VR技术在船舶建造仿真实训教学中的应用.pdf

第 11 卷 第 3 期Vol.11,No.3CBZYJY2023 年 5 月船 舶 职 业 教 育SHIPBUILDING VOCATIONAL EDUCATION收稿日期：2022-06-06基金项目：2022 年全国高等院校计算机基础教育研究会计算机基础教育教学研究项目研究成果（2022-AFCEC-197）作者简介：黄晓雪（1988），女，黑龙江安达人，副教授，硕士，研究方向：船舶工程技术。The Application of VR Technology in ShipbuildingSimulation Training TeachingVR 技术在船舶建造仿真实训教学中的应用摘要：虚拟仿真技术不仅能丰富教学形式、提升教学效果，而且还能有效提高人才培养质量。基于VR 技术的船舶建造虚拟仿真实训教学系统用三维可视化、可交互的方式代替传统相对僵化、偏理论的实训教学，能够解决以往教学中存在的问题；同时降低教学成本，提升教学质量，具有良好的现实意义及推广价值。关键词：VR 技术；船舶建造；虚拟仿真实训中图分类号：G712文献标识码：A文章编号：2095-5928（2023）03-43-03渤海船舶职业学院，辽宁 兴城 125105黄晓雪HUANG XiaoxueBohai Shipbuilding Vocational College,Xingcheng 125105,ChinaAbstract:Virtual simulation technology can not only enrich teaching forms and improve teaching effectiveness,but also effectively improve the quality of talents cultivation.The virtual simulation training teaching system for shipconstruction based on VR technology replaces traditional relatively rigid and theoretical training teaching with three-dimensional visualization and interactivity,which can solve the problems existing in previous teaching.At the sametime,it reduces teaching costs and improves teaching quality,which has good practical significance and promotionvalue.Key words:VR technology;shipbuilding;virtual simulation trainingDOI:10.16850/ki.21-1590/g4.2023.03.0140 引言这里的“VR”是 Virtual Reality 的缩写，它的含义是虚拟现实技术，所谓的虚拟现实技术是指利用计算机仿真技术进行虚拟世界的创建和体验，实现人机交互式的立体化三维化的动态实景仿真，使用户沉浸到虚拟现实的环境中去感受现实行为1。虚拟仿真实训的提出到现在只有短短 20 多年的历史，在虚拟仿真实训的研究领域国外相比我国起源较早。由于虚拟仿真技术发展前景比较广阔，许多行业都在虚拟仿真领域做了大量的研究。各高职院校对于实训教学在素质教育中的重要性越来越重视，虚拟仿真实训中心应运而生。所谓的实训教学可以分成教学实训和生产实训，现阶段教学实训部分效果相对较好，但是生产实训由于受到实训基地的制约，其教学效果受到了一定影响。校外实训基地可以实现教学和生产两方面的成效，所以校外实训也是提高高职院校实训教学的一个重要方法2。