種加工》課程建設(shè)、教學(xué)設(shè)計(jì)的方法。

        【關(guān)鍵詞】VR 特種加工 教學(xué)設(shè)計(jì)

        【基金項(xiàng)目】項(xiàng)目名稱(chēng):南京航空航天大學(xué)教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目(2017JG0515Y)。

        【中圖分類(lèi)號(hào)】G642.0 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089(2018)44-0253-02

        VR技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)三維立體交互,將貌似虛擬實(shí)則較逼真的多媒體教學(xué)應(yīng)用于課堂,給學(xué)生帶來(lái)身臨其境的感受?;赩R技術(shù)的教學(xué)方法可以深化學(xué)生對(duì)于知識(shí)點(diǎn)的理解、并引導(dǎo)學(xué)生發(fā)揮想象力,提高其創(chuàng)新能力、動(dòng)手能力。

        一、VR技術(shù)簡(jiǎn)介

        VR,Virtual Reality,即虛擬現(xiàn)實(shí),指運(yùn)用電腦或其他智能計(jì)算設(shè)備模擬產(chǎn)生一個(gè)三維立體化的虛擬世界[1]。VR技術(shù)融合了計(jì)算機(jī)圖形與仿真技術(shù)、傳感器檢測(cè)技術(shù)、圖像顯示技術(shù)、多媒體技術(shù)等多項(xiàng)技術(shù),通過(guò)在體驗(yàn)者身上佩戴顯示頭盔及交互手套等設(shè)備,即可讓體驗(yàn)者感覺(jué)置身于虛擬實(shí)現(xiàn)的逼真環(huán)境中。體驗(yàn)者通過(guò)與虛擬環(huán)境進(jìn)行交互體驗(yàn),能夠獲得身臨其境的真實(shí)感,從而加深對(duì)事物的印象和認(rèn)識(shí)[2]。由于VR技術(shù)具有高度沉浸感的特點(diǎn),已被廣泛用于產(chǎn)品宣傳、房地產(chǎn)、游戲、教育等行業(yè),正日益普及于人們的日常生活。

        在教育行業(yè)中,由于VR技術(shù)能夠全方位調(diào)動(dòng)學(xué)生的視覺(jué)、觸覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等特點(diǎn),對(duì)于促進(jìn)學(xué)習(xí)者的掌握能力、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、增強(qiáng)學(xué)習(xí)體驗(yàn)、實(shí)現(xiàn)知識(shí)遷移等具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),因此得到了迅速地推廣與應(yīng)用。目前基于VR技術(shù)的情境教學(xué)已在中學(xué)地理、歷史、生物、物理、化學(xué)、思想品德教育等多學(xué)科中得到開(kāi)展。在高等教育中,VR技術(shù)主要被應(yīng)用于建立虛擬訓(xùn)練基地、虛擬仿真校園及進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)等,對(duì)于大學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握、運(yùn)用、實(shí)踐起到了重要的促進(jìn)作用。

        二、《特種加工》課程

        特種加工,突破常規(guī)切削加工中刀具材料、能量形式的限制,通過(guò)熱能、光能、電能、電化學(xué)能、化學(xué)能、聲能等能量形式來(lái)去除或增加材料,主要包括電火花加工、電子束加工、激光加工等。隨著新材料、新工藝、新原理的不斷涌現(xiàn),特種加工范疇不斷發(fā)展壯大,在儀器儀表、航天器、飛機(jī)和微電子元器件等制造中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

        鑒于特種加工技術(shù)的重要性,我國(guó)大部分高校教育院校機(jī)械系開(kāi)設(shè)了《特種加工》課程?!短胤N加工》課程一般涉及五大部分教學(xué)內(nèi)容,分別是電火花加工、電化學(xué)加工、高能束加工、超聲加工及快速成形技術(shù),內(nèi)容較多,但一般學(xué)時(shí)較短。如何在較短的學(xué)時(shí)內(nèi),引導(dǎo)學(xué)生對(duì)這么多典型特種加工技術(shù)有真正深刻的認(rèn)識(shí)與理解,而非為了簡(jiǎn)單應(yīng)付考試、機(jī)械式地死記硬背相關(guān)理論,成為困擾《特種加工》課程教師的難題。

        當(dāng)然,大部分高校《特種加工》課程除了課堂學(xué)習(xí),都會(huì)安排1~2個(gè)學(xué)時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)參觀。然而,1~2個(gè)學(xué)時(shí)對(duì)于涵蓋內(nèi)容如此豐富的一門(mén)課程而言,確實(shí)太短,走馬觀花式的參觀學(xué)習(xí)難以使學(xué)生對(duì)于各種特種加工技術(shù)形成強(qiáng)烈的感性認(rèn)知,因此,這種教學(xué)方式不能真正解決《特種加工》教學(xué)難題。

        三、基于VR技術(shù)的《特種加工》課程教學(xué)設(shè)計(jì)

