VR技术在中职数控加工实训教学中的应用研究综述
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摘 要：随着近几十年来中职院校在技能教学过程中应用VR技术的现象日趋普遍，广泛应用于医护类、汽车工程类、机械工程类等学科，改善了各类专业的技能教学效果，提高了教学效率，但接踵而来的问题也渐渐明显，学生如何在技能学习的过程中更好地利用VR技术的问题迫在眉睫。该文主要针对这一问题，对国内外关于VR技术与数控加工专业技能教学的相关研究进行综述和分析，以期对目前中职数控加工技能教学的发展有所启发。
关键词：VR技术 中职生 数控加工 技能教学
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）11（b）-0129-02
1 虚拟现实的职业教育应用研究文獻概述
现今教育行业随着计算机技术的发展也在迅猛发展中，知识体系的不断革新，教育技术的不断更新，这些变化影响着每一所学校。虚拟现实技术是21世纪以来才开始在教育中应用的技术，新技术的引进时间虽短，但带给教育行业的影响是巨大的，甚至已经开始有了改变现有教学模式的迹象。
针对近几年来国内VR技术的发展及在职业院校数控加工专业技能教学的实训过程中应用VR技术的现状，该文采用文献研究法和内容分析法对搜集到的文献资源进行综合分析，结合中职院校数控加工专业实训教学中的VR技术应用现状展开思考。文献均来源于中国知网，在CNKI数据库中进行文献检索，期限截止于2019年7月，检索的主题是：“虚拟现实”和“职业教育”，查找到的文献共有194篇。对所筛选出的所有文献进行计量可视化分析，从文献总体趋势分析表中可得知，虚拟现实技术在职业教育中的应用总体呈现上升趋势，目前分为两个阶段发展：2009—2012年，虚拟仿真技术发展较为迅速，期间推出了不少好的虚拟仿真设计软件，大大提高了数控加工专业的职业教育质量;2016年被称为“虚拟现实”元年，从2016年开始文献发表年度份数也突然大幅增多，体现出科研人员对虚拟现实与职业教育相结合的重视程度。再以“虚拟现实”和“数控加工”为主题进行期刊的筛选，共查找到相关文献95篇，对文献进行计量可视化分析后发现关键词较多的有“虚拟加工”“虚拟环境”“虚拟制造”等，从中看出虚拟现实技术应用于职业教育中的数控加工专业主要还是侧重于利用虚拟仿真软件创造出虚拟环境来进行加工制造。从检索到的文献中筛选出跟此次研究主题相关的几篇文献，进而比较分析目前的VR技术应用现状。
2 国外VR技术的研究现状
虚拟现实技术首先起源于国外，发展并成熟于国外，自1960年开始提出“虚拟现实”的概念，到1986年关于虚拟现实系统方面的论文问世，再到1994年出现了第一本虚拟现实技术的著作，漫长的岁月里，人们没有间断对“虚拟现实”的探索，至20世纪末21世纪初，越来越多人开始研究虚拟现实技术，并将这一技术广泛应用于各行各业中，教育工作者们也开始探索VR技术在教育方面的应用。
国外VR技术应用于教学初期，提出了沉浸式虚拟学习的三元素：虚拟教师、学生、社会背景，并指出了在VR教育中教师要具有角色表演戏剧能力，学生要具有明显的学习意愿[1]。VR教育研究的研究取向是要以人性解放为主，打破固有思维，重构原有的知识体系，使学识和技能都能达到一个新的高度。现今教育中的VR技术属性是一种对象的技术、一种过程的技术、一种知识的技术、一种意志的技术，体现在相应的教学用具上、虚拟与仿真的体验中、社会工作场景或教学场景的虚拟化里，同时也体现在受教育者的虚拟学习思维中，只有将这4种属性紧密地结合起来，才能真正实现VR教育。VR技术在教育过程中应用的前提，是要使VR成为一种学习与思考的方式，并不仅仅局限于它的工具属性，而在目前的教育行业里，VR技术更多的是体现了它的工具属性，特别是在职业教育的部分操作性要求高的专业技能训练中，大部分的教育者只将VR技术视为一种工具，并没有很好地发挥它的教育属性。
3 国内VR技术在中职数控加工专业教学中的应用发展现状
21世纪初期，虚拟现实技术才开始在国内的教育行业中应用起来，而数控专业中应用VR技术主要侧重于虚拟仿真软件的开发与应用。到2009年，首次有教师团队提出将虚拟现实技术和中职数控加工专业教学结合起来，并进行了实验研究。研究中采用实验研究法将虚拟现实技术应用到教学中，并采用项目教学法和小组合作学习法进行教学，不但减少课程设置的课时总数，还使教学效果变得更佳。
