VR技术在工程管理专业教学中的应用研究

2022-09-12

在当前工程领域的发展背景下, 我国社会对工程人才的综合素质、知识与能力的要求不断提高, 传统的工程教育模式已达不到人才培养的需求, 在教学内容、教学方式与组织等方面亟待突破。随着虚拟现实、云计算、人机交互、人工智能等技术的进步, 为高等工程教育奠定了全面发展的基础[1], VR技术与教育的结合将是高等工程教育的必由之路。

一、基于VR技术的教育系统

VR技术是一种将多源信息进行融合、交互的三维动态视景和实体行为的系统仿真, 通过计算机仿真系统创建虚拟世界, 生成模拟环境, 使用户观看或沉浸体验该模拟环境。

美国率先建立了可供全美国使用的VR教育系统, 欧洲的一些学校也已经开始使用VR技术进行工程教育。在我国, VR技术及其教育系统的研究和应用起步较晚。清华大学、复旦大学、上海交通大学等高校研发了虚拟仪器系统用于教学和科研, 但主要使用于高校的研究性和探索性教学, 整体普及率偏低。

在教学中, 目前虚拟现实系统的应用主要可分为以下三类:桌面虚拟现实系统、沉浸式虚拟现实系统、分布式虚拟现实系统[2]。其中桌面虚拟现实系统主要是VR立体图形显示、效果显示、人机交互等。沉浸式虚拟现实系统是利用头盔显示器为参与者提供沉浸式的体验, 利用数据手套产生虚拟触动感, 同时, 沉浸式虚拟现实系统采用语音识别器让参与者对系统主机下达操作命令, 并利用参与者身体各部位跟踪器的追踪, 使系统达到实时性操作。

分布式虚拟现实系统是多个用户利用网络同时参加一个虚拟现实环境, 通过计算机和网络对虚拟环境进行观察和操作, 以此实现与其他用户的实时信息共享、互动及交互[3]。

二、VR技术在工程管理专业教学中的应用

工程管理专业是一个综合性与实践性要求较高的学科。在卓越工程师、创新创业、新工科等人才培养的背景下, 在专业人才输出时需达到专业基本素质和专业的基础知识, 同时还需满足工程技术能力和创新能力。故本专业急需结合VR技术进行教学的改革, 从而实现沉浸式、交互式学习及研究, 达到人才培养中专业知识与实践的体验、训练、交流、探究及创新的效果。

VR技术可应用于工程管理专业的课程教学、课程设计、实训实践及科研创新等方面。具体应用如表1所示。

基于VR技术的工程管理专业的教学模式, 相比传统的教学模式具有下列优点:

第一, VR技术打破传统教学时空与资源的限制, 可以结合传统课程教学、课程设计等开展教学活动, 可利用网络平台进行在线教育及远程教学, 构建优良的学习环境, 形象生动地表现教学内容, 高效地营造虚拟教学环境、展示学习模型、漫游设计作品, 调动学生的学习积极性, 实现情景化学习、协作学习, 提高学生掌握知识、技能的效率, 优化教学过程, 从而提高教学质量。

第二, VR技术亦可以创设实践、实训及创新的模型或情景, 实现学生专业技能的模拟训练、创新实践等活动, 提高学生的工程能力与创新能力。

第三, 基于VR技术开发教学型益智游戏, 有效地激发学生的学习兴趣, 引导学生主动学习, 培养学生的策划、组织、控制、协调的综合能力。

第四, VR技术可大幅度减少工程管理专业在现实空间中训练操作的困难和危险, 亦可以降低教学、实践与科研活动的成本。