|
工科背景下 VR 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的教學訓練模式研究
亓冠華 劉冰琪 2024/8/22 10:24:41
（泰山科技學院 山東泰安 271000）
摘要
隨著科技的快速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)已經(jīng)成為工科教育領(lǐng)域的一大創(chuàng)新點。VR技術(shù)以其沉浸式體驗和交互性特點，為工科學生提供了一個全新的學習平臺。本文旨在探討VR技術(shù)在工科教學中的應用，特別是針對《電機與拖動控制》課程，研究基于VR技術(shù)的教學訓練模式，并通過實踐案例分析其教學效果，以期為工科教育提供新的教學方法和思路。
關(guān)鍵詞
虛擬現(xiàn)實技術(shù)；教學技能訓練；教學模式創(chuàng)新；工科
1. 引言
在傳統(tǒng)工科教育中，學生往往難以直觀地理解和掌握復雜的工程原理和操作技能。VR技術(shù)的出現(xiàn)為解決這一問題提供了可能。通過模擬真實的工程環(huán)境和操作過程，VR技術(shù)能夠增強學生的學習體驗，提高教學效果。本文以《電機與拖動控制》課程為例，探討VR技術(shù)在工科教學中的應用模式[1]。
2. VR技術(shù)在工科教育中的應用
2.1 VR技術(shù)概述
虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)是一種通過計算機模擬產(chǎn)生的能夠讓用戶感受到沉浸式體驗的技術(shù)。它利用計算機生成一種模擬環(huán)境，使用戶沉浸到該環(huán)境中。VR技術(shù)通過頭戴設備、手柄等交互設備，用戶可以在虛擬環(huán)境中進行操作和交互。VR技術(shù)的核心在于創(chuàng)建一個讓用戶感覺仿佛置身其中的三維虛擬世界。這個世界可以通過視覺、聽覺、觸覺等多種感官模擬來實現(xiàn)，讓用戶能夠與虛擬環(huán)境進行交互。
2.2 VR技術(shù)在工科教育中的優(yōu)勢
VR技術(shù)在工科教育中的利用，可以增強學生學習體驗，VR技術(shù)提供了一種沉浸式的學習環(huán)境，使學生能夠以直觀和互動的方式學習復雜的工程概念和技能，從而提高學習興趣和參與度。并為學生提供安全的學習環(huán)境，在虛擬環(huán)境中進行實驗和操作，學生無需擔心安全風險，可以自由探索和嘗試，降低了實際操作中的潛在危險。為學校節(jié)省成本，通過模擬昂貴的實驗設備和復雜的實驗過程，VR技術(shù)可以顯著降低教學成本，使得更多的學生能夠接觸到高質(zhì)量的教育資源，圖1為學校電力系統(tǒng)監(jiān)控試驗臺。無限的實驗次數(shù)，可以幫助學生在虛擬環(huán)境中重復進行實驗操作，直至掌握所需的技能，這有助于加深理解和鞏固記憶。VR技術(shù)可以根據(jù)每個學生的學習進度和需求提供個性化的學習路徑和資源，從而實現(xiàn)因材施教[2]。
圖1 學校電力系統(tǒng)監(jiān)控試驗臺
2.3 VR技術(shù)在工科教育中的挑戰(zhàn)
雖然VR技術(shù)發(fā)展迅速，但在某些領(lǐng)域的應用仍處于起步階段，技術(shù)成熟度和穩(wěn)定性需要進一步提高。在設備成本和可及性上，高質(zhì)量的VR設備和系統(tǒng)往往價格昂貴，這可能限制了其在工科教育中的普及和應用。另外，開發(fā)高質(zhì)量、符合教學需求的VR教學內(nèi)容需要專業(yè)知識和創(chuàng)意，同時還需要大量的時間和資源投入。在教學效果評估上，如何準確評估VR教學模式下學生的學習效果，以及與傳統(tǒng)教學模式相比較的優(yōu)勢和不足，是一個需要深入研究的問題。除此之外，：教師和學生可能需要額外的技術(shù)培訓來熟練使用VR設備和軟件，同時，技術(shù)支持和維護也是推廣VR教學的挑戰(zhàn)之一。
3. 基于VR技術(shù)的教學訓練模式設計
3.1 教學目標和內(nèi)容分析
在基于VR技術(shù)的教學訓練模式設計中，首先需要明確教學目標和內(nèi)容。這一步驟是確保教學活動有效性的關(guān)鍵。
首先要確定教學目標，教學目標應與課程學習成果相一致，明確學生通過VR教學應達到的知識理解、技能掌握和能力提升等層面的具體要求。例如，在《電機與拖動控制》課程中，目標可能包括理解直流電機的工作原理、掌握電機控制策略、提高故障診斷能力等。
其次深入分析教學內(nèi)容，對課程內(nèi)容進行深入分析，識別哪些知識點和技能適合通過VR技術(shù)進行教學。分析應涵蓋理論知識、實踐操作、案例研究等多個方面，確保VR教學內(nèi)容的全面性和深度。
3.2 VR教學資源的開發(fā)與整合
開發(fā)和整合VR教學資源是實施VR教學的基礎(chǔ)。根據(jù)教學目標和內(nèi)容分析的結(jié)果，開發(fā)相應的VR教學資源，包括三維模型、虛擬實驗環(huán)境、交互式教學軟件等。這些資源應能夠準確反映工程原理和操作過程，同時提供豐富的互動元素。另外將開發(fā)的VR內(nèi)容與現(xiàn)有的教學材料和工具進行整合，形成一個統(tǒng)一的教學資源庫。這可能包括將VR資源與在線課程、實驗室手冊、視頻教程等相結(jié)合，以支持混合式學習。
3.3 教學實施步驟
教學實施步驟是將VR教學資源應用于實際教學活動中的過程。主要包含課前準備課前準備，課堂實施，以及課后復習。
課前準備：教師需要熟悉VR教學資源，制（未完，下一頁）
|