＊方 卉

（寧夏工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院 寧夏 750021）

引言

十九大報告指出，中國已進(jìn)入新時代，而以虛擬現(xiàn)實(shí)為主的信息化教學(xué)模式必將成為新時代信息化教學(xué)模式改革的重要方向。借助VR技術(shù)（Virtual Reality）可將以書本、黑板為載體的傳統(tǒng)教學(xué)，以PPT、微課等為載體的多媒體，直接推向沉浸交互式體驗(yàn)教學(xué)。

近年來，科技、5G的快速發(fā)展、職業(yè)教育的利好政策，都為“VR+教育”在職業(yè)教育領(lǐng)域奠定了良好的資源與技術(shù)基礎(chǔ)。2022年2月教育司司長陳子季指出，為了更好滿足因產(chǎn)業(yè)升級和經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整對技能人才的需求，可以根據(jù)專業(yè)教學(xué)要求，推出模擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)境；在現(xiàn)場實(shí)習(xí)安排困難或危險性高的專業(yè)領(lǐng)域，開發(fā)替代性虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)；針對教學(xué)中難以理解的復(fù)雜結(jié)構(gòu)復(fù)雜運(yùn)動等，開發(fā)仿真教學(xué)軟件等[1]。通過職業(yè)數(shù)字化教育的建設(shè)，VR技術(shù)已廣泛的應(yīng)用在職教的很多領(lǐng)域。在中國知網(wǎng)中，以“VR”為關(guān)鍵詞在主題類一共可搜索到22,256條文章，以“VR+教育”為關(guān)鍵詞在主題類得到886條結(jié)果，其中VR技術(shù)廣泛應(yīng)用在紅色文化、檔案展覽、新聞傳播、傳媒影視、電子工業(yè)、醫(yī)學(xué)、機(jī)械、建筑、旅游乃至學(xué)前教育等多學(xué)科領(lǐng)域。以“化工職業(yè)教育”為關(guān)鍵詞得到10條結(jié)果，其中主要是素質(zhì)教育、道德培養(yǎng)等內(nèi)容。在其基礎(chǔ)上繼續(xù)輸入關(guān)鍵詞“VR、化工職業(yè)教育”“VR、化工專業(yè)”以及“虛擬現(xiàn)實(shí)、化工專業(yè)”等，均得到0條結(jié)果。然而化工產(chǎn)業(yè)具有連續(xù)化、大型化、復(fù)雜化等特點(diǎn)及高溫、高壓、易爆等危險性，使得真實(shí)生產(chǎn)無法在學(xué)校開展，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中存在“看不見、進(jìn)不去、動不了、難再現(xiàn)”等難題。因此可以依托VR技術(shù)營造沉浸式教學(xué)環(huán)境、促進(jìn)教學(xué)理念、教學(xué)模式和教學(xué)方法改革，從而完成更精彩的教育、更簡單的學(xué)習(xí)。

1.VR技術(shù)在化工職業(yè)教育中的應(yīng)用

(1)借助VR技術(shù)，增強(qiáng)理論學(xué)習(xí)效果

化工生產(chǎn)設(shè)備龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不能信手拈來，隨時搬到課堂上。在理論學(xué)習(xí)中，動畫、視頻、仿真等多種信息化手段雖然已經(jīng)很好地服務(wù)教學(xué)，但由于學(xué)生并未感受到真實(shí)生產(chǎn)，所以只是單純的懂得原理、無法將所學(xué)知識與真實(shí)生產(chǎn)聯(lián)系，學(xué)習(xí)的興趣、主動性低，學(xué)習(xí)效果一般。因此運(yùn)用VR技術(shù)可以讓冷冰冰的知識變得更形象、更具有真實(shí)性。比如借助VR技術(shù)，在虛擬工廠中，創(chuàng)建真實(shí)的生產(chǎn)工藝流程、運(yùn)行工況等教學(xué)現(xiàn)場，學(xué)生在虛擬環(huán)境下可以看到和現(xiàn)實(shí)設(shè)備一樣的塔設(shè)備、換熱器等，通過將課堂教學(xué)與化工生產(chǎn)實(shí)際緊密聯(lián)系，解決理論學(xué)習(xí)脫離工廠實(shí)際、無法感知真實(shí)生產(chǎn)等難題，更好的完成化工生產(chǎn)各工段的流程認(rèn)知、設(shè)備認(rèn)知等理論知識，提升課程教學(xué)效果，為后續(xù)工業(yè)化生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

(2)借助VR技術(shù)，完成工業(yè)化生產(chǎn)

