虚实融合技术视角下的实训教学研究

现代科学技术飞速发展，技术改变着世界，改变着人类生活的方方面面，与上述哲学视角不同，技术视角下虚实融合是具体的，它往往聚集在“物”的层面上，通过软件与硬件的有机融合实现，并朝着产品化的方向发展。

从源头及发展的路径上看，虚实融合主要发端于以下三个方面。

1.图形图像技术

1963年，计算机图形学诞生，其后图形图像技术得到快速发展。计算机图形学主要研究如何在计算机中表示图形以及利用计算机进行图形的计算、处理和显示。计算机图形学的发展促使虚拟现实技术出现，并使之朝增强现实技术等方向发展，进而推动虚实融合技术的发展。

（1）虚拟现实技术。虚拟现实技术是在计算机图形学等理论基础上产生的。虚拟现实（virtual reality，VR）是指由计算机实时生成一个虚拟的三维空间，这个三维空间可以是微观世界中的分子，也可以是宏观世界中的真实社会空间，它可以达到乱真的程度，用户可以通过一些设备与虚拟的三维空间中的景物进行互动，获得各种体验，也因此产生身临其境的感觉。虚拟现实技术一出现，就得到了广泛运用，特别是在医疗、军事、建筑、艺术等领域。虚拟现实技术正改变着我们的生活。

（2）增强现实技术。增强现实（augmented reality，AR）是在VR基础上发展的，是通过计算机提供各种信息，增加用户对现实世界的感知的技术，其基本原理是将计算机生成的虚拟物体、场景和提示信息叠加到真实场景当中，从而实现“现实增强”。这一技术具有两个主要的特点：第一是虚实结合，它可以将显示器屏幕扩展到真实环境，通过对现实目标叠加虚拟景象产生类似X光透视的增强效果；第二是实时交互，它使交互从精确的位置扩展到整个环境，从人面对屏幕交流发展到人将自己融于周围的环境与对象当中。增强现实技术在国外发展很快，但是在国内整体上还处于发展的初始阶段。

（3）虚实融合技术。利用增强现实技术可在现实世界中增添真实情况下并不存在的物体，在有的领域（如医疗），AR系统需要保持虚拟信息与真实信息之间的差异性，以便用户（医生）方便快捷地做出诊断，但是在其他的一些领域，则需要保持虚拟信息与真实信息在视觉上的一致，以便让用户体验到身临其境的感觉。^[16]虚实融合技术正是在这样的需求下产生的，它是指通过各种技术手段，实现真实世界与虚拟世界的无缝融合。这一技术正处于发展当中，并已开始在各个领域获得应用。

从图形图像技术发展的视角看，实现视觉上虚拟世界与现实世界无缝连接的虚实融合技术在教育领域特别是在职业教育领域显示出巨大的发展前景，但是由于技术以及成本等方面的原因，目前还处于试验阶段。

2.机电一体化技术

机电一体化（mechatronics）概念，由日本企业界在20世纪70年代提出，是指机械技术和电子技术的有机结合，这一名称得到了包括我国在内的许多国家的认可。随着计算机技术的推动，机电一体化技术获得了前所未有的发展，成为一门综合计算机与信息技术、自动控制技术、传感检测技术、伺服传动技术和机械技术等交叉系统的技术，目前正向光机电一体化（opto-mechatronics）技术等方向发展，应用范围越来越广泛。(www.xing528.com)

在制造业领域，机电一体化技术的发展带来了生产工具的革命性变化，仅就机械产品加工而言，近年来就走过了数控机床、加工中心、柔性加工中心等技术发展阶段，实现了加工过程的自动化与智能化，产品技术也具有了越来越多的虚实融合的特征。与其他教学领域不同，在职业教育教学领域，最先进的技术与设备总是能较快地进入实训教学的场所，成为实训教学环境的一部分。从浙江省的情况看，近年来，随着职业教育现代化建设工程的实施，各地的设施设备不断完善，在实训教学环境中随处可见用于真实生产的先进设备，大型的加工中心也屡见不鲜。

机电一体化技术应用的一个重要领域是教学设备，特别是实训教学设备。这类实训教学设备一方面是对真实设备的模拟，另一方面通过有针对性的设计与开发，形成了专门性的实训装备，在技能比赛及技能考核等领域获得了广泛的应用。从技术特征上看，其最重要的功能是通过电子技术及软件技术生成虚实融合的任务，这样的任务一般源于真实的工作任务，但是虚化了材料等要素，因而具有节能环保等特点，同时，这样的实训装备保留了部分“真实”，可以支持操作者获得相对真实的操作体验，结合数字化技术，更能提供一定的场景，帮助学习者感受情境。针对学习的需要，此类实训设备具有过程记录的功能，并能评判操作的结果。

正因为如此，类似的虚实融合实训设备在各专业教学中获得了广泛应用，从支持教学的角度看，它们具有可控性强、安全性高、成本低等突出的优点，这也是教学成为虚实融合技术应用最广泛的一个领域的原因。

3.物联网技术

物联网（internet of things）技术的核心与基础是互联网技术，它是在互联网技术基础上发展起来的一种网络技术，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，可以实现信息交换与通信。物联网技术的定义是，通过射频识别（radio frequency identification，RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描等信息传感设备，按照约定的协议，将任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、追踪、监控和管理等功能的一种网络技术。

物联网技术的概念于1999年被提出，2005年被普及，2009年物联网开始大发展。在物联网技术方面，我国研发水平处于世界前列，具有先发优势和巨大影响力，同时我国也是国际标准制定的主导国之一。

物联网的意义在于突破了将物理设施与IT设施分开的传统思维，把现实的世间万物与虚拟的互联网络有机地整合起来，形成一个整体，这本身就是一种虚实融合。因此，物联网一出现，就在各行各业取得了广泛应用，在教育领域也开始显示出远大前景。有研究者认为，随着物联网技术与应用的逐步发展，建立在物联网基础上，通过internet把特定功能的传感器连上电脑，可将现实世界与虚拟世界有机结合，构成虚实融合的学习环境。目前，这样的学习环境开始应用于学校教育，在研究性学习、体验性学习方面取得了明显的成效。

在实训教学领域，物联网技术的应用有着特别的前景。实训教学需要学习者与各种物品互动，产生信息交流，物联网技术能解决跨越时空的问题，从而使教学环境更好地支持教学，运用物联网技术思想，开发应用虚实融合的实训教学环境，将会是一个新的热点与发展的方向。

技术世界本身是相互关联的，虽然不同的技术发端于不同的学科基础，但是它们自出现以来就一直在相互渗透、交叉与融合，从而使技术视角下的虚实融合不断发生变化。