鐘石根 朱麗敏 張良杰 唐志偉

摘 ? 要：首先，文章提出一種有效提高教學質(zhì)量的方法，介紹虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特點;其次，論述虛擬現(xiàn)實技術(shù)在電機、供配電技術(shù)、機械制圖等機電類專業(yè)教學改革中的應用;最后，總結(jié)出虛擬現(xiàn)實技術(shù)應用在機電類教學中有明顯的優(yōu)點以及存在的現(xiàn)實問題。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實;課程教學;教學效果

1 ? ?VR技術(shù)在機電類專業(yè)應用的優(yōu)勢

機電類專業(yè)教學具有電壓高、電流大、結(jié)構(gòu)復雜、規(guī)模龐大、設(shè)備種類繁多等特點，尤其在電機實驗、電力系統(tǒng)繼電保護、電工接線、電力、儀表認知和自動控制裝置，特別是在帶電部位操作、違章供電、信號缺陷、加工中心違規(guī)操作，驗電設(shè)備損壞等給師生造成了安全隱患。為了進一步重現(xiàn)各環(huán)節(jié)操作過程以及違規(guī)操作的完全隱患，培養(yǎng)學生精益求精的工匠精神，虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）技術(shù)成為機電類課程教學的重要手段，能夠形象生動地表現(xiàn)教學內(nèi)容，有效模擬真實的環(huán)境，提高學生掌握知識技能的效率，激發(fā)學生學習的興趣。虛擬現(xiàn)實技術(shù)非常適用于在機電類專業(yè)教育中開展具象教學、原理展示、模擬操作等教學環(huán)節(jié)。

2 ? ?虛擬現(xiàn)實技術(shù)

VR是指利用三維圖形生成、多傳感交互、多媒體、人工智能、人機接口、高分辨顯示等高新科技，對現(xiàn)實世界進行全面仿真的一種技術(shù)，是多媒體技術(shù)發(fā)展的高級階段，其人機交互方式得到重大改進。

在教育領(lǐng)域中，傳統(tǒng)的PPT教學無法有效提高學生的學習積極性，如何打破沉悶的課堂，讓學生積極參與課堂教學，成為社會研究的重要課題。而沉浸式的VR環(huán)境能夠營造生動、逼真、身臨其境的環(huán)境，更容易讓學生印象深刻，讓教育模式從傳統(tǒng)的“被動接受式”學習轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W生為中心的“自主探究式”學習。靜態(tài)的原理圖無法呈現(xiàn)整個詳細的工作過程，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的優(yōu)越性可以有效克服這一缺點，提高教學質(zhì)量與效率。

3 ? ?虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機電類課程教學中的應用

機電類專業(yè)技術(shù)是一門復雜的多學科交叉融合技術(shù)，不僅涉及機械、設(shè)備、電工、電子、儀器儀表、電力系統(tǒng)、過程控制等，還涉及計算機學科專業(yè)的內(nèi)容。由于各職業(yè)院校辦學條件及教學設(shè)備情況等不一致，大多數(shù)實驗為驗證性實驗，對于理論知識的實際應用接觸較少。所配靜態(tài)插圖無法說明整個動態(tài)的工作過程，因此，機電類教學效果并不盡如人意，亟需新的教學方法和教學手段來改善教學效果。本文研究了VR技術(shù)在機電類課程教學改革中的應用。

3.1 ?虛擬現(xiàn)實技術(shù)在電機教學中的應用

電機的主要教學內(nèi)容包括：單相變壓器實驗、三相變壓器的連接組和不對稱短路、三相鼠籠異步電動機的工作特性、三相同步發(fā)電機的運行特性、三相鼠籠異步電動機的星三角啟動。轉(zhuǎn)變后的課堂采用了VR學習設(shè)備，學生可以通過VR一體機，把電動機拆開，深入內(nèi)部看到電動機部件的構(gòu)成關(guān)系，如圖1所示?？梢酝ㄟ^手觸筆看到轉(zhuǎn)動與不動的部件，還可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。通過該虛擬仿真實驗裝置可以完成電機拖動類實驗、變壓器實驗等，如圖2所示，通過模塊化組合的方式，靈活組合各類模塊，滿足電機教學的需求。

3.2 ?虛擬現(xiàn)實技術(shù)在供配電技術(shù)教學中的應用

供配電技術(shù)具有高電壓、大電流、接線復雜、規(guī)模龐大、設(shè)備種類繁多等特點。因此，為了逼真再現(xiàn)供配電各環(huán)節(jié)操作過程和運行狀態(tài)，讓學生了解電力工程運行，虛擬仿真成為教學的重要手段，如圖3—4所示。

3.3 ?虛擬現(xiàn)實技術(shù)在“機械制圖”教學中的應用

“機械制圖”是機電類專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，主要涉及零件圖和裝配圖，此外還有布置圖、示意圖和軸制圖等。表達機械結(jié)構(gòu)形狀的圖形，常用的有視圖、剖視圖和剖面圖等。在“機械制圖”課程教學中，學生的空間思維不強，對復雜產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)認知不足等，尤其在對與組合體的結(jié)構(gòu)形式、裝配體的識讀理解等方面上，傳統(tǒng)的制圖教學方式無法滿足良好教學效果的要求，如圖5所示。采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)建產(chǎn)品的三維模型，能觀看到完整的截斷面細節(jié)，相當于接近標準剖視圖，對學生理解立體構(gòu)型并繪制有很大的幫助，如圖6所示。

4 ? ?結(jié)語

虛擬現(xiàn)實技術(shù)應用在機電類教學中有明顯的優(yōu)點，有利于開展“探究式”學習。但是目前的虛擬現(xiàn)實技術(shù)硬件設(shè)備價格相對較貴，還應與真實的傳統(tǒng)教學相結(jié)合，互為彌補，各取所長。對于有一定實力的學校，可以購置VR設(shè)備和資源，甚至可以裝備VR教室，率先進行VR教育教學創(chuàng)新的探究，形成學校的辦學特色。VR教育作為新生的技術(shù)，對于如何更好地運用到課程中、合理安排教學進程、更好地與傳統(tǒng)課程相融合、利用VR技術(shù)引領(lǐng)學生開展探究式學習等，還需要進一步研究。但是基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)在實踐教學中的獨特優(yōu)勢以及計算機技術(shù)的發(fā)展，在教學過程中將有著廣闊的應用。

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Application of virtual reality technology in mechanical and

electrical courses of higher vocational education

Zhong Shigen， Zhu Limin， Zhang Liangjie， Tang Zhiwei

（School of Information Engineering， Xiamen Nanyang University， Xiamen 361102， China）

Abstract：First of all， this paper puts forward an effective method to improve the quality of teaching， introduce the characteristics of virtual reality technology; secondly， discuss the application of virtual reality technology in the teaching reform of electromechanical specialty such as motor， power supply and distribution technology， mechanical drawing and so on; finally， summarize the application of virtual reality technology has obvious advantages and existing practical problems in electromechanical teaching.

Key words：virtual reality; course teaching; teaching effect