工程力学网络教学中虚拟现实技术的应用研究

工程力学网络教学中虚拟现实技术的应用研究

岳建彬

（广西建设职业技术学院，广西南宁市530007）

基金项目：本文为广西高等教育教学改革工程一般A类项目“虚拟仿真技术在高职工科专业基础课教学改革中的应用研究—以力学与桥梁结构为例”(编号:桂教高教［2014］15号、2014JGA336)的研究成果

摘要：工程力学对于相关的教学专业而言，是一门实践性较强的基础学科。学生在学习的时候，需要进行大量的相应的实践实验。但是在实际的学习过程中，很多抽象的知识令学生感觉这是一门学习难度系数较高的学科，导致学生的学习效率不高。随着现代化信息技术的快速发展，在工程力学的教学过程中，将传统的教学方式与现代化信息技术结合，将会产生良好的教学效果。本文对工程力学网络教学中虚拟现实技术的应用进行了详细的研究。

关键词：工程力学；网络教学；虚拟现实技术；应用

现代化网络信息技术在各行各业都得到了广泛的应用，为了更好地适应社会的发展，一种新型的虚拟现实技术被研发出来。在教育领域中，教师将多媒体技术与现代化网络技术引入到教学中，在一定程度上改善了传统教学的弊端，有效的提升了教学质量和教学效率。但是，对于某些抽象的、实践性较强的学科而言，如工程力学，这些教学手段往往是不够的。虚拟现实技术的出现，为工程力学的网络教学增添了新的教学手段，也能够更好的进行实践教学。

一、虚拟现实技术

虚拟现实技术（VirtualReality，简称VR）是一种新型的计算机仿真技术，通过计算机将多种信息，例如三维空间立体图像、音频、文字等融合到一起，构建一种模拟环境，使人们能够更加真实的观看到三维动态视景，从而有一种更加真实的体验感^[1]。虚拟现实技术主要由以下不同的系统构成，包括：声音合成器、语音识别器、头盔显示器、触动觉系统、3D声音定位器、跟踪器、虚拟现实发生器、数据手套和虚拟现实数据库等。目前，虚拟现实系统主要可分为三大类，分别是投影VR系统、桌面VR系统和可穿戴式的VR系统。

虚拟现实技术是利用计算机而创造的一种多维立体空间，在该虚拟世界中，虚拟现实系统通过对各种信息功能的技术处理，使人们能够获得更加逼真的体验。在其中，自主性、存在感、多感知性和交互性等在实际生活环境中的特性都能够表现出来。自主性，是指在虚拟世界中设计不同的物体，其运动规律实现的程度。存在感，是指体验虚拟现实技术的人在虚拟的环境中，对周围的环境不产生质疑，达到虚拟世界就是真实世界的感觉认知。多感知性，是指在虚拟现实环境中，人们不仅能够体验到现代科技的强大，将设定的三维立体空间设计的如此逼真，还应该享受到更多的感受，如嗅觉、触觉、听觉、味觉、力觉和运动感等^[2]。交互性，是指在虚拟环境中，人为行动的实践能力和相应信息的反馈能力，这种特性也是众多计算机技术中最关键、最重要的一个特性。

虚拟现实技术广泛地应用在教育、建筑和娱乐等不同的领域中，通过计算机技术建立的虚拟网络系统，为不同的用户提供不同的共享虚拟空间环境。

二、工程力学的教学现状

工程力学是一门设计范围较广的学科，在众多的工科领域中，它是一门基础学科，具有较强的实践性、创新性、通过性、工程性和理论性。面对社会快速发展需要大量相关专业人才的现状，加强在学校对学生基础理论知识的教育和相应的实验实践动手能力教育是十分有必要。目前，高职教育中工程力学的教学主要包括静力学、材料力学、结构力学等三部分。在教学环节中，相应的设计了实践教学和理论教学，其中实践教学包括认识实习、生产实习和课程设计等^[3]。在工程力学的教学中，虽然进行了相应的教学改革，但是依旧存在各种各样的问题。

例如。教师在进行教学的过程中，缺乏系统、规范的教学方案，并且在教学的过程中将重心放在了对理论的教学上，从而忽略实践教学的重要性。教师在进行理论教学的过程中，对一些传统的教学模式进行了相应的优化和改进。在课堂的教学中，教师通过多媒体技术进行相关知识的讲解，提高了课堂教学质量。另外，面对新课改的教改要求，以及社会环境的发展趋势，教师在进行理论教学的过程中，准确的认识到自己的角色定位，将学生放在课堂的主题地位，通过积极地引导学生进行相关问题的讨论，从而更好的使学生掌握相关的理论知识。通过网络对学生进行课前预习和课后复习的教学，进一步提高学生的学习效率。但是，教师在工程力学的实践教学中，由于受教学条件或其他因素的影响，学生很少能够进行各种各样的实践活动，缺乏将理论转换成实践行动的能力。

三、虚拟现实技术在工程力学网络教学中的实际应用

虚拟现实技术在工程力学的网络教学中具有十分重要的作用。根据工程力学中的相关数据进行建模，通过建立一个虚拟的模拟实验室，令学生能够更加真实的进行各种各样的工程力学实验，提高实践动手能力，将理论学习的知识转化成实践当中的应用。在虚拟实验室中，存在大量的素材，进行材料力学实验的时候，有铸铁、不同型号的碳钢、铜、铝等不同材料；在进行振动实验的时候，实验仪器有示波器、信号发生器和功率放大器等。在虚拟实验室的系统建设中，涵盖了较多的软件系统，如Ansys和3DMAX等。

在实验室的虚拟建设中，要尽可能地创建可交互、可视化的三维虚拟场景。学生在实验室中心进行不同实验的时候，到实验中心指定的区域进行规范的操作，将任何可能发生的现象模拟出来，从而使学生具有更加真实的体验感。

工程力学中有这样一个知识点——影响线及其应用，通过建模进行虚拟的模拟，学生在虚拟世界中能够更好地理解和掌握单位荷载移动时支座反力和截面内力的变化规律，从而更好的理解如何用静力法作影响线和用机动法作静定梁的影响线。此外，学生在进行不同材料的断裂韧性测试的时候，通过万能拉伸机对各种材料进行试验，从而对比不同材料之间的性能区别。通过虚拟实验室，学生能够进行各种实验，通过逼真的实验室使学生具有真实的感觉。

结束语

虚拟现实技术在工程力学网络教学中具有十分重要的意义，通过建设虚拟实验室，可以在很大程度上解决实际教学的缺陷，例如受实验条件的影响、受教学时间的影响、受实验教学经费的影响等。虚拟实验室的建设为工程力学的教学提供了更好的帮助，不仅能够提高教学质量，还可以极大程度的调动学生的学习积极性，通过积极认真的参与工程力学中相关的实验课程，从而提高实际的动手能力，将理论知识转化成实践。

参考文献

[1]赵玉凤,张福豹,于水,顾燕,金亚云,程洋,许宁萍.基于工程应用与创新能力培养的工程力学课程教学范式改革初探[J].科技风,2019(03):21.

[2]张继超.试议如何在工程力学教学中培养学生实践及创新能力[J].科技资讯,2018,16(36):218+220.

[3]斯日古楞,刘铁军.浅谈工程力学课程中引入实践视频教学的思考[J].科技风,2018(33):49.

[4]李健,王海明,李凤娟,席宣宣,周岭.云教学支撑下的《工程力学》翻转课堂教学模式探索[J].科技视界,2018(04):67-69.

作者简介：岳建彬（1983.09-），女，内蒙古赤峰市人，硕士研究生，副教授，道路桥梁工程教学研究。