虚拟现实技术在电工电子教学的实践

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［摘要］虚拟现实技术是在互联网发展中兴起的一种新兴技术，电工电子作为培养从事电子设备维护、精通电器制造和电气维修的复合型技术人才的课程之一，在教育改革的洪流下需要探索创新之路。虚拟现实技术的发展为电工电子教学带来了创新机遇，主要探讨中职院校虚拟现实技术与电工电子教学的结合路径，从中职院校的电子电工教学现状出发，分析虚拟现实技术在电子电工教学中的优势以及应用模板案例，对虚拟现实技术在今后电工电子教学中提供帮助。

［关键词］虚拟现实技术；电工电子教学；实践运用

一、引言

虚拟现实技术的应用面逐渐拓宽，其不仅在农业、工业上有所应用，也能提高教育教学的质量。中职院校在教育改革的过程中，可以有效利用虚拟现实技术，完成教育内容的升级和教育方式的优化。尤其对于电工电子这种实践要求比较高的课程，虚拟现实技术可以利用先进的人机交互技术构建身临其境的虚拟情境，为学生提供自主学习、主动探索的空间和时间，让学生可以掌握电工电子课程相关的知识点，成为社会需要的复合型技术人才。

二、虚拟现实技术的概念界定

（一）虚拟现实技术的具体内涵

虚拟现实技术是基于新型显示技术与人机交互技术结合形成的构造令人感觉身临其境的虚拟环境的新兴技术。在中职院校的电工电子教学中，以职业导向为前提，通过虚拟现实技术营造真实的、职业的电工电子环境，让师生通过自主感官和自主体验产生与情境的交互，获得更好的实验实践教学体验。师生在虚拟现实技术所营造的环境中是平等互助的教与学关系，学生在环境中可以发挥自身的主动性，跟随虚拟实验事件的变化做出响应动作，提升电子电工技能的熟练度。

（二）虚拟现实技术的特点

1.视觉沉浸。人通过视觉感官认识世界，而虚拟现实技术是利用计算机模拟真实的环境，通过三维数字模型生成以视觉感官为主的虚拟环境，这种添加人工成分的环境可以让人在视觉上有沉浸感[1]。这种沉浸感可以让人在虚拟环境中跟随事件的变化做出反应，通过与环境之间的交互观察、操作、探索。在电工电子教学中，通过虚拟现实技术让学生沉浸在真实的电工电子环境中，可以改变传统中职院校电工电子教学的理论性问题，让学生根据相应的理论知识经验展开实践，并主导虚拟环境的变化。2.交互性强。虚拟现实技术可以带来感官的刺激，因此，这种技术在电工电子教学中可以让学生主动参与到环境中来，根据环境的变化做出反应。中职院校的学生对电工实验，电工电子的教学知识掌握程度不高，在虚拟技术的帮助下，以实际电工实验为例，可以让学生以身试电，根据接触和观察形成一题多解的思维，也能让学生避免在危险的状态下学习和实践操作。虚拟现实技术在借助计算机时，会让学生产生感官的体验和思维的想象，动态的记忆和理解电工电子的知识。学生在想象过程中可以与虚拟现实技术进行对话，可以与情境中的教师产生直接对话，可以自由调节学习速度，多样化的选择不同的虚拟现实情境，主动性的参与。加深思维和记忆力，增强学生的思维创新能力。

三、现阶段电工电子课程的学情分析

电工电子课程是中职院校机电类专业的基础课程之一，也是学生想要成为复合型技术人才必须掌握的基础内容，中职院校历来以职业发展为教学的主要目标，因此，相对应的，电工电子教学课程需要以职业发展为前提，预测职业发展趋势，结合虚拟现实技术，提高专业的先进性和时代性。电工电子课程具有较强的实践性，而且理论性要求也很高。尤其新时代社会各行各业都出现巨大的转变，应用虚拟现实技术展开电工电子教学是十分必要的[2]。为更好地适应电工电子类职业的发展需求，电工电子专业教学结构和专业课程模式都需要进行积极的转变。而现阶段的实际情况是电工电子课程仍存在较大的脱节，而且在新时代社会发展趋势下这种脱节越来越明显，主要体现在教学模式落后、学生的实践技能与现阶段人才需求不符、学生对实践学习的积极性不高等方面。

（一）电工电子课程教学仍然采用传统模式

电子电工课程的理论知识涉及面比较广，而且对实际操作的要求比较高，且属于理论和实践复合型的学科，因此，现阶段的中职教学模式中更多偏重于理论知识的讲解，也就是偏向于传统的教学模式，教师讲学生听的方式。但这种方式最大的弊端就是弱化实践，所有理论知识的学习最终都需要归结到实践中去，在实践中检验和探索理论知识，才能达到活学活用的目的。由于中职院校电工电子的教材知识系统落后，因此缩短了实训时间，造成一些知识无法在实践中同步展开。不少学生在学习电工电子课程时由于基础知识掌握不牢靠，一些专有名词和专业的理论概念无法理解，实践技能无法掌握，达不到实际职业的需求。

