袁卫华
保定电力职业技术学院 071051
【摘要】随着科学技术的不断发展，基于VR虚拟现实技术的应用越来越广泛，而基于游戏情境的VR虚拟现实技术应用于《变电运行》仿真实训课程尚属首例，本文通过介绍VR虚拟现实技术与游戏情境的新一代《变电运行》仿真实训课程的创新与应用，为基于VR虚拟现实技术自主激励的高职教法探索了一条新路，值得推广与应用。
【关键词】虚拟现实技术 游戏情境 混合教学
前言
《变电运行》课程是电气类专业的核心课程，学院开发了变电运行仿真教学软件，以满足教学需要，近几年以来由于种种原因教学过程及效果并不理想。众所周知，高职教育改革已进入深水区。课堂教学模式在新的职教理念引领下，发生着深刻快速的迭代演变。试问，什么样的课堂才是零零后高职学生既喜闻乐见而又学有成效的课堂呢？职教心理学研究表明：高职学生喜欢实操动手的学习方式，喜欢有序体验式教学，喜欢电子游戏和网络互动的现代元素，喜欢展现个体个性和实现团队价值。同时自控能力差，主动学习意愿降低，倦学畏学。在一般的仿真课和传统课上，经常出现一部分同学趴桌子睡觉、玩手机、或只看不做。这些状况需要教师要花更多精力进行课堂管控，并影响教师心态和感受，从而产生不断累积的负面反馈。
因此，如何调动学生兴趣，满足学生的个性化学习，提升实际效果，是对新一代仿真软件系统提出的新要求。
1、原有仿真软件效果不能满足新时期实训教学需要
目前现有的变电运行仿真教学软件，存在的诸多缺陷：1）没有分阶段学习，一开始就让学员学习难度比较大的倒闸操作、设备巡视、事故处理等知识，导致学员对仿真软件上手入门困难；2）大多是枯燥的单人任务练习，学习过程比较枯燥、学员之间不能相互互动，导致学员学习兴趣不高；3）只能通过PC电脑画面展示和交互，展示设备比较单一，不能让学员获得电力设备操作的真实手感和操作过程的反馈。
如何提升仿真软件的趣味性，资源可选的丰富性，满足激发学生的个性化学习，成为新一代仿真软件系统真正需要解决的问题。
2、虚拟现实《变电运行》仿真实训课程创新点
基于3D游戏情境的VR虚拟现实技术仿真软件实训系统大胆探索游戏式教学模式，在虚拟现实仿真教学实践中走出了一条创新之路。
1）真实高清3D仿真
基于3D游戏情境的虚拟现实技术变电运行仿真实训系统高度贴近真实现场，依据教学需要开发。系统开发过程中，以真实的500kV变电站为原型，采用无人机航拍、激光雷达点云扫描、VR全景摄像、高清相机拍照等方式拍摄照片上万张，聘请一线专家加入开发团队。
2）多类硬件完美协同
国内首创VR仿真软件系统兼容多个硬件平台。VR头显实现沉浸式现场学习，多人互动分角色虚拟现实操作，服务于提高教学质量和效果最终目标。
3）微课资源助力导学
3D高清实景平台展示详尽的设备原理和内部结构。平台制作了多个电气设备的微课，便于学员自学、自练。
4）虚拟现实增强体验
VR虚拟场景和现实设备实现无缝切换操作，实现深度沉浸式变电站巡视与操作。系统开发了电力教学倒闸操作虚拟现实教学柜，已获得国家实用新型专利。它将虚拟与现实结合到一起进行教学。VR虚拟和现实结合的应用，将隔离开关、灭火器等真实设备做成模型，学员在VR眼镜中看到现实中放置的模型，学员移动到模型前，可以进行互动操作。
5）游戏激励寓教于乐
创新教学和游戏有机结合，多重价值激励调动学生兴趣。
系统中游戏化教学功能设定男、女性别角色的人脸形态、服装形式、安全帽形式等。每个学员的角色都有自己的生命值和受伤记录，可以获取排障大师、巡检达人等人物形象激励学员学习。系统内设有学员等级系统、天气系统、彩蛋系统、积分排行榜、名人堂等，即增加了趣味性，又激发了学员们的好胜心和求知欲。