这里的虚拟仿真技术是通过将多媒体、虚拟现实、网络通信等信息技术进行有机合成，构造一个同现实环境相同的或者相似的虚拟的教学环境，在虚拟的教学环境中构造与现实世界相同的物体，通过虚拟环境中的场景和物体的集成，构造出一个虚拟仿真教学系教 学 改 革Teaching Reform43第 11 卷 第 3 期Vol.11,No.3CBZYJY2023 年 5 月教 学 改 革Teaching Reform统3。随着虚拟技术的不断发展，建设一个既能改革传统教学的弊端、又能有效推进人才培养模式转变的职业院校虚拟仿真实训基地意义重大，同时虚拟仿真基地的创建可以使教学、学习、实训三者融会贯通，有效弥补传统实训教学中学生看不到、进不去、危险大、教学成本高等方面的弊端。1 现阶段高职院校实训教学中虚拟仿真技术存在的问题1.1 跟不上社会经济和技术的发展近些年随着高职院校不断发展壮大，许多院校都发现了虚拟仿真技术在其实习实训基地建设中的重要性，但是现阶段职业教育中许多的虚拟仿真系统软件都来自国外，不仅价格昂贵，而且汉化程度低，不适合职业教学发展的现状4。目前船舶建造虚拟仿真实训系统应用还比较少，着重训练学生某一个教学模块的仿真操作能力，而不是对于整个系统操作单元的训练，所以起不到整体技能提高的作用，并且与其他一些相关课程之间的联合教学更是效果甚微。基于虚拟现实技术的船舶建造仿真系统的开发和职业院校专业建设的融合度还处于很低的程度，在支持船舶专业技能转化和区域经济发展上还存在很大的潜力。除此之外，船舶建造虚拟仿真教学系统的开发还需要考虑经济效益，不能只是单纯为了教学而进行开发，职业教育的教学目的是提高学生的专业技能和实践能力，所以说船舶建造虚拟仿真实训教学系统的使用可使实践教学实现过程的最优化，让学生在虚拟教学系统中切实达到实践能力的提升。1.2 缺乏规范性和标准性近些年，高职院校的虚拟仿真实训系统得到了切实的提高，但是其系统建设缺乏一定的标准和规范5。尤其是对于专业性较强的船舶建造仿真软件的开发更是缺少专业技能训练，究其原因主要是软件开发人员对于高职院校专业建设和教学模块设计知识的欠缺，软件开发人员在船舶建造工艺的流程上不能和教师所设置的教学目标相匹配。所以软件开发人员不仅要掌握软件设计、代码编写方面的知识，更需要其具备一定的专业技能，从而使虚拟仿真技术与船舶建造专业知识有机结合，形成统一的整体，从而实现虚拟仿真实训教学，进而提高实训教学质量。1.3 教学理念不新颖船舶建造虚拟仿真实训教学系统的使用能够让学生更好地理解实训内容，达到提高学生动手能力的目的。现阶段的实训教学存在教学理念不够新颖、操作过程与实际的船厂生产活动脱节、缺乏最先进的制造工艺等缺点，虚拟仿真实训教学系统可以有效地改善这种情况。但是，由于虚拟实训过程中缺少“实物”，会导致学生缺乏对于实际生产中应急能力的培养。所以虚拟实训和实际操作练习是教学中不可或缺的两种不同方式，它们互相补充了对方的不足，不可替代。在虚拟仿真实训中学生可以有效地加深对理论知识的记忆，有利于学生相关知识的掌握，并且虚拟实训教学可以补充学校教学生产环境中的不足和短板，为将来进厂实践操作打下坚实的基础。所以说教学过程中要注意虚实结合，互相补充、互相促进，从而达到在虚拟实训教学的基础上，交替进行真实环境的实践操作训练，进而达到提高学生实训技能和质量的目的。1.4 建设力度不够通过前面的论述不难发现，利用船舶建造虚拟仿真实训系统可以将虚拟仿真操作和真实实训系统有机结合。船舶建造虚拟仿真实训的“实训设备”具有先进性、可拓展能力强的特点，虚拟实训系统可根据需要随时组合成新的实训设备和创建新的实训条件，根据教学内容的改变和计划的调整，随时生成新的虚拟实训教学内容。在虚拟教学实施过程中，学生可根据自身需要在虚拟实训中变换角色，根据自身欠缺调整所学习的内容，有针对性地开展实训练习，且可以反复进行强化练习，从而提高学生自主学习的积极性和自我学习能力。