2016年被称为“虚拟现实”元年。自此，虚拟现实技术开始被大多数人所关注并开始投资于它的发展建设之中。虚拟现实的重要特征归纳为“3I”，即沉浸性（Immersion）、交互性（Interaction）、想象性（Imagination）。这三大特征极大地克服了传统教学环境的限制，有利于激发学习者的学习动机，增强学习体检，实现情境学习和知识迁移[2]。研究从此开始侧重于VR技术在职业教育教学过程中的应用效果和影响，探究遇到的问题及挑战，以期改善此种教学模式下的教学效果。如利用多媒体技术和虚拟现实技术结合应用于数控教学中，使学生通过自身与信息、环境的相互作用来获得知识和技能，实现双向教学，可以加快学生对知识的掌握与深化，促进学生的观察能力和科学素质的形成[3]。教学中利用VR技术可以构建出等同于实物的三维立体物件，还能通过虚拟仿真技术将数控加工中的零件切削的过程以动画的方式演示出来，学生在这一学习过程中还可以开发自己的空间想象力及思维能力;同时虚拟场景用于模拟可能会有危害的加工环境，还可以有效避免存在人身安全隐患的操作事故发生。但虚拟环境始终与真实的生产存在差异，现实生产操作无法真正模拟，虚拟现实环境中也只有视觉方面的冲击，听觉、触觉等方面没有任何经验值。这就呼吁虚拟现实技术的相应软件开发者要进一步加强虚拟效果和扩展虚拟现实系统中的硬件设备品种[4]。 4 我国VR技术应用于中职数控专业后的教学效果
自虚拟现实技术与职业教育相结合，教学过程中的虚拟实验既不消耗器材，也不受场地等外界条件限制，可重复操作，不会造成人身事故[5]。省时省料，保障安全操作的同时提高了教学效果，让学生养成在实操之前必须模拟仿真的习惯，确保学生安全。
从初期VR技术的初探，到后期应用于职校教学中，再到目前基于学习者学习特征的影响因素探索，VR技术的教育研究方向逐渐重视学生是教学过程中的主体地位。在教育教學过程中，要保证教师、学生的主体性，VR技术只是一种有利于教与学的应用。职业教育中大部分专业应用到VR技术主要还是通过这一技术打造了情景化的学习环境，为学生提供了一个虚拟动手操作的平台，让学生在平台上掌握操作的理论知识后再去进行实操，实操的过程中反馈虚拟平台所学，从而使学生更好地掌握正确的操作方法和专业知识。“学习者体验”是影响虚拟现实技术能否有效促进学习的最直接因素[6]。在飞行员进行飞行模拟器训练的过程中已经开始应用虚拟现实技术，这在职业技能实训中较为成熟的应用，飞行员的感官：视觉、听觉、触觉都有了模拟的感受，若将这一先进的VR技术应用与数控加工专业的教学中，相信其教学效果将大大提升。
5 VR技术应用于职业教育技能教学过程中的不足与展望
VR技术在国内仍是较新的现代教育技术，对它的研究总体显得碎片化，没有完整的理论体系。我国VR技术自主研发能力弱，VR教育侧重与技术环境、基础设施及产品的应用研发等问题较为严峻[1]。前沿的教学资源设计和开发技术门槛高。学科教师很难像设计开发课件那样设计和开发虚拟现实的资源。VR教育与职业教育的结合，更重要的是要求学生进行协作学习。学生在虚拟环境下较难集中精力去学习，这就要求研究者要开发出有效的学习监控和评估工具。因中职的学生基础比较差，理论学习和计算机操作等都比较弱，而虚拟操作的软件过于高端，使用难度过大也会打击学生的积极性，降低学习兴趣。因此，在日后的虚拟教育和职业教育的结合教学过程中，还需适量减少技术使用困难。
目前我国教育领域对虚拟学习的尝试、探索及理论研究都远远落后于其他国家。因此，要想让VR技术更好地与教学相结合，还需更多的努力。对于教育者而言，教师必须清楚他们使用虚拟世界的目的以及每一种方法能够有助于达成什么学习目标，同时还需培养学生适应虚拟的东西[7]。在新世纪初期迸发出的新思想环境下开发出的新技术，教师们只有心态开放地去学习新知识，掌握新技术，才能萌生出新的适合当代教育环境下中职生的教育模式。相信在不久的将来，我们会迎来一个虚拟与现实完美结合的时代。届时，职业教育也会提升到一个新的高度，各类职校将会为社会、为祖国输送更多的技能人才。
参考文献
[1] 高嵩，赵福政，刘晓晖.国外虚拟现实（VR）教育研究存在的问题与启示[J].中国电化教育，2018（3）：19-23，73.
[2] 刘德建，刘晓琳，张琰，等.虚拟现实技术教育应用的潜力、进展与挑战[J].开放教育研究，2016，22（4）：25-31.
[3] 龚成泉.虚拟现实技术在数控教学中的应用[J].职业教育，2014（5）：63-65.
[4] 徐大锋.虚拟现实技术在数控技术教学中的应用[J].电子世界，2014（18）：330.
[5] 张豪锋，李震，郑春恒.虚拟现实技术在中职数控专业教学中的应用研究[J].中国职业技术教育，2010（14）：34-37.
[6] 高媛，刘德建，黄真真，等.虚拟现实技术促进学习的核心要素及其挑战[J].电化教育研究，2016，37（10）：77-87，103.
[7] 丽贝卡·弗格森，肖俊洪.增强学习的可能性与挑战[J].中国远程教育，2016（5）：5-13，79.
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