（二）课程教学计划与职业发展脱节

中职学生学习电工电子课程的最终目的是要在实践中运用，增加职业本领，增强职业技能。但现阶段中职院校选取的电工电子教材理论知识偏多，难度偏大，实践操作技能与职业发展不符，甚至有部分落后于职业发展的步伐，这造成教师在备课或者讲课环节中，很难联系到实际职业中的任务，也无法根据真实工作场景中的知识和技能训练学生，造成学生在之后的工作中无法即时上手。在电工电子课程教学计划中主要以理论和实践结合的方式开展教学活动，但忽视电工电子教学的综合知识，对各个行业和领域的电工电子知识整合不足，学生缺乏综合性的知识体系，严重影响专业技能的实践和自身潜能的发展。

（三）电工电子教学实践场地设置不合理

目前大多数中职学校在教育改革中经费并不充足，在实践场地的设置方面缺少投入，一部分有关电工电子的教学设备和实践设备数量较少，与专业学生的比例悬殊。一部分学校在引进虚拟现实技术时由于缺少资金，只能引进一些计算机设备，做最低级的虚拟现实场景，无法根据虚拟现实技术的发展与时俱进的调整实践设备，造成学生开展实践的场地不足，实践训练的时间不够，不符合职业发展的客观需求[3]。

四、基于虚拟现实技术的电工电子教学

（一）教学设计

基于虚拟现实技术，电工电子教学的方式和教学场景发生了巨大的变化，因此，中职院校可以自行编写校本教材，按照虚拟现实技术的场景简化课程内容，删减一部分与现实脱节、学生难以理解的知识内容，让整个电工电子教学过程更加简单易懂，增强其实用性。整个教学设计过程可以以职业操作过程为导向、以学生为中心，调动学生的实践技能，让学生沉浸在虚拟环境中，专注于虚拟环境中工作任务的发展进程。在设计实验教学环节时，教师可以根据虚拟现实技术创设各种实验设备，让学生应用虚拟实验设备完成电工电子任务，跟随实际操作任务转变操作设备。

（二）教学实施

虚拟现实技术所创设的电工电子教学环境以学生为主导，也就是说，在整个教学实施环节中学生是活动的主体，学生可以主动探究电工电子项目的内容，主动操作各种技术。而教师需要作为引导者，引导学生利用虚拟现实平台完成各项任务。1.情境的创设与任务的分发。在教学实施的过程中，教师可以按照相应岗位的需求、学生的特点以及中职课程的具体内容，为不同学生设置不同的教学情境和不同的实践工具，以任务的方式完成教学。尤其是在动手操作部分，教师可以运用虚拟现实技术让学生参与不同的工作情境进行观摩和实践操作，并在实践过程中以及结束之后完成相应的实践报告。在利用虚拟现实技术时，教师可以根据虚拟现实平台的资源和实际课本内容，运用案例的方式营造学生熟悉的工作情境，让学生在虚拟情境中观察案例图片或视频，根据情境的发展随机完成各种任务。2.学生以虚拟情境为中心的实践。虚拟现实技术的优势之一是可以提供虚拟化的电工电子器件和设备，因此，学生在虚拟环境中的任何操作都不会对电工电子设备产生损害，学生可以自由的按照自己的想法，在整个教学实施环节中完全主导学习节奏，尝试自己的想法，查阅有关电工电子的资料[4]。电工电子是一项比较复杂的技术，因此，学生很难独立完成工作任务，在虚拟现实平台学生可以寻求交互的方式学习知识和展示技能，这种交互主要指的是学生和学生之间、学生和教师之间的交互，是基于虚拟现实平台的互动。中职院校在利用虚拟现实的技术时，需要依据中职院校电工电子专业的特色，构建基于情境式的虚拟现实场景，让学生在真实的职业场景中学习职业技能，更好地增强中职学生的职业竞争力，提高中职院校的外在形象。3.教学评价。依托虚拟现实技术平台的教学评价需要以实践环节为主，也就是教师需要为学生的实践训练环节进行检查和评分，以实践检验学生理论知识的掌握程度和任务，反馈任务实施过程中的失误。在虚拟现实技术的教学情境下，教师需要跟随学生实践的任一步骤，及时对学生存在的问题和解决思路进行记录，在学生实践完成之后给予总结和点评。而学生在教学评价过程中需要根据自己完成工作任务的内容反思和总结，以电子报告的形式展示电工电子学习成果。中职院校可以制定针对职业内容的电工电子的教学计划，为学生设置虚拟实验项目，在项目中创设具体的职业场景，让学生进入实验室进行实验预习，实验操作并提交实验报告，全程在虚拟平台上完成教学，获得评价。

五、虚拟现实技术在电工电子教学中的应用

（一）以兴趣为基准，建构目标知识结构

教师在电工电子教学过程中，可以运用实物展示的方式，吸引学生的注意力，让学生在虚拟情景中主动拆解或者操作物品，根据所学习的理论知识自由发挥。在实物的刺激下，教师还可以运用虚拟现实技术呈现动态化的电工电子理论知识，以图文并茂的方式为学生呈现一场知识盛宴，让学生根据实际情境中的任务调取和思考理论知识。在观察电工电子的操作过程中串联理论知识，产生对电工电子实践的兴趣，为掌握电工电子技能做出铺垫。虚拟现实技术可以整合理论知识和实践操作过程，帮助学生在近似真实的情境下进行体验和感悟，思考和想象。

