基于三維虛擬現(xiàn)實(shí)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)研究

倪葉青

[中圖分類(lèi)號(hào)]TP391.9 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]2095-3089（2017）12-0036-02

一、三維虛擬實(shí)訓(xùn)應(yīng)用現(xiàn)狀

國(guó)家教育信息化十三五規(guī)劃和浙江省高等教育“十三五”發(fā)展規(guī)范都提出深化信息技術(shù)與教育教學(xué)、教育管理融合發(fā)展.其中浙江省高等教育“十三五”發(fā)展規(guī)范提出全面推進(jìn)智慧教育，建設(shè)浙江省高校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，提供遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)和教學(xué)服務(wù)。高等職業(yè)技術(shù)教育的培養(yǎng)目標(biāo)是為生產(chǎn)、服務(wù)和管理第一線培養(yǎng)高層次實(shí)用人才。實(shí)訓(xùn)教育教學(xué)是將業(yè)務(wù)實(shí)訓(xùn)貫穿于教學(xué)始終的一種教學(xué)方法，實(shí)訓(xùn)基地是與這種教學(xué)配套的實(shí)踐教學(xué)場(chǎng)所。實(shí)訓(xùn)教育是體現(xiàn)高職教育的特色和自身優(yōu)勢(shì)重要優(yōu)勢(shì)，然而各高職院校在實(shí)訓(xùn)建設(shè)項(xiàng)目中都遇到了如實(shí)訓(xùn)教學(xué)和實(shí)際工作需要的脫節(jié)、實(shí)訓(xùn)教學(xué)設(shè)備資源的緊缺和實(shí)訓(xùn)資源的不開(kāi)放、實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)具有危險(xiǎn)性等情況；同時(shí)實(shí)訓(xùn)設(shè)備的高投入也讓學(xué)校背負(fù)沉重經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。在另一方面，學(xué)生在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中容易出現(xiàn)興趣缺乏等情況，或者由于條件限制，同學(xué)難于得到充分的實(shí)訓(xùn)機(jī)會(huì)情況也不乏少見(jiàn)。

現(xiàn)代學(xué)習(xí)理論強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)的過(guò)程是人與環(huán)境相互作用的過(guò)程，知識(shí)必須基于真實(shí)的學(xué)習(xí)情景呈現(xiàn)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是繼多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之后又一門(mén)嶄新的技術(shù)，在為學(xué)習(xí)者創(chuàng)建仿真的學(xué)習(xí)情景方面有著不可替代的積極作用?；谌S虛擬現(xiàn)實(shí)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)采用游戲化教學(xué)，可以提高學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性，滿足學(xué)生的技術(shù)實(shí)踐需求，從而突破傳統(tǒng)教學(xué)的局限}生，培養(yǎng)更多的技術(shù)性人才，進(jìn)而提高學(xué)生的創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)能力，解決實(shí)訓(xùn)教育質(zhì)量及效率低的問(wèn)題，促進(jìn)傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)模式的轉(zhuǎn)變與創(chuàng)新，推進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)與傳統(tǒng)教育教學(xué)的深度融合。

二、統(tǒng)一入口教學(xué)模式虛擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式

EVC虛擬校園統(tǒng)一入口教學(xué)模式突出用戶創(chuàng)造內(nèi)容（UGC），全體師生員工以統(tǒng)一客戶端的公共虛擬現(xiàn)實(shí)空間。在虛擬現(xiàn)實(shí)空間中，用戶可更具預(yù)先設(shè)置，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車(chē)中控儀表臺(tái)各功能部件認(rèn)知；并能通過(guò)虛擬操作，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能部件的對(duì)應(yīng)功能。同時(shí)在虛擬世界中已建立物流碼頭實(shí)訓(xùn)基地，該實(shí)訓(xùn)基地以寧波港為背景，在平臺(tái)上搭建虛擬寧波港實(shí)訓(xùn)基地。包括：大型船舶、岸吊、堆場(chǎng)、商務(wù)樓和調(diào)度室、閘口以及相關(guān)的配套設(shè)施。展示以集裝箱為貨物的運(yùn)輸過(guò)程，實(shí)現(xiàn)裝船和卸船流程。提供龍門(mén)吊、岸吊、汽車(chē)虛擬實(shí)訓(xùn)產(chǎn)品，供師生用戶仿真模擬操作。師生用戶通過(guò)港口物流虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)訓(xùn)操作，既解決了大型設(shè)備和場(chǎng)地實(shí)訓(xùn)的資源稀缺性和人員安全管理難題，也提高了學(xué)生用戶的使用興趣，真正做到了“玩中學(xué)”，提高了對(duì)港口物流操作的直觀感受。也為學(xué)生用戶今后進(jìn)一步的實(shí)地實(shí)訓(xùn)打下良好基礎(chǔ)，提供平滑過(guò)渡。

EVC虛擬校園服務(wù)器統(tǒng)一入口教學(xué)模式采用C/S架構(gòu)，包含客戶端和服務(wù)器端。服務(wù)器端部署采用分布式架構(gòu)，包含兩組六大類(lèi)服務(wù)器，其中用戶服務(wù)器、網(wǎng)格服務(wù)器、物品服務(wù)器、庫(kù)存服務(wù)器和消息服務(wù)器為公共應(yīng)用服務(wù)組，而島服務(wù)器根據(jù)具體場(chǎng)景配置需要，可靈活配置數(shù)量，所有用戶及服務(wù)器配置、狀態(tài)及其他屬性都存入數(shù)據(jù)庫(kù)持久保存。這種高度模塊化的架構(gòu)，使系統(tǒng)在具有高度靈活性、可擴(kuò)展性的同時(shí)，兼具性能可靠性強(qiáng)和服務(wù)負(fù)載均衡容易等特點(diǎn)。