現(xiàn)代化工生產(chǎn)的工藝流程復(fù)雜，化工專業(yè)傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目考慮可操作性因素多以單元化為主，真實(shí)生產(chǎn)場景及完整生產(chǎn)流程的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目十分少，實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)內(nèi)容之間邏輯關(guān)系不夠緊密，教學(xué)內(nèi)容與生產(chǎn)實(shí)踐之間脫節(jié)，不能滿足學(xué)生職業(yè)技能的培養(yǎng)，也不適應(yīng)企業(yè)對應(yīng)用化工專業(yè)高技能人才的實(shí)際需要。借助VR技術(shù)，在虛擬環(huán)境下，讓學(xué)生走進(jìn)工廠，通過創(chuàng)設(shè)真實(shí)的工作任務(wù)，學(xué)生可以以操作工、技術(shù)員等不同身份參與生產(chǎn)，從閥門開關(guān)到安全措施制定，讓學(xué)生真實(shí)體驗(yàn)工業(yè)生產(chǎn)，并通過輪崗制度多角度親歷全過程生產(chǎn)，有利于學(xué)生鞏固理論知識，強(qiáng)化操作技能，熟悉將來的工作環(huán)境，推進(jìn)教育教學(xué)與生產(chǎn)實(shí)踐的有效對接，滿足企業(yè)需要具有扎實(shí)的理論知識、又具有高素質(zhì)綜合技能型“灰領(lǐng)”人才。

(3)借助VR技術(shù)，縮短教學(xué)時長

化工生產(chǎn)具有連續(xù)化特點(diǎn)，且不同的操作方式耗時不同，有些教學(xué)過程耗時較長，很難在有限的教學(xué)時間內(nèi)開展。如甲醇精制、烯烴分離等工段都需要進(jìn)行多次精餾操作，而精餾操作為保證混合物系的分離效果，需要長時間的共沸狀態(tài)，因此在操作中會導(dǎo)致一方面學(xué)時數(shù)不足，另一方面實(shí)驗(yàn)效率低而無法開展。通過VR技術(shù)可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)方式，改變仿真時鐘設(shè)置，縮短等待時間，讓學(xué)生能夠有更多的時間去參與生產(chǎn)，觀察現(xiàn)象；并且運(yùn)用VR技術(shù)，可以規(guī)避掉真實(shí)生產(chǎn)連續(xù)性特點(diǎn)，學(xué)生在開展工業(yè)化操作時可以隨開隨做，做完可隨時關(guān)閉。

(4)借助VR技術(shù)，開展安全教育培訓(xùn)

化工生產(chǎn)過程十分復(fù)雜且存在危險，為保證企業(yè)生產(chǎn)過程的安全，需要積極開展安全教育，提高學(xué)生安全意識，培養(yǎng)學(xué)生的規(guī)范操作習(xí)慣。單純的安全知識講解、視頻演示等方式只能讓學(xué)生懂得相關(guān)知識，很難讓學(xué)生從意識深處意識到安全生產(chǎn)的重要性。運(yùn)用VR技術(shù)，可創(chuàng)設(shè)具有安全隱患的真實(shí)生產(chǎn)情景，對學(xué)生系統(tǒng)性的進(jìn)行三級安全教育、安全標(biāo)識的認(rèn)知，廠區(qū)危險源辨識等安全培訓(xùn)，讓學(xué)生扎實(shí)掌握判識安全隱患技能，并能對安全隱患進(jìn)行認(rèn)知、查找、整改。這種借助VR技術(shù)創(chuàng)設(shè)的真實(shí)生產(chǎn)環(huán)境更容易激發(fā)學(xué)員參加安全教育的學(xué)習(xí)興趣，通過置身各種復(fù)雜和突發(fā)環(huán)境中，強(qiáng)化學(xué)員對安全事故的感性認(rèn)識，提高學(xué)生的應(yīng)變能力。

