VR 技术在船舶分段装配实训教学中的应用

黄晓雪，齐蕴思

渤海船舶职业学院，辽宁 兴城 125105

1 VR 技术在实训教学中的作用和意义

传统的实训教学大多是在校内或校外的实训场地进行，而船舶分段装配实训教学的过程在很大程度上存在一定的弊端：首先是学生去校外实训基地的交通不便利，对于人力物力要求比较大，而且会对船厂实际工作产生一定的影响；其次，教学对于校内的实训基地要求比较高，校内实训基地存在一定的与船厂实际生产脱节的现象，导致学生的实训效果达不到预期要求，不能满足先进化的生产需要；再者，在传统的船舶分段装配仿真实训过程中，需要消耗大量的耗材，浪费了大量的人力物力。因此，将VR 技术融入船舶分段装配仿真实训可以在避免以上问题的同时，打破时间空间的限制，课上课下随时随地进行练习，并且通过虚拟场景的搭建，学生可以重复练习、反复练习，通过这种方式在很大程度上降低了人力物力的消耗，节约了实训教学的成本[1]。

2021 年8 月4 日，教育部正式发布《关于公布职业教育示范性虚拟仿真实训基地培育项目名单的通知》 （教职成司函〔2021〕35 号），渤海船舶职业学院“船舶智能制造虚拟仿真实训基地”成功入围国家职业教育示范性虚拟仿真实训基地培育项目。学校以此为契机，将现代的信息技术与传统的实训教育教学相融合，继续优化完善虚拟仿真实训基地建设，从根本上改变传统职业教育实训教学中存在的进不去、看不到、成本高、危险性大的问题，通过育训结合、虚实结合、科学创新等方式，推进教学能力和人才培养质量的全面提高，助力学校提质培优、赋能发展。不仅如此，在虚拟仿真实训基地的建设过程中，实训基地的建设时刻以社会和市场的要求为建设目标，运用新思路、新机制、新模式进行实训基地建设，建设过程中将资源进行统一整合，努力探索出一种以学校为主体、校企协同合作、具有行业特色的实训基地建设新模式，构建校企合作的桥梁[2]。因此，船舶智能制造虚拟仿真实训基地便为VR技术在船舶分段装配仿真实训教学中的应用提供了极大的便利条件。

近些年，伴随着高职院校学生招生数量的提高和社会培训能力的增强，高职院校实训设备也在逐步改善，但是实训设备的数量还是难以保证日益增长的培训数量。不仅如此，由于师资的限制和耗材的损耗，实训室并不能24 小时开放，以上原因无疑造成了实训教学的薄弱，很大程度上影响了学生的职业技能和专业素养[3]。因此，各学校可以开放共享虚拟实训中心，有效改善实训教学中存在的以上问题，切实提高实训效率和质量。基于此，VR 技术应运而生，这里的“VR”是Virtual Reality 的缩写，它的含义是虚拟现实技术，所谓的虚拟现实技术是指利用计算机仿真技术进行虚拟世界的创建和体验，实现人机交互式的立体化、三维化动态视景仿真，使用户沉浸到虚拟现实的环境中去感受现实行为。

现阶段高职院校人才培养的主要目标是培养一批集生产、建设、管理、服务等能力于一身的一线高素质技能型人才[4]。高职院校在教学过程中要注意学生实践能力的培养，使学生重点掌握专业技能，从而实现提高其实操能力的目的，使学生在毕业后能够迅速进入船厂的工作角色，体现职业教育的本色，以在专业竞争中处于领先地位。船舶分段装配虚拟仿真实训系统是传统实训教学的补充和提高，它还可以根据现阶段船厂的真实制造工艺同步进行改善[5]。通过在第三方软件上建立虚拟环境，学生可以通过登录软件进行在线学习，实现人机交互；也可以把在实训教学实践课堂中没有来得及掌握和完成的实训项目在课后任何时间进行虚拟重构，从而对现有实训教学起到巩固和训练的目的。

2 VR 技术在船舶分段装配实训教学中的应用

船舶分段装配虚拟实训平台是传统实训教学的有效补充，通过将真实场景融入虚拟实训平台，可以将教学视频和动画等虚拟资源进行上传，同时还可以建立可交互的虚拟情境，通过这些虚拟资源的建立，学生可以随时随地通过第三方软件登录系统进行船舶分段装配实训的学习[6]。

