VR技术在化工自动化专业实践教学中的应用.pdf
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1、No.4Vol.35Journal of Shijiazhuang University of Applied Technology第3 5 卷第4 期Aug.20232023年8 月石家庄职业技术学院学报文章编号:1 0 0 9-4 8 7 3(2 0 2 3)0 4-0 0 7 8-0 3VR技术在化工自动化专业实践教学中的应用刘芽南la,李娅飞,孟然平lb,程普1 b,申子超1 b(1.河北化工医药职业技术学院a.教务处;b.机电工程系河北石家庄050026;2.河北轨道运输职业技术学院机辆学院,河北石家庄052165)摘要:VR技术在实践教学当中的应用增加了真实感,提高了趣味性,降低了
2、实训室建设成本,提升了教学质量.但是VR技术运用于化工自动化专业实践教学也面临挑战.需提升化工自动化专业实践教学VR技术成效,构建开放型的虚拟实训资源学习平台,完善虚拟仿真实训考核评价体系。关键词:虚拟现实;化工自动化专业;实践教学中图分类号:G718.5文献标志码:AVR为VirtualReality(虚拟现实)的简称.较有代表性的主要有美国北卡罗莱纳大学于1 9 9 2 年成立的VR技术与教育实验室,该实验室专门用于评价VR对于教育的影响1 近年来,国外学者一直在研究如何在教育中更好地利用VR技术,2 0 1 4 年文献 1 提出应该在远程教育中推广应用虚拟现实技术;文献 2 对教学中应用
3、VR技术进行了研究,发现在教学过程中VR技术可以有效地提升教学效果.本文探索如何有效地将VR技术应用于化工自动化专业实践教学。1VR技术在职业教育实践教学中的应用在中国知网以“虚拟现实&与实践教学”为主题词检索2 0 1 8 2 0 2 2 年相关论文,共检索到7 1 3篇,主题主要涉及教学模式、教学改革、实践教学、职业教育等,涉及学科主要为高等教育、职业教育、教育理论与教育管理、中等教育等。检索论文的研究结果显示,大部分院校乐于在实践环节引人虚拟现实技术,而虚拟现实技术的应用有助于学生进一步熟悉实训环境,了解实训步骤,验证实训结果,并且虚拟现实技术的应用进一步提高了学生的学习兴趣,激发了学习
4、的积极性和主动性,一定程度上弥补了实训设备不足的缺点,有效提高了实训环节的教学质量。(1)增加真实感,提高趣味性将虚拟现实技术引人化工自动化专业实践课堂中,学生就能通过一台设备感受到真实生动的仿真实训环境。学生通过操作,能够积极参与到实践教学中,这样既能够增加课堂学习的趣味性,又能提高学生自主学习的投入感.VR实训教学环境见图1.行业动态区论学习区图1VR实训教学环境(2)搭建虚拟平台,降低实训室建设成本利用VR技术搭建虚拟平台,具有成本低廉,占地面积小,利用率高的特点,并且还可以多次反复练习.利用虚拟现实设备进行实训,既有利于学生实训水平的提升,又可避免实践环节中的物料损坏,有利于降低成本。
5、收稿日期:2 0 2 3-0 4-2 7基金项目:河北省高等学校人文社会科学研究项目(SZ2022006)作者简介:刘芽南(1 9 8 9-),男,河北化工医药职业技术学院工程师,硕士,研究方向:职业教育、自动控制、电工电子。第4 期刘芽南等:VR技术在化工自动化专业实践教学中的应用79(3)知识单元过程化呈现,提升教学质量应用虚拟现实技术,将知识的展现形式从教师讲的单一平面转换到了多维的立体面,抽象的知识变得具体形象化,并且可以实现知识单元过程化呈现,这是真实实训设备难以做到的。例如,釜式反应器在化学工业中应用十分普遍,在有机染料、农药等行业中用于碳化、硝化、转化、卤化等反应中也极为普遍,而
6、反应温度的测量和控制是实现釜式反应器最佳操作的关键.釜式反应器温度控制是化工自动化专业实践教学中化工生产实训的重要内容.任何一个化学反应均要求合适的反应温度,而最适宜的反应温度要综合考虑化学反应速度、化学平衡和催化剂活性等.在实际化工生产中,为了控制反应釜内化学反应的温度,通常采用控制进料温度、控制传热量及串级控制的方法.但在反应釜温度控制的实训环节中,受原材料、设备及授课安全的限制,往往教师在讲解后不进行实际演示,学生无法亲身体会温度对于反应釜内化学反应的实际影响,对相关内容理解不够深人。采用VR技术,可以让学生在虚拟环境中通过自已动手操作调节反应釜内的温度,切身体会到加入定量的加热剂或冷却
7、剂后,由于反应釜容量大或聚合釜物料黏度大,产生的温度迟滞现象,导致反应釜难以达到严格的温度控制要求的情况.在化工自动化专业实践课程中应用虚拟现实技术,可以克服化工生产过程的缺点,使学生学到的知识不是局限于教师的讲授,而是来源于自已的亲身感受,提高了教学的真实性,加深了学生的理解,提高了教学质量.具体过程和效果见图2.感知调动视提高专业技能VR听触觉,教师教学内容虚拟提高学沉浸、虚拟仿真情境理解习兴趣,学生激发自主学习巩固动机图2采用VR技术过程与效果示意图(4)教学内容可实时更新,有利于对接行业前沿技术利用虚拟现实技术可随时调整教学内容,便于日常实践教学紧跟产业最新需求及行业最新生产工艺,使化
8、工自动化专业的实践教学内容与行业的最新发展紧密对接,减少行业发展与学校教学的差距,有利于为化工自动化行业输送更多高质量的技术技能人才.22VR技术运用于化工自动化专业实践教学面临的挑战VR技术在化工自动化专业实践教学中的应用取得了成效,展现了优势,但也面临一些挑战,(1)虚拟现实化工自动化实训系统性能有待提高虚拟现实技术是将实际的生产工艺进行虚拟化,但是与实际的生产工艺仍然有一定的差距.例如,实际的化工生产车间,最终的产品是否达到国家、行业标准是很多内外部因素共同影响的结果,而现阶段所研发的虚拟现实技术操作都是按照理想的生产环境开发的,并没有将外界所有的影响因素考虑在内,这是虚拟现实技术实际应
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