(5)借助VR技術(shù)，開展事故體驗(yàn)及處理

化工生產(chǎn)過程由于存在易燃、易爆、有毒、有害等物料，在生產(chǎn)中有可能發(fā)生火災(zāi)、爆炸、泄露事故，如若事故處理不當(dāng)將會造成毀滅性的后果，因此事故處理的訓(xùn)練對于學(xué)生至關(guān)重要。而學(xué)生的生活、學(xué)習(xí)環(huán)境離生產(chǎn)事故很遠(yuǎn)，無法感知事故帶來的后果，更不可能有機(jī)會處理事故，因此這方面的訓(xùn)練是缺失的。為更好的解決這個問題，可借助VR技術(shù)，讓學(xué)生在虛擬的環(huán)境中經(jīng)歷一場接近真實(shí)的如火災(zāi)、爆炸、泄漏等事故，充分感受事故的毀滅性，體會日常安全管理的疏忽將導(dǎo)致怎樣嚴(yán)重的結(jié)果，從而產(chǎn)生巨大的警醒作用。并且運(yùn)用VR技術(shù)，可以讓學(xué)生在虛擬的化工企業(yè)環(huán)境下進(jìn)行火災(zāi)、爆炸、泄露等故障處理，提高應(yīng)學(xué)員應(yīng)急處置的能力和水平，提升企業(yè)安全運(yùn)行水平的同時，不用擔(dān)心故障處理過程中受到傷害。

(6)借助VR技術(shù)，開展應(yīng)急預(yù)案演練

應(yīng)急演練在傳統(tǒng)開展過程中成本高、局限性大，實(shí)際可操作性差，學(xué)生參與性差等。借助VR技術(shù)，以真實(shí)發(fā)生的典型安全事故案例為藍(lán)本，使學(xué)生沉浸于事故中，掌握安全操作規(guī)程，制定應(yīng)急預(yù)案，查找應(yīng)急程序所存在的缺陷，彌補(bǔ)應(yīng)急管理中人力、設(shè)備、通訊等應(yīng)急資源配備的不足，并能達(dá)到人人動手[2]，增強(qiáng)學(xué)生應(yīng)對突發(fā)安全事故的處置技能。通過VR技術(shù)在應(yīng)急預(yù)案演練中的應(yīng)用，極大的降低了演練的成本，并且可以根據(jù)需要及時定制、調(diào)整演練內(nèi)容。

(7)借助VR技術(shù)，開展多人協(xié)同操作

在熟練安全應(yīng)急演練、工業(yè)化生產(chǎn)單人操作后，升級為多人協(xié)同操作。借助VR技術(shù)，創(chuàng)設(shè)真實(shí)生產(chǎn)場景，學(xué)生根據(jù)企業(yè)崗位要求進(jìn)行角色扮演，開展多人協(xié)同操作。通過借助VR技術(shù)中的多人協(xié)同操作，整體上提高學(xué)生的操作技能、溝通水平、團(tuán)隊協(xié)作能力等多方面的水平與能力。

2.VR技術(shù)在化工職業(yè)教育中的問題

“VR+教育”廣泛應(yīng)用在檔案展覽、新聞傳播、電子工業(yè)、醫(yī)學(xué)、機(jī)械、建筑、旅游乃至學(xué)前教育等多學(xué)科中，可以解決教學(xué)過程中的重難點(diǎn)問題，適用現(xiàn)代化職業(yè)教育的發(fā)展趨勢。但VR技術(shù)運(yùn)用在化工職業(yè)教育的過程中仍存在一些問題，應(yīng)用效果并不理想。VR資源最核心的是要貼合教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)，然而現(xiàn)階段VR的產(chǎn)品相對單一，很難滿足化工職業(yè)教育，需要加大對VR資源的開發(fā)力度?，F(xiàn)有的VR資源里很多真實(shí)的工廠場景簡單，設(shè)備與企業(yè)真實(shí)設(shè)備之間還有差距，學(xué)生很難融入環(huán)境，需要優(yōu)化場景缺陷。目前VR資源在教學(xué)中更多的是堆砌，沒有更好的服務(wù)教學(xué)，因此也需要進(jìn)行改進(jìn)。

3.VR技術(shù)在化工職業(yè)教育中的的優(yōu)化策略

針對VR+化工職業(yè)教育所存在的問題，借助科技的快速發(fā)展，提出了相對應(yīng)的解決策略。

(1)建立優(yōu)質(zhì)VR資源的優(yōu)化策略

目前，化工職業(yè)教育中的VR資源產(chǎn)品和內(nèi)容都相對單一，為更好利用VR資源開展教學(xué)，需要投入大量的人力、物力、財力。社會中缺乏優(yōu)質(zhì)復(fù)合型人才進(jìn)行VR資源的制作開發(fā)。就此問題，人社部等部門將“虛擬現(xiàn)實(shí)工程技術(shù)人員”列為16個新職業(yè)之一，教育部也將“虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)本科專業(yè)”納入到《普通高等學(xué)校本科專業(yè)目錄（2020年版）》[3]。通過注重虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)專業(yè)人才的培養(yǎng)，滿足VR產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求。

