虚拟仿真技术在实训教学中的应用研究

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　　摘要：随着社会经济的发展，虚拟仿真技术逐渐地进入人们的生活，在大部分領域都得到了应用。近年来，虚拟仿真技术在教学过程中也得到了广泛应用。教师通过虚拟仿真教学可以让抽象的物体变得具体，让模拟场景出现在课堂，减少对现场的依赖。比较高危险的实习也可以通过模拟场景来完成。本着高效、具体、便捷、安全的优点，本文对虚拟仿真技术在实训教学中的应用进行探讨。
　　关键词：虚拟仿真技术;实训教学;应用研究
　　中图分类号：TP311      文献标识码：A
　　文章编号：1009-3044（2020）23-0141-02
　　我校有很多课程都需要理论和实践交叉学习，但是修井作为一门交叉学科，即使教师讲授了很多高质量的理论知识，由于学生缺少修井的实践操作环节，对学生日后的综合能力发展是极其不利的。类似修井学科的实践需要去到有油田、有井的地方，而且现场操作存在一定的安全隐患。而通过虚拟仿真教学技术可以演示运行一些复杂的过程，学生在学校里面就可以亲身的感受生产一线的场景氛围，完成与现场一致的各种实践训练。通过虚拟技术教学，学生可以实现在校内便捷高效的学习，对理论的理解也可以更加深刻，还能避免一些危险操作。虚拟仿真教学对于学生的创新能力和理解能力的提高也具有一定的促进作用。虚拟技术在教学中的使用可以帮助节省教学实践空间，节省教学经历和金钱，对传统的教学模式也有一定的打击。下文对虚拟仿真技术在实训教学中的应用进行研究。
　　1 加强3D教学技术的研究
　　修井学科需要运用到很多的工具，例如，检测工具、打捞工具、刀具型切割工具、倒扣工具、套管刮削补接类工具、钻孔类工具等等。传统课堂教师都是直接拿取实物工具或者模型给学生直观的观察并讲解工具的使用和结构。但是修井的大部分工具由于拆除难度大等问题很难带到课堂给学生观察，内部结构和使用方式通过PPT也比较难让学生理解。通过虚拟仿真技术，工具的结构和使用方法就可以很直观地表达出来，解决了工具无法带入教学课堂的问题，提升教学的质量和效率。因此，相关人员应该多加强3D教学技术的研究，可以通过开发三维动画满足教学的要求。3D动画的内容应该包括工具的结构、使用原理、安装等讲解。为了保持工具的逼真程度，3D技术的工具三维模型应该按照工具进行1：1的建模，让工具更加的逼真，太大太小都不符合实训的标准。在讲解工具的时候，注意字体的配备、摆放位置，必要时候应该根据图文配备相关的解说词。讲解工具的时候应该使用标准的普通话，确保课堂的标准性。为了视频的清晰，视频的输出采用mp4或者avi格式[1]。虚拟仿真技术要想在教学中得到精确完美的运用，必须要加强3D教学技术的研究，让场景更加的逼真，学生能够融入逼真的场景当中。
　　2 学生分组合作，教师辅助学习
　　大学的学习讲究的是学生的自主性。在采用虚拟技术进行修井学科的学习时，教师需要帮助学生发挥他们的自主学习性，培养他们的自觉自律能力。不能再采用传统的教师讲课-学生听的模式，这种模式的学习已经不再适用于目前现代化教育的发展。教师可以采用学生分组学习法，让学生在组里面自学讨论。教师再对学生自学的不全面的地方进行详细的讲解，发挥虚拟仿真技术和工具利用的最大效果。例如，教师可以提前把教学的内容和教学的重点告诉学生，让学生在小组里面自主讨论自主学习。在学生自主学习的过程中给他们配备相应的学习任务，可以每个小组讲解1～3个工具的使用方法、原理等，其他小组可以对讲解小组存在不足的地方进行补充。教师在听小组讲解以后，针对小组讲解得不全面的地方继续进行补充。这样的学习方式可以调动学生的积极性，明确学生的主体地位。由于是学生自主讨论学习的结果，学生也会对工具有更深一步的理解。这也需要学生掌握部分仿真虚拟技术的信息，在讲解的时候可以把虚拟仿真技术运用到学习中来。总之，在虚拟仿真教学技术中教师要确保学生的主体地位，并起到辅助的作用。
