李勛章 高偉 楊秀芹

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?為了適應(yīng)新的教學(xué)模式發(fā)展，航空充電設(shè)備課程以VR技術(shù)應(yīng)用為背景開展信息化課程教學(xué)改革。提出了一種將VR虛擬技術(shù)與課程教學(xué)有效結(jié)合的新思路，在原課程理實(shí)一體化的基礎(chǔ)上，深入推進(jìn)課程信息化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了課程教學(xué)的理虛實(shí)一體化，有效提高了課程的教學(xué)訓(xùn)練效果。

[關(guān) ? ?鍵 ? 詞] ?VR技術(shù);虛擬教學(xué);航空充電設(shè)備;信息化課程教學(xué)

[中圖分類號] ?G642 ? ? ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] ?A ? ? ? ? [文章編號] ?2096-0603（2020）45-0124-02

航空充電設(shè)備是士官職業(yè)技術(shù)教育層次的一門必修的任職崗位課程，課程的目標(biāo)是培養(yǎng)合格的航空兵場站充電員。課程講授的內(nèi)容主要是航空充放電裝備的結(jié)構(gòu)組成、基本原理、基本操作和維護(hù)保養(yǎng)等，課程講授的方式主要是理實(shí)一體化教學(xué)，即理論講授和實(shí)裝操作相結(jié)合的方式。隨著信息化教學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，該課程也急需進(jìn)行相關(guān)信息化教學(xué)資源的建設(shè)，課程組人員進(jìn)行充分的研究和深入的探索，提出將VR虛擬技術(shù)與課程教學(xué)有效結(jié)合的改革思路，形成了一套行之有效的實(shí)施策略。

一、VR虛擬教學(xué)

虛擬教學(xué)是一種創(chuàng)新型的教學(xué)模式，通過科學(xué)技術(shù)營造一個虛擬學(xué)習(xí)空間，將知識點(diǎn)通過虛擬感受和虛擬視覺等轉(zhuǎn)換為真實(shí)感受，在一種看似虛幻實(shí)則逼真的多媒體教學(xué)環(huán)境中，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維能力和想象力，提高教學(xué)質(zhì)量[1]。VR技術(shù)其實(shí)就是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，通過計算機(jī)構(gòu)建一個逼真的環(huán)境，使人們能夠在視覺、聽覺和觸覺方面得到不一樣的體驗(yàn)。把VR技術(shù)運(yùn)用在教育領(lǐng)域中，不僅可以提高課堂教學(xué)的有效性，還可以降低在現(xiàn)實(shí)教學(xué)訓(xùn)練操作中的困難和成本，推動教育改革的步伐。

虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)系統(tǒng)通常情況下可以分為三類[2]。

（一）桌面虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)系統(tǒng)

桌面虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)系統(tǒng)主要包括VR顯示、效果顯示、人機(jī)交互等幾部分，教學(xué)系統(tǒng)基于普通PC平臺，利用圖形工作站和立體顯示器，產(chǎn)生虛擬教學(xué)環(huán)境，學(xué)員可以使用力反饋器、三維鼠標(biāo)、數(shù)據(jù)手套或者其他手控的輸入設(shè)備，實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)。桌面虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)系統(tǒng)技術(shù)較為成熟，應(yīng)用得比較普遍。

（二）沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)系統(tǒng)

沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)系統(tǒng)使學(xué)員有完全沉浸的體驗(yàn)，學(xué)員有置身于虛擬環(huán)境中的感覺。其特點(diǎn)是：利用頭盔顯示器把學(xué)員的聽覺、視覺封閉起來，產(chǎn)生虛擬感覺，與此同時，利用數(shù)據(jù)手套把學(xué)員的手感觸覺封閉起來，產(chǎn)生虛擬的觸覺。學(xué)員的頭、手、眼均有相應(yīng)跟蹤器的追蹤，能夠使教學(xué)系統(tǒng)達(dá)到盡可能的實(shí)時性。

（三）分布式虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)系統(tǒng)

分布式虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)系統(tǒng)基于網(wǎng)絡(luò)，多個學(xué)員同時參加進(jìn)入虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)環(huán)境，通過PC電腦和網(wǎng)絡(luò)對虛擬環(huán)境進(jìn)行操作和觀察，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)員與教員、學(xué)員與學(xué)員之間的交互和信息共享。

二、課程內(nèi)容特點(diǎn)

