虛擬現實技術在電工電子教學的實踐

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［摘要］虛擬現實技術是在互聯網發展中興起的一種新興技術，電工電子作為培養從事電子設備維護、精通電器制造和電氣維修的復合型技術人才的課程之一，在教育改革的洪流下需要探索創新之路。虛擬現實技術的發展為電工電子教學帶來了創新機遇，主要探討中職院校虛擬現實技術與電工電子教學的結合路徑，從中職院校的電子電工教學現狀出發，分析虛擬現實技術在電子電工教學中的優勢以及應用模板案例，對虛擬現實技術在今后電工電子教學中提供幫助。

［關鍵詞］虛擬現實技術；電工電子教學；實踐運用

一、引言

虛擬現實技術的應用面逐漸拓寬，其不僅在農業、工業上有所應用，也能提高教育教學的質量。中職院校在教育改革的過程中，可以有效利用虛擬現實技術，完成教育內容的升級和教育方式的優化。尤其對于電工電子這種實踐要求比較高的課程，虛擬現實技術可以利用先進的人機交互技術構建身臨其境的虛擬情境，為學生提供自主學習、主動探索的空間和時間，讓學生可以掌握電工電子課程相關的知識點，成為社會需要的復合型技術人才。

二、虛擬現實技術的概念界定

（一）虛擬現實技術的具體內涵

虛擬現實技術是基于新型顯示技術與人機交互技術結合形成的構造令人感覺身臨其境的虛擬環境的新興技術。在中職院校的電工電子教學中，以職業導向為前提，通過虛擬現實技術營造真實的、職業的電工電子環境，讓師生通過自主感官和自主體驗產生與情境的交互，獲得更好的實驗實踐教學體驗。師生在虛擬現實技術所營造的環境中是平等互助的教與學關系，學生在環境中可以發揮自身的主動性，跟隨虛擬實驗事件的變化做出響應動作，提升電子電工技能的熟練度。

（二）虛擬現實技術的特點

1.視覺沉浸。人通過視覺感官認識世界，而虛擬現實技術是利用計算機模擬真實的環境，通過三維數字模型生成以視覺感官為主的虛擬環境，這種添加人工成分的環境可以讓人在視覺上有沉浸感[1]。這種沉浸感可以讓人在虛擬環境中跟隨事件的變化做出反應，通過與環境之間的交互觀察、操作、探索。在電工電子教學中，通過虛擬現實技術讓學生沉浸在真實的電工電子環境中，可以改變傳統中職院校電工電子教學的理論性問題，讓學生根據相應的理論知識經驗展開實踐，并主導虛擬環境的變化。2.交互性強。虛擬現實技術可以帶來感官的刺激，因此，這種技術在電工電子教學中可以讓學生主動參與到環境中來，根據環境的變化做出反應。中職院校的學生對電工實驗，電工電子的教學知識掌握程度不高，在虛擬技術的幫助下，以實際電工實驗為例，可以讓學生以身試電，根據接觸和觀察形成一題多解的思維，也能讓學生避免在危險的狀態下學習和實踐操作。虛擬現實技術在借助計算機時，會讓學生產生感官的體驗和思維的想象，動態的記憶和理解電工電子的知識。學生在想象過程中可以與虛擬現實技術進行對話，可以與情境中的教師產生直接對話，可以自由調節學習速度，多樣化的選擇不同的虛擬現實情境，主動性的參與。加深思維和記憶力，增強學生的思維創新能力。

三、現階段電工電子課程的學情分析

電工電子課程是中職院校機電類專業的基礎課程之一，也是學生想要成為復合型技術人才必須掌握的基礎內容，中職院校歷來以職業發展為教學的主要目標，因此，相對應的，電工電子教學課程需要以職業發展為前提，預測職業發展趨勢，結合虛擬現實技術，提高專業的先進性和時代性。電工電子課程具有較強的實踐性，而且理論性要求也很高。尤其新時代社會各行各業都出現巨大的轉變，應用虛擬現實技術展開電工電子教學是十分必要的[2]。為更好地適應電工電子類職業的發展需求，電工電子專業教學結構和專業課程模式都需要進行積極的轉變。而現階段的實際情況是電工電子課程仍存在較大的脫節，而且在新時代社會發展趨勢下這種脫節越來越明顯，主要體現在教學模式落后、學生的實踐技能與現階段人才需求不符、學生對實踐學習的積極性不高等方面。