　　3 设计相关阻碍，引导学生创新思考
　　在学生掌握了相关工具的使用和原理以后，教师可以利用仿真模拟技术设计一些在施工过程中可能会出现的问题，让学生自主思考，运用创新思维去解决问题[2]。根据具体的学习情况来创设情境，例如，可以设计震击工具掉进井内，让学生操作仿真设备将其打捞上来。学生在分好的小组内进行讨论，想出解决方案并记录下来。在学生日后的学习中，有故障和突发事故，教师可以通过设计障碍，可以锻炼学生的应变能力，发散学生的思维能力和创新能力。如果不设置阻碍的话，学生只会按部就班的根据教师讲述的知识进行运用，导致发生意外的时候找不到相应的解决方法。在课堂上，教师需要加强学生的讨论，引导学生进行思考，活跃课堂的氛围。
　　4 加强学生的实训能力
　　学生分成小组，小组内讨论出相关的工具类型并设计出来。教师指导学生进行工具的设计，并对工具进行进一步的加工。利用虚拟仿真技术和模型设备进行现场的实际操作，验证工具是否具有作用。学生在这个过程中也可以锻炼创新思维和动手能力。根据虚拟仿真技术的情景性，建立虚拟的采油，修井的场景，展示修井或者采油的逼真场景内容，让学生有身临其境的感觉。教师在实训的阶段，运用虚拟仿真技术辅助学生学习，加强对学生的指导以及与学生多加沟通交流。学生在虚拟仿真技术中可以调控空间的场景，使用工具的大小、材料等，加强学生的实训能力。教师根据学生在实训中的表现，找到他们不足的地方，并及时对学生的错误进行纠正和指导。
　　5 加强虚拟仿真技术的设备开发
　　为了让学生能够在虚拟仿真技术中体验到现场逼真的情境，那么仿真虚拟技术的开发必须要满足人类的视觉、听觉、触觉、嗅觉等感官。因此。虚拟仿真技术的设备开发也要严格谨慎。建模设备需要用到计算机和3D扫描仪，学校还要配备高清逼真的显示设备，比如模拟的头盔、眼睛全方位显示器、终端和大屏幕的液晶光匣眼镜，洞穴式显示系统等，让学生可以处于逼真的模拟情境中进行学习。为了让学生的体验更加真实，还需要运用到三维立体声和语音识别让学生的听觉也融入模拟的场景当中。在实践操作的时候，需要用到交互设备，比如数据手套、力矩球、操作杆、触觉装置等。让学生可以全身心的投入仿真虚拟技术当中，加强学生对学科的学习[3]。 　　相关的软件技术对于虚拟仿真教学也十分的重要。学校还需要设置虚拟仿真教学管理系统，教师和学生可以通过在线教育随时进行交流。虚拟仿真教学系统只有学校的教师和学生可以登入使用，需要设置一定的权限和密码。保护教师和学生的个人信息、学校的资料、教学资源等。教师和学生通过虚拟仿真教学系统还可以完善翻转课堂的教学，方便高效又快捷。虚拟仿真实训识图和构造软件也需要得到完善。需要把二维图纸和三维模型融合在一起，对相关的场景，工具等细节进行展示，学生可以在三维图像中对抽象的理论有更好的理解，教师的教学也会更加的轻松高效。除此之外，虚拟仿真教学模式还需要相关的绘图软件，例如Autocad、3Dmax、Sketchup、Photoshop等设计软件。
　　Solodworks是一款三维的设计软件，它不仅功能强大而且组件类型多，对于新手也很适用，技术也符合现代教学的发展。其可以使用全动感的用户界面，动态界面十分的完整，并且可以通过鼠标进行简单的控制，方便教师教学使用。教师或者管理员可以简单高效的管理整个界面的设计和使用步骤，设计数据和参数也可以得到使用。对于CAD文件可以方便地管理，给教学资源准备强大的贮存空间。而且在教学的过程中，教师可以把二维的设计图转变成三维的实体设计，方便教师的教学工作。教师根据自己教学的学科，找到相关的虚拟仿真技术来适应自己的课程教学内容，加强仿真技术设备的开发[4]。
　　6 虚拟仿真技术在教学中的应用
