论虚拟现实技术在航海技术教学中的应用

论虚拟现实技术在航海技术教学中的应用

泉州海洋职业学院　　胡燕红

摘　要：航海技术学员最初没有接触过相关的航海仪器，因此在实际使用仪器中很 容易发生误操作，甚至可能危及　　　　学员的人身安全和损坏昂贵的仪器；另外，购买航海仪器需要大量资金，普通私立高职院校很难承受。而　　　　虚拟技术的引入既解决了私立高职院校的资金问题，也避免了学生误操作给人身和设备导致的伤害，同时，　　　　虚拟技术可通过程序的调整实现与现实设备的完全同步。关键词：虚拟现实技术　现实设备　传统模式

文章编号：ISSN2095-6711/Z01-2016-07-0149DOI:10.16534/j.cnki.cn13-9000/g.2016.1407

随着高等职业院校大量涌现，一个不容忽视的事实是，职业教育生源的文化水平和学习习惯越来越差，采取何种教学手段和方法，将学生迅速培养成具有一定技能，能满足职业岗位需求的人才是我们需要重点研究的课题。

一、传统现场教学的局限和缺点

1.传统教学的教学质量堪忧。在现有教学模式下，要让学生真正熟练掌握实训内容最好的办法就是让学生有大量的机会练习，这就要求学校配备大量的设备，然而很少有学校会这么做，因为这大大增加了学校的投入和维护成本。另外，即使学校配备了大量的设备，由于学生误操作可能对昂贵设备造成破坏，或者对学生人身安全可能造成损害。在实际教学中一般是在设备不运行的情况下让学生对设备进行模拟操作，或者是在运行的情况下由老师一步一步演示操作给学生看，因而学生的实际动手能力很难得到保证。

2.传统教学时效性不强。航海技术发展日新月异，很多情况下今年刚出来新设备明年就会推出更新设备，甚至是一年中就会对同一设备进行一次甚至几次更新，学校购买的设备永远无法满足发展的需求，学生实际操作的是几年前的设备甚至是十几年前的设备，因此，很难跟上航运技术的发展脚步、难以满足航运市场对人才的需求。

3.传统的现场教学经费开支大。在航海技术的学习和培训中有大量的实物操作，这就要求承担航海技术教学和培训的学校必须拥有整个船舶上的相应的航海设备，需要大量的资金，对于民办高校在经济上是一个不小的压力。买新设备费用太高承担不起，大多数学校就转而购买船舶上淘汰下来的旧设备，真正购买新设备的寥寥无几。

4.传统的现场教学安全隐患大。现在的教学模式下，一般是在学生实际操作设备前由实训教师或者视频对设备的操作方法和程序进行讲解，讲解完后由学生对仪器进行实际操作。这种方式延续了上百年，被认为是比较可靠的方法。然而，这种方法难免将学生和设备置于非常危险的境地，高校甚至像北大清华这样的世界名校实验室事故频出就是最好的例证。航海技术专业学生需要掌握大量的电气设备，有的有高电压、高电磁辐射、高转速，不正确的操作可能给设备造成难以逆转的损坏，给学生的人身造成极大伤害甚至导致死亡；而如果使用的是船舶上淘汰的旧设备那这种安全隐患会更严重。

二、虚拟现实技术应用于航海技术教学

1.虚拟现实技术的组成其实非常简单，它主要由下面三大块组成。

（1）一台高性能的电脑主机。在教学中，需要对航海设备和场景进行完全与现实相同的虚拟，要能对设备进行元件分离

和组合操作，要能够对虚拟元件和设备进行移动、旋转、人机消息响应、细节放大等相关处理。因此，要求电脑主处理和图形处理芯片有强大的处理能力。此外，还需有较大的内存和大容量高速硬盘。

（2）一台大屏幕高清真彩高亮3D显示器。要求能对2D和3D图形快速加载并显示；显示器的色彩应该能对实物进行高逼真度显示，不能有色差；显示器要具有高精度、快响应的多点触控功能，最好采用表面声波触控技术，因为这样能满足显示屏的强度，能有效避免由于使用频率高或者稍微暴力导致的屏幕破裂。