（一）電工電子課程教學仍然采用傳統模式

電子電工課程的理論知識涉及面比較廣，而且對實際操作的要求比較高，且屬于理論和實踐復合型的學科，因此，現階段的中職教學模式中更多偏重于理論知識的講解，也就是偏向于傳統的教學模式，教師講學生聽的方式。但這種方式最大的弊端就是弱化實踐，所有理論知識的學習最終都需要歸結到實踐中去，在實踐中檢驗和探索理論知識，才能達到活學活用的目的。由于中職院校電工電子的教材知識系統落后，因此縮短了實訓時間，造成一些知識無法在實踐中同步展開。不少學生在學習電工電子課程時由于基礎知識掌握不牢靠，一些專有名詞和專業的理論概念無法理解，實踐技能無法掌握，達不到實際職業的需求。

（二）課程教學計劃與職業發展脫節

中職學生學習電工電子課程的最終目的是要在實踐中運用，增加職業本領，增強職業技能。但現階段中職院校選取的電工電子教材理論知識偏多，難度偏大，實踐操作技能與職業發展不符，甚至有部分落后于職業發展的步伐，這造成教師在備課或者講課環節中，很難聯系到實際職業中的任務，也無法根據真實工作場景中的知識和技能訓練學生，造成學生在之后的工作中無法即時上手。在電工電子課程教學計劃中主要以理論和實踐結合的方式開展教學活動，但忽視電工電子教學的綜合知識，對各個行業和領域的電工電子知識整合不足，學生缺乏綜合性的知識體系，嚴重影響專業技能的實踐和自身潛能的發展。

（三）電工電子教學實踐場地設置不合理

目前大多數中職學校在教育改革中經費并不充足，在實踐場地的設置方面缺少投入，一部分有關電工電子的教學設備和實踐設備數量較少，與專業學生的比例懸殊。一部分學校在引進虛擬現實技術時由于缺少資金，只能引進一些計算機設備，做最低級的虛擬現實場景，無法根據虛擬現實技術的發展與時俱進的調整實踐設備，造成學生開展實踐的場地不足，實踐訓練的時間不夠，不符合職業發展的客觀需求[3]。

四、基于虛擬現實技術的電工電子教學

（一）教學設計

基于虛擬現實技術，電工電子教學的方式和教學場景發生了巨大的變化，因此，中職院校可以自行編寫校本教材，按照虛擬現實技術的場景簡化課程內容，刪減一部分與現實脫節、學生難以理解的知識內容，讓整個電工電子教學過程更加簡單易懂，增強其實用性。整個教學設計過程可以以職業操作過程為導向、以學生為中心，調動學生的實踐技能，讓學生沉浸在虛擬環境中，專注于虛擬環境中工作任務的發展進程。在設計實驗教學環節時，教師可以根據虛擬現實技術創設各種實驗設備，讓學生應用虛擬實驗設備完成電工電子任務，跟隨實際操作任務轉變操作設備。