（二）以合作为主导，完成虚拟角色任务

合作是每一个学习电工电子课程学生必须要掌握的技能，而在虚拟情境中，学生可以扮演任意角色形象，合作完成具体的工作任务，共同探究在任务完成过程中存在的问题，互相分享解决思路。在虚拟现实技术下的合作学习与项目式学习类似，可以让学生在互助的过程中提高学习效率，活跃电工电子学习的气氛。在虚拟现实技术的支持下，教师可以根据电工电子课程中的基础知识和重点知识，设置课题任务和课题要求，巧妙地运用虚拟现实系统组织学生，或以自由小组的方式完成合作探究、破解课题问题，或在教师的辅助下，透过虚拟现实系统分配和组织小组活动。教师可以透过虚拟现实系统动态观察小组合作中学生的具体情况，并适当地进行引导和辅助。

（三）以实践为核心，整合技术资源优势

中职院校可以建构以电工电子为基础的虚拟实验室，根据学生的实际需要和实践技能。随时生成难易程度不同的虚拟工作任务，根据虚拟设备来完成实际操作。根据实验过程中的变化和生成的结果，完成既定的电子电工知识学习。在虚拟现实情境下学生可以真实的观测和操作实验的每一个步骤，并根据完成步骤后的变化进行适当调整。教师通过正当操作虚拟现实技术就可以为学生提供多种技能训练，让学生在安全的环境下主动发掘自己的内在潜能，学习在基础知识之上的电工电子技能，根据仿真训练构建多层次的电工电子知识体系，以便适应多种工作情况。

六、虚拟现实技术在电工电子教学中的展望

（一）开发更高深的虚拟现实技术教学系统

现阶段中职院校采用虚拟现实技术展开电工电子教学处于起始阶段，虚拟现实技术平台提供的设备和电子器件仍然无法让学生完全沉浸在工作环境当中，而且部分教师在运用虚拟现实技术时由于操作条件不足，依然采用鼠标操作的方式完成教学任务，很难给学生提供真实感。因此，在未来虚拟技术的不断发展中，中职院校可以加大开发力度，以中职院校电工电子教学的特色为基础，以学生的学习实际需求和电子电工类职业的内容为基准，开发更接近实际操作环境的系统，与传统电子电工理论和实践教学相结合，形成教学做一体的教学体系。让学生有更好的实践操作环境，掌握更专业的电子电工类知识技能。

（二）电工电子教师加深对虚拟技术的了解程度

虚拟现实技术在电工电子教学中的应用需要教师的参与，教师作为教学全过程的引导者和监督者，是操作虚拟现实技术的第一人。因此，在未来教学的改革和创新中，中职院校可以通过多重途径培训电工电子类教师，尤其要全面虚拟现实技术了解和掌握。只有更精准的明确虚拟现实技术的应用优势和应用缺陷，才能更好地组织电工电子课程，设计更符合学生的电工电子内容。中职院校的电工电子类教师需要根据环境和实际职业的发展，不断更新有关电工电子的教学思路，让虚拟现实技术辅助学生学习技能，辅导学生完成训练。

（三）虚拟现实技术与实际职业环境紧密结合

电工电子类课程在实际当中的应用非常广泛，虚拟现实技术很难完全模仿真实的操作环境，例如一些电路的实际连接、工作中由于操作出现的问题，以及由于自然因素产生的问题等很难在虚拟环境中体现出来，因此想要让学生真实的了解电工电子的知识，感受电工电子的实际操作步骤和操作要领，还需要辅以校企结合的方式。中职院校可以依据与学校合作的企业，共同完成虚拟现实基地的构建，共同培育适合企业的学生。而虚拟现实技术只是一种辅助电工电子教学的工具，不能让其完全代替实际的操作环境，学校在运用虚拟现实技术时需要注意技术与实际相结合，避免让学生一味沉浸在虚拟环境中，无法面对现实中的突发问题。七、结语综上所述，虚拟现实技术的发展让中职院校电工电子类专业的改革和创新有了方向，只有在电工电子教学中准确把握学生的需要和虚拟现实技术的应用优势，才能不断探索发现新的思路和新的实践策略，进而满足社会对中职电工电子技术人才的进步需求。

参考文献

［1］张智超.校企合作项目化教学实践中(VR)虚拟现实技术的应用［J］.中外企业家,2020,676(14):158-158.

［2］林钰川,沙丽娟,梁红.电工电子实践教学与信息技术融合研究与实践［J］.信息系统工程,2019(6):167-168.

［3］石愿雄,郑全新.论实践环节在电工电子技术教学中的作用［J］.南方农机,2020,344(4):90+108.

［4］谢宝成,史磊.虚拟现实技术在电子类专业课程教学中的应用研究［J］.当代教育实践与教学研究,2019(24):10-11.

作者：沈琳 单位：福建商贸学校机电系