（3）软件系统。能完全重现航海技术专业所有仪器设备的各个主要部件的细节，对设备的各个操作部件、按钮、旋钮、开关等全真呈现，能对操作者的正确操作和误操作做出全真响应，能根据讲解的内容通过鼠标、语音、触屏等消息一键操作呈现相应部件的3D细节图形、动画；具有多种消息响应功能，能接收并迅速响应语音、鼠标、触屏等操作，能对正确操作做出正确的响应（如电机转动、天线旋转、温度升高、回波显示等），也能对错误操作做出符合实际情况的响应（如电机停转、温度异常、冒烟、异响等）；软件具有良好的系统适应性、可修改性和可移植性。能在现在主流的操作系统window7、window10下稳定运行，能在不同的符合配置的电脑下稳定运行，能随着航海技术的发展修改相应代码以便适应航运上设备更新换代的要求。

2.虚拟现实技术在航海技术教学中的优势。虚拟现实技术应用与航海技术教学，能够克服现有教学模式，尤其是实训教学模式的不足，具有无法比拟的高效率、高安全、低成本、低维护、快更新等特点。

（1）相较于传统模式，学生安全和设备安全更有保障。由于虚拟现实技术是通过软件对设备进行的全真模拟，人与机器之间是通过声音、鼠标或触摸进行信息传递的，完全杜绝了人员直接接触高电压、高辐射、高转速、高温等的可能性，从而确保在教学实操过程中学生的人身安全。另外，学生误操作设备的误响应都是通过软件来虚拟的，学生的误操作甚至是暴力操作不会对昂贵的航海设备和虚拟设备造成任何影响，完全避免了对设备造成任何损坏而带来昂贵的维修费用。

（2）相较于传统模式，可以大大提高教学效果。首先，虚拟现实设备相对简单轻便并且和理论教学所需设备（投影、电脑）重叠，完全可以将设备放在理论教学的教室里，这就使得在理论教学的过程中可以非常直观地将所教的航海设备或者航海所遭遇的各种环境场景呈现在学生面前，增强学生对所教内容的感性认识，能帮助学生对原理性、概念性、抽象性内容的理解，

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当代教育实践与教学研究

2.提升学生的创新能力

创新能力培养是和实践教学过程相辅相成的，当学生掌握了专业技能，并在实践过程中取得成功后，就会进一步激发他们的创造动力和激情。比如说陶艺制作课程，通过动手实践，学生不仅掌握了陶瓷器的制作工艺，熟悉了陶瓷器的制作流程，而创造性设计思维能力也得到了很大的提升，所做出来的作品也更具艺术感。

3.师资队伍结构将更加合理

在高等职业院校，现代学徒制给我们的教育带来的改革将会是全局性的，这种教育模式的教学工作对教师的要求也相当高，不仅要求老师有了解学生的个性和发现学生特长的能力，还要求老师具备深厚的专业知识和超强的时间能力，因此，为了将校内的专业教师培养成专业的“师傅”，还需要安排专业教师到企业或行业顶岗实践，积累实际工作经历，提高实践教学能力，培养“双师”素质。除此之外，通过推行“青年导师制”，鼓励年轻教师通过专业课程培训、外出学习、进修等方法，提升教学职业技能。

师徒制教学模式使得我们聘请行业企业的专业人才和能工巧匠担任兼职教师，从而加大了兼职教师的比例，逐步形成实践技能课程主要由具有相应高技能水平的兼职教师讲授的态势。

4.加强校企合作，促进校外实习基地建设

文物鉴定与修复专业建设中，还突破性地通过引入行业专家工作室吸收行业内知名专家，通过开展专题讲座、召开专业教研会的形式参与到专业人才培养工作中来，尽可能地满足了教学诉求，稳固现代学徒制中的师徒关系，提高指导与学习的针对性，强化对学生职业能力、技术素养等方面的综合培养。

除此之外，所聘请的专家以其行业影响力将优秀的学生推荐到的相关院所、企业实习、工作，成为联系学校与市场之间的重要纽带。在长期的合作过程中，选择一些更适合学生在校期间实习的单位作为稳固的校外实习基地。

现代“学徒制”人才培养模式，是高等职业教育改革中的一个创新，目前，对于文物鉴定与修复专业教学中师徒制的培养模式，我们尚处于摸索阶段，其中必定还存在一些不足，需要进一步的努力探索，从而实现校企之间的深度融合，共同完成高素质技能型人才培养任务。