（二）教學實施

虛擬現實技術所創設的電工電子教學環境以學生為主導，也就是說，在整個教學實施環節中學生是活動的主體，學生可以主動探究電工電子項目的內容，主動操作各種技術。而教師需要作為引導者，引導學生利用虛擬現實平臺完成各項任務。1.情境的創設與任務的分發。在教學實施的過程中，教師可以按照相應崗位的需求、學生的特點以及中職課程的具體內容，為不同學生設置不同的教學情境和不同的實踐工具，以任務的方式完成教學。尤其是在動手操作部分，教師可以運用虛擬現實技術讓學生參與不同的工作情境進行觀摩和實踐操作，并在實踐過程中以及結束之后完成相應的實踐報告。在利用虛擬現實技術時，教師可以根據虛擬現實平臺的資源和實際課本內容，運用案例的方式營造學生熟悉的工作情境，讓學生在虛擬情境中觀察案例圖片或視頻，根據情境的發展隨機完成各種任務。2.學生以虛擬情境為中心的實踐。虛擬現實技術的優勢之一是可以提供虛擬化的電工電子器件和設備，因此，學生在虛擬環境中的任何操作都不會對電工電子設備產生損害，學生可以自由的按照自己的想法，在整個教學實施環節中完全主導學習節奏，嘗試自己的想法，查閱有關電工電子的資料[4]。電工電子是一項比較復雜的技術，因此，學生很難獨立完成工作任務，在虛擬現實平臺學生可以尋求交互的方式學習知識和展示技能，這種交互主要指的是學生和學生之間、學生和教師之間的交互，是基于虛擬現實平臺的互動。中職院校在利用虛擬現實的技術時，需要依據中職院校電工電子專業的特色，構建基于情境式的虛擬現實場景，讓學生在真實的職業場景中學習職業技能，更好地增強中職學生的職業競爭力，提高中職院校的外在形象。3.教學評價。依托虛擬現實技術平臺的教學評價需要以實踐環節為主，也就是教師需要為學生的實踐訓練環節進行檢查和評分，以實踐檢驗學生理論知識的掌握程度和任務，反饋任務實施過程中的失誤。在虛擬現實技術的教學情境下，教師需要跟隨學生實踐的任一步驟，及時對學生存在的問題和解決思路進行記錄，在學生實踐完成之后給予總結和點評。而學生在教學評價過程中需要根據自己完成工作任務的內容反思和總結，以電子報告的形式展示電工電子學習成果。中職院校可以制定針對職業內容的電工電子的教學計劃，為學生設置虛擬實驗項目，在項目中創設具體的職業場景，讓學生進入實驗室進行實驗預習，實驗操作并提交實驗報告，全程在虛擬平臺上完成教學，獲得評價。

五、虛擬現實技術在電工電子教學中的應用

（一）以興趣為基準，建構目標知識結構

教師在電工電子教學過程中，可以運用實物展示的方式，吸引學生的注意力，讓學生在虛擬情景中主動拆解或者操作物品，根據所學習的理論知識自由發揮。在實物的刺激下，教師還可以運用虛擬現實技術呈現動態化的電工電子理論知識，以圖文并茂的方式為學生呈現一場知識盛宴，讓學生根據實際情境中的任務調取和思考理論知識。在觀察電工電子的操作過程中串聯理論知識，產生對電工電子實踐的興趣，為掌握電工電子技能做出鋪墊。虛擬現實技術可以整合理論知識和實踐操作過程，幫助學生在近似真實的情境下進行體驗和感悟，思考和想象。

（二）以合作為主導，完成虛擬角色任務

合作是每一個學習電工電子課程學生必須要掌握的技能，而在虛擬情境中，學生可以扮演任意角色形象，合作完成具體的工作任務，共同探究在任務完成過程中存在的問題，互相分享解決思路。在虛擬現實技術下的合作學習與項目式學習類似，可以讓學生在互助的過程中提高學習效率，活躍電工電子學習的氣氛。在虛擬現實技術的支持下，教師可以根據電工電子課程中的基礎知識和重點知識，設置課題任務和課題要求，巧妙地運用虛擬現實系統組織學生，或以自由小組的方式完成合作探究、破解課題問題，或在教師的輔助下，透過虛擬現實系統分配和組織小組活動。教師可以透過虛擬現實系統動態觀察小組合作中學生的具體情況，并適當地進行引導和輔助。