（一）實(shí)操內(nèi)容占教學(xué)內(nèi)容比重較大

課程教學(xué)內(nèi)容中除了講授設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成、原理外，相當(dāng)多的一部分內(nèi)容為各型充電設(shè)備的操作、維護(hù)、保養(yǎng)以及故障的分析排除，這部分內(nèi)容的講授以往都是依靠教員在實(shí)裝上演示以及學(xué)員對實(shí)裝的操作練習(xí)來完成的。

（二）部分實(shí)操內(nèi)容具有危險性以及復(fù)雜性

一方面由于課程實(shí)操內(nèi)容中面對的操作對象為強(qiáng)電航空充放電設(shè)備，并且大多時候需要學(xué)員開機(jī)操作，因此內(nèi)容的教學(xué)訓(xùn)練中存在一定的危險性;另一方面航空充放電設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，線路和電氣部件眾多，有很多地方手很難到達(dá)，因此內(nèi)容的教學(xué)訓(xùn)練中又存在一定的復(fù)雜性。

（三）缺乏部分實(shí)裝設(shè)備

由于前期面對的對象都是陸基場站的學(xué)員，因此課程內(nèi)容的設(shè)置都是以陸基設(shè)備為主。為了適應(yīng)當(dāng)前艦載轉(zhuǎn)型的要求，在內(nèi)容上必須進(jìn)行艦載充放電裝備相關(guān)知識的充實(shí)，但是由于該類設(shè)備比較緊缺，目前課程教學(xué)中無實(shí)際裝備，給實(shí)操內(nèi)容的教學(xué)訓(xùn)練造成了一定的困難。

（四）課程教學(xué)訓(xùn)練過程中需要具有一定的“戰(zhàn)味”

由于學(xué)員為部隊(duì)工作人員，在進(jìn)行教學(xué)訓(xùn)練時，需要調(diào)動學(xué)員緊張、高效的工作狀態(tài)，設(shè)備的實(shí)操訓(xùn)練環(huán)境需要與部隊(duì)的日常工作環(huán)境盡量靠近，以提高學(xué)員在學(xué)習(xí)和實(shí)操訓(xùn)練時的部隊(duì)體驗(yàn)感，具有一定的“戰(zhàn)味”。

三、VR虛擬技術(shù)與課程教學(xué)有效結(jié)合

（一）VR虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)系統(tǒng)的選擇

經(jīng)過課程組人員對三種虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)系統(tǒng)的比對以及對本門課程教學(xué)特點(diǎn)的分析，決定采用桌面虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)系統(tǒng)。采用這種教學(xué)系統(tǒng)主要有以下原因。

1.課程教學(xué)的特點(diǎn)

一方面由于課程教學(xué)中涉及的實(shí)操訓(xùn)練內(nèi)容主要是對單個的充放電設(shè)備進(jìn)行操作訓(xùn)練，每個學(xué)員可以單獨(dú)完成，不需要彼此之間進(jìn)行協(xié)同訓(xùn)練。另一方面對學(xué)員操作訓(xùn)練的要求，更多是體現(xiàn)在訓(xùn)練科目的熟練程度上，不需要學(xué)員有過多的沉浸感。因此，基于以上分析，決定采用桌面虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)系統(tǒng)，學(xué)員配套相應(yīng)的三維鼠標(biāo)、數(shù)據(jù)手套或者其他手控的輸入設(shè)備進(jìn)行桌面式的虛擬訓(xùn)練。

2.教學(xué)便利性的需求

采用桌面虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)一臺教員機(jī)與多臺學(xué)員機(jī)進(jìn)行教學(xué)的成熟教學(xué)模式的有效傳承。學(xué)員可以在學(xué)員機(jī)上觀看教員的演示操作并進(jìn)行操作練習(xí)，教員可以方便地切換到任何一臺學(xué)員機(jī)，進(jìn)行學(xué)員操作情況的查看。這種模式既有效地運(yùn)用了VR虛擬的教學(xué)訓(xùn)練手段，又保留了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，比較適合本課程的教學(xué)實(shí)施。

（二）VR虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)內(nèi)容的確定

經(jīng)過對課程教學(xué)內(nèi)容的詳細(xì)分析后，在首期進(jìn)行了以下VR虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)內(nèi)容的建設(shè)：