参考文献：

[1]贾文忠.无形文化遗产一文：中国传统文物修复技术[J].中国博物馆，2002

[2]邵建东，朱振国.现代学徒制：促进校企合作的真正纽带[N].光明日报，2015

[3]赵晓丽.我国文物鉴定人才现状问题研究[J].黑龙江科技信息，2011

[4]黄可佳，宋　蓉.文物博物馆专业实践教学体系建设的若干思考[J].现代教育技术，2010

[5]孙晓燕.试论现代学徒制对我国职业教育的意义[J].职教论坛术，2008

[6]盛洁波，李建军.和谐学徒制教育模式与高等职业技术教育创新[J].湖南工业职业技术学院学报，2008

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这种理解能反过来帮助学生更好理解实操的内容、步骤和规程；其次，对虚拟设备的操作都是软操作，杜绝了误操作和设备老化可能对学生人身和设备造成损害，学生可以毫无顾虑反复进行误操作甚至是暴力操作、从而认识到误操作的后果、加深对正确操作的理解，直到最终完全掌握；最后，由于虚拟现实技术对设备要求不高，如果学生有相关配置的电脑和显示系统，则学生可以将相关程序拷贝下来在自己家里甚至是寝室就建立一个虚拟场景，充分利用零碎的时间进行练习，从而充分利用各种闲暇时间进行学习，大大提高学习效果。

（3）相较于传统模式，可以大大节约教学成本。由于虚拟现实技术相关设备（是通用型设备）要求相对简单，相较于采购相关的航海设备（一般是特种设备）要便宜很多。并且如果现实设备更新换代、虚拟现实系统只需对相关软件模块进行相应改写、无须支付昂贵的代价。一套虚拟现实设备的硬件可以反复使用很多年，一般情况下无须更新，并且即使需要更新也只是个别部件的升级，由于是很普通的通用配件，因此升级的费用远远没有航海真实设备费用高昂。

三、虚拟现实技术用于教学还需解决的问题

虚拟现实技术相较于传统现场教学具有很多的优势，尤其是在高职院校经费相对紧张、学生文化水平相对不高、学生学习习惯不好兴趣不浓等情况下可以大大提高教学效果，给学校节约大量成本。然而虚拟现实技术毕竟是对现实的虚拟，和真实设备还是有区别，要真正将虚拟现实技术运用于航海技术专业教学中还需要解决以下问题。

1.教师要从传统教学观念中转变过来。传统教学方式在很多老师的脑海里根深蒂固，一支粉笔、一本书、一台机器设备的教学模式相对简单，而采用虚拟现实技术涉及比较多相关的

知识：网络技术、计算机技术、视频图像技术等，对于老师来说操作起来可能相对比较麻烦一点，因此，老师要转变教学观念，在利用传统教学模式的同时接受、掌握并熟练使用虚拟现实技术来进行教学。

2.学校要具有一定的程序修改和编写实力。由于虚拟现实技术设备系统的重要组成是相关程序的设计和开发，以及对程序的更新修改。如果原始软件和升级代码学校不能自己编写，那么利用虚拟现实技术的成本将会成倍增加，从而失去虚拟现实技术在成本上的优势。这就要求学校应该有相关软件工程方面的人才，至少能够对升级代码进行修改和编写。

3.相关教学管理部门应该出台与虚拟现实技术教学相关的法规。现有海事部门对航海类学校设备配备有明确的要求，要求此类院校必须配备航海技术相关的设备，并且对规格和数量都有要求，且在航运上有相关设备更新换代时，也要求学校对设备进行更新。因此，在现有海事部门对院校的要求下，虚拟现实技术只能作为教学的辅助手段，配备了虚拟现实技术设备后还必须配备相关的现实设备，这相当于教学成本比传统教学模式更高。因此，建议海事部门要根据学校虚拟现实设备的逼真度制定区别化的规则。如果逼真度达到100%，是否可以考虑完全不用配备现实设备；逼真度80%以上可以减少配备现实设备的数量等。

四、结束语

我国是一个航运大国，每年有大量的航海人员参加学习、培训，如何提高航海人员学习和培训的质量，这是一个世界性的课题，虚拟现实技术无疑给航海技术教学和培训指出了一个新的方向。

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