（三）以實踐為核心，整合技術資源優勢

中職院校可以建構以電工電子為基礎的虛擬實驗室，根據學生的實際需要和實踐技能。隨時生成難易程度不同的虛擬工作任務，根據虛擬設備來完成實際操作。根據實驗過程中的變化和生成的結果，完成既定的電子電工知識學習。在虛擬現實情境下學生可以真實的觀測和操作實驗的每一個步驟，并根據完成步驟后的變化進行適當調整。教師通過正當操作虛擬現實技術就可以為學生提供多種技能訓練，讓學生在安全的環境下主動發掘自己的內在潛能，學習在基礎知識之上的電工電子技能，根據仿真訓練構建多層次的電工電子知識體系，以便適應多種工作情況。

六、虛擬現實技術在電工電子教學中的展望

（一）開發更高深的虛擬現實技術教學系統

現階段中職院校采用虛擬現實技術展開電工電子教學處于起始階段，虛擬現實技術平臺提供的設備和電子器件仍然無法讓學生完全沉浸在工作環境當中，而且部分教師在運用虛擬現實技術時由于操作條件不足，依然采用鼠標操作的方式完成教學任務，很難給學生提供真實感。因此，在未來虛擬技術的不斷發展中，中職院校可以加大開發力度，以中職院校電工電子教學的特色為基礎，以學生的學習實際需求和電子電工類職業的內容為基準，開發更接近實際操作環境的系統，與傳統電子電工理論和實踐教學相結合，形成教學做一體的教學體系。讓學生有更好的實踐操作環境，掌握更專業的電子電工類知識技能。

（二）電工電子教師加深對虛擬技術的了解程度

虛擬現實技術在電工電子教學中的應用需要教師的參與，教師作為教學全過程的引導者和監督者，是操作虛擬現實技術的第一人。因此，在未來教學的改革和創新中，中職院校可以通過多重途徑培訓電工電子類教師，尤其要全面虛擬現實技術了解和掌握。只有更精準的明確虛擬現實技術的應用優勢和應用缺陷，才能更好地組織電工電子課程，設計更符合學生的電工電子內容。中職院校的電工電子類教師需要根據環境和實際職業的發展，不斷更新有關電工電子的教學思路，讓虛擬現實技術輔助學生學習技能，輔導學生完成訓練。

（三）虛擬現實技術與實際職業環境緊密結合

電工電子類課程在實際當中的應用非常廣泛，虛擬現實技術很難完全模仿真實的操作環境，例如一些電路的實際連接、工作中由于操作出現的問題，以及由于自然因素產生的問題等很難在虛擬環境中體現出來，因此想要讓學生真實的了解電工電子的知識，感受電工電子的實際操作步驟和操作要領，還需要輔以校企結合的方式。中職院校可以依據與學校合作的企業，共同完成虛擬現實基地的構建，共同培育適合企業的學生。而虛擬現實技術只是一種輔助電工電子教學的工具，不能讓其完全代替實際的操作環境，學校在運用虛擬現實技術時需要注意技術與實際相結合，避免讓學生一味沉浸在虛擬環境中，無法面對現實中的突發問題。七、結語綜上所述，虛擬現實技術的發展讓中職院校電工電子類專業的改革和創新有了方向，只有在電工電子教學中準確把握學生的需要和虛擬現實技術的應用優勢，才能不斷探索發現新的思路和新的實踐策略，進而滿足社會對中職電工電子技術人才的進步需求。

參考文獻

［1］張智超.校企合作項目化教學實踐中(VR)虛擬現實技術的應用［J］.中外企業家,2020,676(14):158-158.

［2］林鈺川,沙麗娟,梁紅.電工電子實踐教學與信息技術融合研究與實踐［J］.信息系統工程,2019(6):167-168.

［3］石愿雄,鄭全新.論實踐環節在電工電子技術教學中的作用［J］.南方農機,2020,344(4):90+108.

［4］謝寶成,史磊.虛擬現實技術在電子類專業課程教學中的應用研究［J］.當代教育實踐與教學研究,2019(24):10-11.

作者：沈琳 單位：福建商貿學校機電系