为了解决船舶工程技术专业在教学实践中交互感不强和实训效率低的问题，设计并实现一个基于VR 技术的船舶分段装配仿真实训系统。首先对船舶分段装配仿真系统功能进行分析，设计合适的系统技术架构，然后利用三维建模技术对物体对象进行建模和设置材质，利用3D 引擎平台构建虚拟场景，结合VR 设备和数据库等技术扩展脚本组件实现交互功能，最后将应用部署到VR 一体机设备。应用结果表明，船舶分段装配仿真实训系统具有沉浸感，交互效率高，提升了教学实践的实训效率。

船舶分段装配仿真实训系统主要有以下功能：登录、虚拟场景演示、漫游效果、组立装配、分段合拢、学情分析等。

登录。学生可以通过输入自己的账号和密码进行船舶分段装配仿真系统的登录，登录后，系统可以记录学生每一次的操作和信息，为之后学生实训效果的考核提供一定的信息基础。

虚拟场景演示。学生可以佩戴虚拟设备，通过虚拟设备的视角，犹如置身于船厂中，可以感受到真实的船舶分段装配环境，使虚拟实训的仿真效果更加逼真。

漫游效果。该效果可以通过让学生控制虚拟设备，实现在分段装配的虚拟建造车间进行移动、视角切换等功能，全角度对船舶结构进行观察。

组立装配。学生利用自身的手部运动交互操作模拟对组立进行装配等一系列操作，实时完成组立装配工作。

分段合拢。通过VR 设备手柄交互式操作控制分段在船台的时间，准确把握分段在船台上合拢的时间和生产节点，在操作过程中随时对发现的问题第一时间进行调整。

学情分析。通过第三方软件可以随时采集学生学习的数据，并将实训日志的操作记录和实习成绩实时输出，有利于教师在第一时间针对不同学生进行个性化教学。

3 应用效果

通过对基于VR 技术的线上线下船舶分段装配虚拟仿真实训教学系统的研究发现，系统用三维可视化、可交互的方式代替传统相对僵化、偏理论的实训教学，解决了以往教学中存在的问题，同时降低了教学成本，提升了教学质量，具有良好的现实意义及推广价值。随着我国现阶段船舶行业的发展和壮大，对船舶工程技术专业的人员需求也越来越高，培养的毕业生不仅需要理论知识过硬，而且对专业技能要求更高，所以为了适应高职人才需求和教学现状，需要从根本上提高实训教学的质量，改善实训教学资源有限、实验室设备维修保养成本过高的问题，进而推动VR技术在船舶分段装配实训教学中的应用，进一步促进职业教育信息化。采用问卷调查法、个案研究法等对虚拟技术在船舶分段装配实训教学中的应用效果进行分析，通过调查研究显示，学生对于采用VR 技术的船舶分段装配实训感觉比之前的校内、校外实训教学效果好，技术技能水平得到了有效提升。

4 结束语

立足高职船舶工程技术人才培养现状，从将VR 技术引入船舶分段装配虚拟仿真实训教学的角度开展实践应用研究，根据现有实践情况和效果，对未来推进VR 技术在船舶分段装配仿真实训教学的进一步应用提出以下建议。

第一，为高职船舶分段装配虚拟仿真实训教学量身定做一套教学程序。通过调查研究得知，现阶段无论是国内还是国外针对船舶分段装配的虚拟仿真训练的教学系统非常少，且各个高校教师采用的教学系统并不相同，大家缺乏统一的教学程序来做借鉴，所以，在进行船舶分段装配虚拟仿真实训系统设计的时候要参考一线教师的实践教学经验，让系统的设计有助于教师和学生的友好互动。

第二，为船舶分段装配虚拟仿真训练教学设计一套评估量表。通过德尔菲法和层次分析法，对一线理论教师、一线实训教师和优秀学生进行调研，最终建立一套适合高职船舶分段装配虚拟仿真实践教学的评估量表，可为船舶分段装配教师进行虚拟考核提供有效参考。