        本文針對(duì)《特種加工》課程教學(xué)學(xué)時(shí)短、涵蓋內(nèi)容多的矛盾,提出基于VR技術(shù)的課程教學(xué)方法,使教師在特種加工課程中,既能進(jìn)行基礎(chǔ)理論講解,又可以引導(dǎo)學(xué)生在虛擬現(xiàn)實(shí)世界中,利用視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等沖擊進(jìn)行知識(shí)記憶、吸收與強(qiáng)化,可以在較短學(xué)時(shí)內(nèi)實(shí)現(xiàn)特種加工課程的“傳道授業(yè)”。另外,基于VR的《特種加工》課程教學(xué)方法,還可以提高互動(dòng)與合作,學(xué)生可以在虛擬互動(dòng)平臺(tái)中充分發(fā)揮創(chuàng)新思維,并進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)模擬。

        1.總體設(shè)計(jì)原則

        《特種加工》課程是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)課,在南京航空航天大學(xué)該課程一般安排6周,除去緒論及考前復(fù)習(xí),基本一周?chē)@一個(gè)主題(即加工技術(shù))進(jìn)行教學(xué)。基于VR技術(shù)的《特種加工》課程教學(xué),每個(gè)主題(即加工技術(shù))教學(xué)主要由基礎(chǔ)理論講解、模擬展示、虛擬平臺(tái)實(shí)戰(zhàn)三部分組成。

        2.課程教學(xué)設(shè)計(jì)

        (1)基礎(chǔ)理論講解

        基礎(chǔ)理論講解,指的是教師圍繞特種加工技術(shù)進(jìn)行課件展示,課件內(nèi)容要結(jié)合經(jīng)典教材、國(guó)內(nèi)外最新研究成果以及自身科研情況等精心組織,能夠吸引學(xué)生眼球。講解過(guò)程中,語(yǔ)言應(yīng)精煉、不晦澀,把握重點(diǎn),適當(dāng)拓寬。

        (2)模擬展示

        教師把要特種加工技術(shù)所涉及到的機(jī)床、工件、刀具實(shí)物模型或者數(shù)學(xué)模型等預(yù)先導(dǎo)入虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái),在特種加工課堂中,學(xué)生可以通過(guò)佩戴眼鏡、頭盔等進(jìn)入教師預(yù)先設(shè)定的虛擬世界中,身臨其境地進(jìn)行學(xué)習(xí)。學(xué)生可以選擇重復(fù)播放、旋轉(zhuǎn)剖切模型等方式,充分理解每種特種加工技術(shù)的基本原理、工藝規(guī)律和加工過(guò)程等。基于VR技術(shù)的模擬展示,可以提升學(xué)習(xí)興趣,促進(jìn)知識(shí)理解。

        (3)虛擬平臺(tái)實(shí)戰(zhàn)

        基于上述虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的模擬展示,向?qū)W生傳遞學(xué)習(xí)內(nèi)容的同時(shí),也拓寬了想象的空間,學(xué)生往往對(duì)于展示的這種特種加工技術(shù)有些新想法而躍躍欲試。虛擬平臺(tái)為學(xué)生提供了一個(gè)這樣的機(jī)會(huì),比如學(xué)生可以設(shè)計(jì)工件、對(duì)應(yīng)刀具等,然后導(dǎo)入虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái),通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行特種加工技術(shù)的模擬實(shí)戰(zhàn)。虛擬平臺(tái)實(shí)戰(zhàn)式的教學(xué)模式,可以加深學(xué)生對(duì)于特種加工技術(shù)的理解,提高其創(chuàng)新能力、動(dòng)手能力。

        真實(shí)、情節(jié)化是VR技術(shù)的魅力所在,將VR技術(shù)與高等教育結(jié)合,將有利于高等教育的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。教師要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乩肰R技術(shù)進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐,將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與課堂教學(xué)完美地融合起來(lái)[3]。本文提出的基于VR技術(shù)的特種加工課程教學(xué)方法,改變了傳統(tǒng)的授課模式,向?qū)W生展示逼真的學(xué)習(xí)資料,使得學(xué)生可以較短課時(shí)內(nèi)把內(nèi)容豐富多彩的特種加工技術(shù)理解清楚,另外,利用虛擬資源為學(xué)生構(gòu)造實(shí)戰(zhàn)平臺(tái),可以提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)與動(dòng)手能力。

        參考文獻(xiàn):

        [1]楊秀云. 談VR技術(shù)及其在高等教育領(lǐng)域的應(yīng)用[J].長(zhǎng)春師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2014 (33).

        [2]陳兆柱, 徐進(jìn). 淺談虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)技術(shù)對(duì)高等教育的影響[J]. 山東省青年管理干部學(xué)院學(xué)報(bào), 2004 (4).

        [3]高疏寒. 基于VR技術(shù)下虛擬教學(xué)應(yīng)用的思考[J].視聽(tīng)教學(xué)連線,2018(01).

        作者簡(jiǎn)介:

        王登勇,生于1990年5月,男,漢族,江蘇鹽城人,講師,博士,研究方向:特種加工。

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