然而，对于现阶段高职教育中虚拟仿真实训基地的建设力度还是不够，船舶建造虚拟仿真实训教学效果还没有实时性的提高，或者说提升效果并不明显。船舶职业教育44第 11 卷 第 3 期Vol.11,No.3CBZYJY2023 年 5 月教 学 改 革Teaching ReformVR 技术在船舶建造仿真实训教学中的应用2 虚拟仿真技术在实训教学中的应用价值现阶段高职院校人才培养的主要目标是培养一批集生产、建设、管理、服务等能力于一身的一线高素质技能型人才。高职院校在教学过程中要注意学生实践能力的培养，使学生重点掌握专业技能，从而实现提高其实操能力的目的，使学生在毕业后能够迅速进入船厂的工作角色，实现职业教育的本色，以在专业竞争中处于领先地位。但是现阶段高职教育中存在实训设备不完善、实习实训基地经费投入不足的问题，特别是由于近些年招生规模的逐渐扩大，现阶段的教学实训条件已经不能满足实际实训教学的迫切需求，其矛盾日趋明显。由于学生生源的扩大，日常教学过程中经常会发生实验实训不能正常进行的情况，例如一个班的学生需要分批次进行实践教学；有些实验仪器特别是价格比较昂贵的实验仪器，需要多人用一台的情况，或者有些仪器只能观看不能动手。虽然近些年高职教育一直在提倡“校企合作、工学结合”，但现阶段在船厂建立的校外实训基地只能满足学生的参观需求，教学内容也只是一些感性的认识，很难达到学生实际上手操作的标准，大部分校外实训教学还停留在口头层面，不能满足职业院校实训教学实操训练的需要。船舶建造虚拟仿真实训教学系统的建设给高职院校的实践教学带来了前所未有的改变，针对船舶专业特点设置的船舶建造虚拟仿真实训系统能够切实提高虚拟实训教学的质量，有效解决校内外实训条件欠缺的问题。船舶建造实训教学过程更是给学生创造了动手实操的机会，并且能够紧跟船厂实际生产情况仿真实际生产条件，灵活设置工艺参数，迅速有效地评价学生实操能力；除此之外，虚拟实训还可以有效地避免实际操作中的问题和危险，能够让学生多次使用系统，重复练习，调动学生学习积极性，切实提高系统的利用率。在船舶建造虚拟仿真系统的应用过程中，学生能够更加快速地掌握实训内容，有效地提高实训效果，节省时间的同时还能节约成本。船舶建造虚拟仿真实训系统是传统实训教学的补充和提高，它还可以根据现阶段船厂的真实制造工艺同步进行提高和改善。借助于第三方软件，实现虚拟仿真远程在线，学生可以随时进行学习、互动和交流；也可以将课堂没有完成或者没有充分理解的实训项目在线上重做，实现对传统实训教学的有效补充。为了解决船舶工程技术专业在教学实践中交互感不强和实训效率低的问题，设计并实现一个基于 VR 技术的船舶建造仿真实训系统，此系统交互效率高，提升了教学实践的实训效率。3 结论在高职院校的船舶建造实训教学过程中引入虚拟仿真技术具有现实意义。它的引入不仅能够有效地降低船舶实训教学的教学成本，还可以丰富教学形式。船舶建造虚拟仿真实训教学的应用可以打破传统职业教育的理念，有效推动实训教学改革、解决实训教学中存在的难题。船舶建造虚拟仿真教学系统的应用是船舶类职业教育实训教学改革的重要方式，应用前景十分广阔，亟待有针对性地进行开发和利用。责任编辑：陆丽娜参考文献院1 罗国强,方斌,梁奂晖.虚拟现实技术及其应用探究J.电脑知识与技术,2020,16(7):261-262.2 张伟.基于VR技术的船舶智能制造虚拟仿真实训系统的开发J.现代制造技术与装备,2021,57(6):222-224.3 刘铸.VR技术在舰船建造装配式施工中的应用J.舰船科学技术,2019,41(14):214-216.4 刘雅丽,石瑞峰,任晓亮.基于虚拟现实的VR船舶零部件设计研究J.舰船科学技术,2019,41(20):214-216.5 杨思维,黄双喜,尹作重.基于CPS的船舶智能制造体系结构研究J.制造业自动化,2019,41(12):125-128.45