虚拟现实技术在《材料腐蚀与防护》课程中的应用探索

虚拟现实技术在《材料腐蚀与防护》课程中的应用探索

崔晓丽副教授

山东理工大学材料科学与工程学院，山东省淄博市张店区新村西路 266 号   邮编255000

虚拟仿真教学是改革传统教学方法重要的引领手段之一，对于课堂教学方法、 模式、体系及手段的改进具有积极促进作用，由于具有良好的教学效果日益受到 国内外高校的普遍重视。虚拟现实技术 (虚拟仿真) 以其特有的沉浸性、构想性、 交互性的特点，已经渗入到教学、医学、军事、商业、影视等等领域。使用者可 以随时随地利用交互设备，完全沉浸在自己所需的“环境中” ，“真切”的在自然状 态下感知虚拟世界。使其能够在所“置身”的环境中，体验和感知新的知识和所需 的物品，促进使用者加深对事物的理解从而产生新的构想。使用者还可以利用特 定的输入、输出的设备 (如数据头盔、数据手套等) 同虚拟环境中的对象进行交 互和沟通操作。虚拟现实技术带给我们的真实性的序列立体图像，能方便我们对 于研究和学习对象的认识和理解。随着社会经济的发展，虚拟仿真技术逐渐地进 入人们的生活，在大部分领域都得到了应用。近年来，虚拟仿真技术在教学过程 中也得到了广泛应用。教师通过虚拟仿真教学可以让抽象的物体变得具体，让模 拟场景出现在课堂，减少对现场的依赖。比较高危险的实习也可以通过模拟场景 来完成。

《材料腐蚀与防护》是材料科学与工程学院研究生专业方向选修课程，希望 能够通过对金属材料腐蚀与防护的设计、控制以及应用等工程实践，理解并遵守 工程职业道德和规范，同时能够理解材料产业管理基本职能，利用材料产业管理 的基本原理，严格控制材料生产管理的各个环节，综合考虑公众安全以及环境保 护等因素，自觉履行责任，具备科技报国的家国情怀与使命担当。因为这门课程 设计的材料应用环境复杂、种类多、腐蚀过程隐秘漫长且不易观察，传统实验教 学仅仅选择其中几种金属进行实验。不能使学生全面的掌握多种金属 (合金) 的 腐蚀过程和腐蚀机理。同时，实验教学过程中需要准备大量的原材料、制备装置， 在实验准备阶段和实验进行阶段都会耗费大量的人力、物力和时间。随着时代的

发展和科技技术的进步，金属腐蚀与防护的方法也在不断的更新和发展，这无疑 会引起传统实验教学方法跟不上新工艺方法更新速度造成的问题，同时，实验工 艺更新也会造成旧实验方法使用的资源的浪费。

并且，传统的实验教学受时间、地点等外界因素的限制，过多的依赖教材、 现有仪器设备等，忽视了对学生与时俱进的教育。同时，学生很少能够进行重复 实验和操作，课下资源匮乏，使学生对知识的掌握不够扎实，思维受限，不利于 其形象力的发挥。

虚拟仿真技术在金属创新实验中的应用，为实验教学提供了新的思路，使新 实验方法的开展成为可能。利用虚拟仿真技术 (例如钢铁材料在海水中的浸渗腐 蚀过程仿真、腐蚀机理模拟、发动机叶轮片的气蚀过程仿真模拟等) ，针对《材 料腐蚀与防护》课程中金属与合金的高温氧化、金属材料的电化学腐蚀、全面腐 蚀与局部腐蚀、金属在各种环境中的腐蚀、金属材料的防护、防腐蚀性设计等等 进行虚拟仿真来模拟金属实际应用过程中腐蚀不同阶段各环节、金属耐蚀性防护 的效果等，最终形成适合《材料腐蚀与防护》课程的专用教材，并制定相应课程 标准、教学计划、教学课件及案例等可共享的教学资源，提高大学生的理论知识 与实际生产实践技能的水平，为国家培养具备解决实际工程技术问题的专业技术 人才。

虚拟仿真技术对比传统高效的实验课和实训课程具有更多的优势：首先虚拟 仿真技术比传统实验课程的成本低，以往的金属创新实验和实训课程必须要有配 套的实验场所和实验仪器设备才能够完成，金属铸件创新实验所需生产装置较大， 而建立实验室和购买相关实验仪器设备所需要的财力物力以及需要的场所都有 一定难度。而相比传统实验，虚拟仿真技术的使用，只需要随着实验的更新进行 相应的更新和改进；其次，虚拟仿真技术具有比传统实验更好的灵活性，对于实 验过程中的重点和难点，相对于传统实验中的重复试验，虚拟现实技术可以对此 进行多次演示；传统金属化学稳定性、耐蚀性测试实验操作条件苛刻 (比如高腐 蚀性、高温高压等)、实验周期长，虚拟仿真技术的使用能够使危险性试验成为 可能。再次，虚拟仿真技术还更高效并且消耗比较低。因此，虚拟仿真技术在实 验教学中的使用将会有效的营造一个跟随技术发展的教学环境，提高学生掌握知 识和技能、掌握实验关键点、优化实验教学过程并提高教学质量的目的。

与传统理论教学方法相比，虚拟仿真技术更能拓宽教学方式的种类和数量， 使一些有必要但是在实验室不好开展的实验成为可能。将虚拟仿真软件所体现的 教育思想、所提供的的工程案例、逼真工作实景资源应用到课程教学中，把理论 课程中抽象的概念、复杂的问题可以直观的展现给学生，激发了学生的积极性和 对实际生产实践的认识能动性，使学生全方位的了解实验过程、了解工厂实际，

推进“课堂-仿真-工厂”的一体化教学模式。

参考文献：

( 1)柳洪洁，宋月鹏，马兰婷，张观山，张智龙，《国内外虚拟仿真教学的发展 现状》，教育教学论坛. 2020,( 17).

(2)  浦娟，陈书锦，叶慧，《虚拟仿真技术在教学中的应用分析》，现代职业教 育. 2021,( 15).

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(4)  马清，马清，唐传谦，《虚拟仿真技术在大型仪器设备本科教学中的应用探 索》，广东化工. 2022,49(05).

(5)  徐丹丹，《虚拟仿真技术在高校混合式教学中的应用》，信息与电脑(理论 版). 2021,33(22).

(6)  朱杰涛，《虚拟仿真技术在实验教学中的应用案例》， 电子技术. 2021,50( 10).

(7)  董抒华，魏春城，朱国全，林治涛，谭洪生，孟凡涛，《虚拟仿真技术在《复 合材料工艺与设备》实验教学中的应用探索，山东化工. 2020,49(22).