　　虚拟仿真技术的实训要根据专业的特性来进行开发，在教学的时候确保虚拟仿真的交互性和实训性。教师通过虚拟仿真技术来讲解教材的内容，学生可以更好地明白教材上的理论。学生通过实训来完成相关的操作内容，因此，虚拟仿真技术融合教学必须具备延续性、实用性和高效性，使虚拟仿真模拟技术可以用于石油类学科的实训。教师可以把教学的实训变成游戏，让学生在游戏通关中学到实训的知识。例如，教师可以先对学生讲解实训操作的步骤和要求，学生需要通过闯关和比赛的方式进行通关。通过仿真虚拟技术，在学中玩，在玩中学以便更好地提高学习的效果。可以分成两个学生进行比赛，虚拟仿真系统对学生每次的通关实训进行打分，超过标准的分数才能进入下一关的学习。最后，学生通关的整体成绩通过仿真虚拟系统显示出来。教师通过系统分析出来的分数对学生进行指导，解决学生在通关过程中出现的问题。同学的工具使用是否正确，身姿是否标准，步骤有没有出错等问题，教师要详细地告诉学生，避免学生再次出错。学生也可以反应在仿真虚拟通关的过程中，系统的不足和弊端，教师可以及时的进行调整和改进，满足学生的要求，提高虚拟仿真的效果[5]。即便现在的PPT和flash教学已经融入了很多教学的课堂，但是这些设备给出来的图形都是二维的，比较单一，难以进行全方位的观察。虚拟仿真系统可以根据相关的课程，设置图画的基本信息、轴测图、透视图、剖析面等。还可以把物体进行随意的拆分和叠加。虚拟仿真系统中的模型界面可以相互的转换，提高学生对抽象图形的理解能力和空间思维能力。
　　7 加强虚拟仿真技术的交互性
　　一个完整的虚拟仿真系统需要应用开发的平台，包括硬件开发和软件开发平台。图像的生成处理和应用对象的虚拟显示需要硬件和软件开发平台。例如VRP虚拟现实平台，具有完全自主知识产权并直接面向三维美工[6]。不仅可以用在城市规划、室内设计、工业仿真、古迹复原、道路桥梁设计，还可以利用在房地产销售、旅游教学、石油挖掘、水利电力和地质灾害方面。无论是哪一个学科或者专业的教学都可以采用VRP来加强交互实践教学。虚拟仿真教学的目的除了增进课堂的质量以外，还为了避免某些高校的设备不足的缺失，学生可以通过仿真虚拟技术进行实训。利用仿真虚拟技术进行实训的话，教师和学生可以在实训的过程或者课后讨论课程问题和操作性问题，高效快捷。通过新型的学习，提高学生对学习的兴趣，锻炼学生的创新思维，确定学生的主体地位。
　　8 结束语
　　科学技术和社会不断地进步，虚拟仿真技术的使用也逐渐地融入人们的生活当中。教育也需要跟进时代的步伐，在教学中融入虚拟仿真技术对教学效果和质量有很大的帮助，它可以解决很多传统教学模式的问题。本文从加强3D技术的研究和探讨、学生分组教师辅助、设计阻碍引导学生思考、加强学生实训能力、加强虚拟仿真技术设备的开发、虚拟仿真在教学中的应用、加强虚拟仿真技术的交互性这几个方面进行探讨。虚拟仿真技术在教学中的使用，加强了实训教学的安全性，让学生可以在课堂直接体验逼真的场景。并且在一定程度上锻炼学生的思维能力，创新能力。在教学中融入虚拟技术是一种教学的进步，其满足社会发展的需求。但是模拟仿真技术在教学中的发展还存在些许不足，需要专业人员继续在研究的路上下工夫，促进教学的发展。
　　参考文献：
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　　[2] 楊中兴.虚拟仿真实训系统在实训教学中的应用研究[J].辽宁高职学报，2018，20（2）：40-43.
　　[3] 向娈，陈亮.电站虚拟仿真技术在高职实践性教学中的应用[J].集成电路应用，2019（5）：91-92.
　　[4] 刘冬冬，马建民，曲本全，等.采油实训教学中仿真技术的改革与创新[J].课程教育研究，2019（1）：241.
　　[5] 杨柳.虚拟仿真技术在4G技术课程教学应用中的实践与探索[J].数码世界，2018（6）：322.
　　[6] 马国光，何金蓬.虚拟仿真在LNG技术卓越人才培养中的应用与实践[J].教育现代化，2018，5（1）：185-188.
　　【通联编辑：李雅琪】
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