6）多种考核评价教学
全面、多样化的考核机制。系统记录学员在平台中的每一个操作，并自动评分，最终形成每一位学员的详尽的培训大数据。包含学员的倒闸操作、设备巡视、故障处理等操作数据，方便老师快速、全面了解每位学员的学习情况和学习进度。
3、虚拟现实《变电运行》仿真实训课程教学应用成效
1)混合教学，提升教学效果
基于3D游戏情境的VR虚拟现实《变电运行》仿真实训课程实现了对变电站运行基本知识和技能的全新教学模式探索。采用了项目引导下任务驱动、线上网络资源及微课资源与仿真系统相结合的广义混合教学模式、新手引导自学与教师辅导相结合和探究知识点与游戏情境奖励任务相结合的教学模式。通过对应用两个班级问卷调查的数据表明：学生对该系统满意度达到90%，学生喜欢这种教学方式，主动性明显增强，教学效果很好。教师教学方式更加灵活，可调动资源更加丰富，实训任务与考核更加有趣有效。这也是广义混合教学的一种新探索。
2）阶段及游戏激励，提高学习兴趣
基于3D游戏情境的VR虚拟现实技术变电运行仿真实训系统包含学习单元和评价单元。其中学习单元包括1）微课学习模块2）单项知识点学习模块3）综合考核模块4）团队协作模块，四个模块采用循序渐进的学习方式，帮助学员建立变电站知识点框架，降低了变电运行仿真软件的学习难度，提高同学们的学习兴趣。同时分阶段学习，降低了学习难度，平滑了学习曲线，缓解部分学生倦学厌教的难题。
变电运行仿真实训系统在一个（游戏）情境，三重激励（经验值，勋章，名人堂），五种模式（自学，战队，互动，教练，考核）的“一三五”创新规划，大大激发了项目团队的创新激情和智慧，课程组教师与企业开发人员紧密配合，边建边用，不断测试完善，升级版本，积极探索“游戏场景，虚实结合，自主激励” 的生动活泼的实训教学模式，不断优化项目化教学，并同步进行系统性师资培养、课程改革、教材建设，取得了一些成果。
3）虚拟现实设备，提升技能实训
倒闸操作虚拟现实教学柜根据当前操作票，动态模拟倒闸操作过程中的隔离开关操作箱、断路器汇控柜、保护屏压板、保护屏空开，学员在具有真实手感的虚拟现实倒闸操作教学柜上动手操作，操作信号通过网络传递到教师PC电脑，教师PC电脑对操作信号和虚拟画面的仿真逻辑进行计算，将仿真结果图像输出到半沉浸式液晶拼接大屏幕上进行展示，在半沉浸式液晶拼接大屏幕上观看由虚拟仿真模块模拟的隔离开关的合分闸动画、空开的合分动画、保护屏压板的投退操作结果。实现了将不方便用实物模拟的电力设备，采用操作现实设备和动画虚拟仿真图像模拟两者结合的方式，最大限度提高倒闸操作教学模拟的逼真度和体验感，为电力教学的重大突破。
4）模拟现场，提升职业素质
变电运行仿真系统模拟现场工作和操作环境，多人VR的倒闸操作、虚拟与现实教学柜的应用，真实再现变电站值班员工作场景，提高了学生团结协作能力、发现问题分析问题的能力；多人VR的消防演练及多人VR的变电站事故处理，提高了同学们的安全意识和自我保护意识，加强了职业能力的认知，提升了职业素质。
基于3D游戏情境的VR虚拟现实技术在《变电运行》仿真实训课程的应用填补了“变电运行仿真教学的虚拟现实游戏互动技术”发展的空白，教学设计及手段具备国际领先，国内一流的水平，为基于VR虚拟现实技术自主激励的高职教法探索了一条新路。
【参考文献】
[1] 李福生，邱冠文，吕春艳. 现实与展望：虚拟项目化实践教学与大学生自主学习激励机制研究[J]. 教育教学论坛, 2016. 3-12
作者简介：袁卫华（1972—），女，河北保定人，本科，保定电力职业技术学院，副教授。