1.危險性操作科目

在課程內(nèi)容中，有一部分內(nèi)容涉及強(qiáng)電電氣部件的帶電操作，例如三相380V整流電路的工作參數(shù)測量、三相380V濾波電路的性能檢測等，學(xué)員如果直接上設(shè)備操作訓(xùn)練，會有一定的觸電安全隱患，對于這部分內(nèi)容，要進(jìn)行虛擬教學(xué)開發(fā)。通過數(shù)據(jù)圖形建模，首先構(gòu)建虛擬的操作環(huán)境，然后學(xué)員通過輸入設(shè)備進(jìn)行虛擬訓(xùn)練，操作訓(xùn)練熟練以后再到實(shí)際設(shè)備上進(jìn)行操作。由于構(gòu)建的虛擬環(huán)境逼真度較高，因此學(xué)員的操作真實(shí)感較強(qiáng)，教學(xué)的效果非常好。

2.復(fù)雜性操作科目

在課程內(nèi)容中，還有一部分內(nèi)容的復(fù)雜性和敏感性比較高，例如充電設(shè)備控制板的信號檢測，該內(nèi)容在實(shí)操過程中需要學(xué)員進(jìn)行弱電信號的仔細(xì)測量，這些弱電信號主要來自電路板上的各種芯片和集成電路的引腳以及大量的電容、電阻、電感、晶體管的引腳等，操作步驟和操作內(nèi)容相對比較復(fù)雜，并且如果由于學(xué)員操作不當(dāng)，還會對控制電路板造成一定的損傷。又如充放電內(nèi)部電氣部件的檢修，該內(nèi)容需要學(xué)員將手深入到設(shè)備內(nèi)部進(jìn)行操作，但是由于電氣部件安裝位置不易到達(dá)，操作起來存在相當(dāng)大的困難。對于上述這部分內(nèi)容，要進(jìn)行虛擬教學(xué)開發(fā)，首先構(gòu)建虛擬的操作環(huán)境，學(xué)員首先通過輸入設(shè)備進(jìn)行虛擬訓(xùn)練，反復(fù)訓(xùn)練達(dá)到一定的熟練程度后，再到實(shí)際設(shè)備上進(jìn)行操作，這樣既提高了課堂授課的效率，同時也大大降低了科目訓(xùn)練的復(fù)雜程度。

3.綜合操作流程演練科目

課程教學(xué)后期的綜合操作流程演練科目，需要與部隊(duì)的日常工作環(huán)境盡量靠近，對于這部分內(nèi)容，通過虛擬教學(xué)開發(fā)，構(gòu)建虛擬的部隊(duì)實(shí)際工作環(huán)境，學(xué)員通過輸入設(shè)備在此虛擬環(huán)境中進(jìn)行虛擬訓(xùn)練，由于具備相當(dāng)程度“戰(zhàn)味”，學(xué)員在學(xué)習(xí)和實(shí)操訓(xùn)練時的部隊(duì)體驗(yàn)感增強(qiáng)，訓(xùn)練效果有效提高。

4.缺少實(shí)裝的訓(xùn)練科目

為了適應(yīng)當(dāng)前艦載轉(zhuǎn)型的要求，在內(nèi)容上必須進(jìn)行艦載充放電裝備相關(guān)知識的充實(shí)，目前該類型設(shè)備無法配備給課程組，因此在實(shí)際教學(xué)過程中對這一部分內(nèi)容的實(shí)操教學(xué)存在困難。為了解決該問題，通過虛擬教學(xué)開發(fā)，構(gòu)建虛擬的裝備，學(xué)員通過輸入設(shè)備在虛擬裝備中進(jìn)行虛擬訓(xùn)練學(xué)習(xí)，實(shí)踐證明，基本可以達(dá)到實(shí)裝教學(xué)等同的教學(xué)訓(xùn)練效果。

四、結(jié)束語

航空充電設(shè)備課程作為重點(diǎn)課程試點(diǎn)的改革課程，通過VR虛擬教學(xué)信息化手段的融入，在原有的理實(shí)一體化教學(xué)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了理論教學(xué)、虛擬訓(xùn)練、實(shí)裝操作訓(xùn)練的理虛實(shí)一體化，實(shí)踐證明可有效地提高課程的教學(xué)訓(xùn)練效果，對其他部隊(duì)裝備課程的信息化課程改革具有一定的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉勉，張際平.虛擬現(xiàn)實(shí)視域下的未來課堂教學(xué)模式研究[J].中國電化教育，2018（5）：30-37.

[2]H3C.邁向“智慧校園”高校IT“新”變革[J].中國教育網(wǎng)絡(luò)，2017（7）：58-59.

◎編輯 原琳娜