VR資源不單純是有畫面有場景，還需要有符合實(shí)際教學(xué)的內(nèi)容，因此只是單純依靠技術(shù)人員的制作是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，制作團(tuán)隊?wèi)?yīng)該由技術(shù)人員、一線教師、企業(yè)和教育專家組成，共同研究、制訂VR資源的內(nèi)容和表現(xiàn)形式等。教學(xué)團(tuán)隊和技術(shù)團(tuán)隊?wèi)?yīng)分工研究，首先需要一線教師根據(jù)教學(xué)的內(nèi)容提出需求，技術(shù)團(tuán)隊和教師團(tuán)隊緊密溝通、探討VR的呈現(xiàn)方式和角度等，撰寫VR資源的內(nèi)容腳本，共同打磨出既符合教學(xué)設(shè)計，又符合企業(yè)實(shí)際操作，又有意境的VR內(nèi)容。在制作過程中，為減輕學(xué)習(xí)者的疲勞感和眩暈感，應(yīng)關(guān)注時間，合理拆分教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計VR資源，制作的VR資源應(yīng)不易過長。VR資源中的操作應(yīng)該完成參照企業(yè)實(shí)際的操作規(guī)范，為學(xué)員建立規(guī)范的操作習(xí)慣。

(2)豐富VR資源內(nèi)容的優(yōu)化策略

為避免課程的VR資源建立不當(dāng)或過多，引發(fā)VR資源過度浪費(fèi)的現(xiàn)象，應(yīng)系統(tǒng)建立、豐富VR教學(xué)資源。在建立VR資源過程中，應(yīng)遵循課程設(shè)置原則，將課程內(nèi)容進(jìn)行逐步分析細(xì)化，將各類章節(jié)分解為獨(dú)立又有聯(lián)系的知識點(diǎn)或技能點(diǎn)，結(jié)合VR資源的建設(shè)特點(diǎn)、方法對各章節(jié)所需內(nèi)容進(jìn)行開發(fā)，使VR教學(xué)資源具有一定的系統(tǒng)，避免資源的重合和浪費(fèi)。

除了要防止VR資源的浪費(fèi)外，如出現(xiàn)內(nèi)容上的缺失也將影響教學(xué)質(zhì)量。在工業(yè)化生產(chǎn)中，除了正常的開停車操作外，還有很多故障需要處理，比如閥卡、泵壞等，其中有些設(shè)備故障，要想處理得當(dāng)，需要讓學(xué)員了解在真實(shí)生產(chǎn)中設(shè)備出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象，因此可借助VR讓學(xué)生身臨其境的感受及處理。比如工業(yè)化生產(chǎn)進(jìn)行流體輸送常常會使用到離心泵。離心泵使用過程中典型故障有氣縛和汽蝕兩個現(xiàn)象。這兩個現(xiàn)象在企業(yè)都會出現(xiàn)，而很多學(xué)生很難區(qū)分，分析不對更不易進(jìn)行正確處理?？梢越柚鶹R技術(shù)創(chuàng)設(shè)出離心泵故障的生產(chǎn)情景，當(dāng)離心泵無法送液時，學(xué)生在此環(huán)境中觀察泵出口流量的變化情況、感受泵有無發(fā)出異常振動和噪聲，判斷離心泵是發(fā)生了哪個故障。然后根據(jù)故障情況，進(jìn)行相關(guān)故障處理操作，解決這一故障。在故障排除過程中，可借助VR技術(shù)考核學(xué)生的操作。當(dāng)操作正確，進(jìn)入下一步故障排查與操作；當(dāng)操作錯誤，模擬出現(xiàn)的相應(yīng)事故，引起學(xué)生的警示。在VR資源中通過加入故障更加豐富資源，不單培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際動手能力，還可以加強(qiáng)學(xué)生分析問題解決問題的能力，潛移默化中使學(xué)生樹立良好的職業(yè)理想。

(3)彌補(bǔ)場景缺陷的優(yōu)化策略

VR資源就是要讓學(xué)員能夠身臨其境的進(jìn)行學(xué)習(xí)與操作，但如果出現(xiàn)真實(shí)場景無法超清還原、場景轉(zhuǎn)換卡頓等問題，就將造成學(xué)生很難沉浸其中，嚴(yán)重影響學(xué)習(xí)效果。VR是通過計算機(jī)運(yùn)算而生成的虛擬的真實(shí)環(huán)境，對生成過程中對網(wǎng)絡(luò)帶寬、信號傳輸有很高要求，才可以完成龐大的數(shù)據(jù)運(yùn)算量和圖像傳輸量。因此要善于借助先進(jìn)技術(shù)，解決VR資源中場景的超清復(fù)原。5G技術(shù)具有速率高、傳播快、延時短、容量大等特點(diǎn)，可將5G技術(shù)融入到VR中，使VR中的數(shù)據(jù)傳輸更快、圖像傳輸更流暢。據(jù)“2022世界電信和信息社會日”大會透露，目前中國已建成5G基站155.9萬個，全國所有地級市和縣城城區(qū)都覆蓋到，已建成全球規(guī)模最大的移動寬帶和光纖網(wǎng)絡(luò)。借助5G技術(shù)，通過超高容量的云端存儲和高速、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸，將部分?jǐn)?shù)據(jù)和計算任務(wù)交由云端完成[4]，可彌補(bǔ)真實(shí)場景無法超清還原、場景轉(zhuǎn)換卡頓等問題，實(shí)現(xiàn)受訓(xùn)者難辨真假的虛擬環(huán)境。

(4)VR資源在教學(xué)中融入的優(yōu)化策略

當(dāng)今時代VR技術(shù)在化工職業(yè)教育的課堂中的結(jié)合度依舊不是特別高，因此為了更好的讓VR資源融入教學(xué)中，豐富教學(xué)手段，解決教學(xué)問題，需要從教師、學(xué)生兩個維度分別探究VR資源與教學(xué)的優(yōu)化策略。

①教師教學(xué)設(shè)計的優(yōu)化策略、在教學(xué)過程中以適應(yīng)現(xiàn)代化職業(yè)教育的發(fā)展趨勢，重構(gòu)學(xué)科課程教學(xué)內(nèi)容，借助VR技術(shù)，將課堂教學(xué)與化工生產(chǎn)緊密結(jié)合，積極推進(jìn)模塊化教學(xué)模式的改革。在改革中，應(yīng)加大教師教學(xué)設(shè)計能力、VR設(shè)備使用能力的培養(yǎng)，提高教師整體教學(xué)能力。要求教師可根據(jù)教學(xué)目標(biāo)，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，善于運(yùn)用VR技術(shù)等手段，將教學(xué)方式方法，教學(xué)過程評價等教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行重新整合與設(shè)計，使教學(xué)實(shí)現(xiàn)理實(shí)融合、虛實(shí)結(jié)合。

②學(xué)生學(xué)習(xí)方面的優(yōu)化策略。5G環(huán)境下，借助VR技術(shù)將真實(shí)的工廠實(shí)景和教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行疊加，使學(xué)生在教室實(shí)現(xiàn)虛擬生產(chǎn)，在虛擬工廠實(shí)景可增加學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的理解。在VR資源中根據(jù)相關(guān)知識點(diǎn)，嘗試小游戲，邊學(xué)邊做邊玩，增加學(xué)生的趣味性和參與度。通過虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)生的參與度將會讓學(xué)生們的探索欲望從一開始的玩耍最終轉(zhuǎn)向?qū)W習(xí)思考[5]。學(xué)生在該環(huán)境下按照企業(yè)的操作規(guī)范進(jìn)行操作，操作后的結(jié)果VR快速取得并進(jìn)行評估，以便讓學(xué)生更清楚的了解在操作過程中的薄弱點(diǎn)、易錯點(diǎn)與錯誤次數(shù)等，對于操作熟練的學(xué)生，設(shè)置安全事故，教師引導(dǎo)學(xué)生分析，找到解決的方案，使學(xué)生的理論知識用于實(shí)踐，實(shí)踐能力飛躍式提升。

4.結(jié)論

VR技術(shù)在化工職業(yè)教育中的應(yīng)用改變了傳統(tǒng)的教學(xué)方法，克服了化工企業(yè)運(yùn)行中的高溫、高壓給學(xué)生在企業(yè)實(shí)習(xí)、實(shí)訓(xùn)帶來的不能親自動手操作的弊端。借助VR技術(shù)，教學(xué)改革為學(xué)生進(jìn)入虛擬的生產(chǎn)場景，完成工藝流程、設(shè)備認(rèn)知、生產(chǎn)操作訓(xùn)練。通過邊講邊看邊做，學(xué)生能夠熟悉設(shè)備、工藝流程、掌握正確操作，更好的將理論知識用于實(shí)踐。但是VR在化工職業(yè)教育的實(shí)際教學(xué)使用過程中受制于現(xiàn)有條件，仍然不能做到廣泛應(yīng)用。相信伴隨著科技、5G的高速發(fā)展、職業(yè)教育的利好政策、教師教學(xué)能力的增長，VR技術(shù)會得到突破和發(fā)展，從而彌現(xiàn)有不足，更好的服務(wù)于化工職業(yè)教育。