三、分專(zhuān)業(yè)虛擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式

EVC虛擬校園分專(zhuān)業(yè)虛擬教學(xué)模式目注重分析教師和學(xué)生實(shí)際需求，以“學(xué)”、“教”有機(jī)結(jié)合為基礎(chǔ)，在學(xué)生自主學(xué)習(xí)的平臺(tái)中，突出三維虛擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)特有的沉浸感、真實(shí)性、交互性和構(gòu)想性。

同時(shí)，在該模式設(shè)計(jì)中引入大數(shù)據(jù)思維，注重實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的收集與分析，教師可以將學(xué)生的實(shí)訓(xùn)數(shù)據(jù)作為教學(xué)分析和教學(xué)模式改進(jìn)的有力依據(jù)，改變以往只以教學(xué)模塊和知識(shí)點(diǎn)作為實(shí)訓(xùn)、教學(xué)考核點(diǎn)的模式，通過(guò)實(shí)訓(xùn)數(shù)據(jù)真實(shí)分析教學(xué)難點(diǎn)和重點(diǎn)，在“學(xué)”、“教”基礎(chǔ)之上更做到“析”，以更好的為教學(xué)服務(wù)，為師生服務(wù)。如汽車(chē)電控發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)突出我校在汽車(chē)電控發(fā)動(dòng)機(jī)維修方面的優(yōu)勢(shì)經(jīng)驗(yàn)和積累，主要為了解決學(xué)生應(yīng)試和動(dòng)手能力的脫節(jié)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)及檢測(cè)臺(tái)的三維仿真、并將OBD診斷數(shù)據(jù)庫(kù)、發(fā)動(dòng)機(jī)元件庫(kù)、檢測(cè)工具庫(kù)、故障檢測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)、故障原因庫(kù)、修理知識(shí)庫(kù)等囊括于實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)中，與學(xué)校汽車(chē)檢修臺(tái)架緊密結(jié)合，涵蓋實(shí)習(xí)了汽修專(zhuān)業(yè)教學(xué)中中間的13類(lèi)故障，以及100多種故障原因。圖3汽車(chē)電控發(fā)動(dòng)機(jī)檢修虛擬實(shí)訓(xùn)與酒店前臺(tái)與客房虛擬

實(shí)訓(xùn)

酒店前臺(tái)與客房虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)則虛擬構(gòu)建一個(gè)“虛擬的酒店”。該虛擬酒店包括真實(shí)酒店的基本要素，通過(guò)該系統(tǒng)可以進(jìn)行前臺(tái)服務(wù)、酒店前臺(tái)布局設(shè)計(jì)、客房服務(wù)、房型、房態(tài)、房?jī)r(jià)、入住、退房等流程的模擬實(shí)訓(xùn)，學(xué)生即可通過(guò)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)實(shí)習(xí)自主學(xué)習(xí)，也可進(jìn)行相應(yīng)自動(dòng)化考核，教師則可以對(duì)實(shí)訓(xùn)結(jié)果進(jìn)行可視化數(shù)據(jù)管理與分析。

四、兩種模式的虛擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)對(duì)比研究

浙江經(jīng)濟(jì)職業(yè)技術(shù)學(xué)院在基于三維虛擬現(xiàn)實(shí)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式探究中，采用了統(tǒng)一入口教學(xué)模式與分專(zhuān)業(yè)虛擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式兩種模式并存的方式。

統(tǒng)一入口教學(xué)模式采用OpenSim及類(lèi)Second Life模式，該平臺(tái)下的開(kāi)放互動(dòng)特性決定了其非常適用于有特定流程的教學(xué)實(shí)訓(xùn)活動(dòng)，SecondLife其第二人生的特點(diǎn)即是讓用戶在三維游戲世界中體驗(yàn)現(xiàn)實(shí)世界中暫時(shí)不能實(shí)現(xiàn)的自我，其核心理念“用戶創(chuàng)造內(nèi)容”非常符合發(fā)揮學(xué)生用戶的主動(dòng)性和創(chuàng)造性，對(duì)于設(shè)計(jì)類(lèi)、程序類(lèi)課程有著非常大的優(yōu)勢(shì)。但由于openSim（second Life）的游戲模式較復(fù)雜，也讓師生用戶反饋其學(xué)習(xí)曲線陡峭，往往讓用戶在學(xué)習(xí)系統(tǒng)操作上花費(fèi)了太多時(shí)間，反而失去了對(duì)本該重視的實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)的聚焦，也曾有用戶反饋類(lèi)似SecondLife模式是考驗(yàn)用戶技術(shù)；再者隨著這幾年Second Life（OoenSim）在商業(yè)上的落寞，其開(kāi)發(fā)者在技術(shù)上的停滯不前，用戶界面的粗糙對(duì)該模式用戶的使用體驗(yàn)都是較大的調(diào)整。

分專(zhuān)業(yè)虛擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式聚焦于具體專(zhuān)業(yè)或課程，其部署、實(shí)施、操作都會(huì)針對(duì)具體客戶具體設(shè)計(jì)，故該模式的上學(xué)習(xí)曲線平緩，實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容精密?chē)@課程設(shè)計(jì)；學(xué)生在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的操作和步驟都是收到預(yù)先設(shè)計(jì)和控制的，較易體現(xiàn)教學(xué)者的實(shí)訓(xùn)教學(xué)思路。該模式能最大程度地滿足專(zhuān)業(yè)教學(xué)的需要，為專(zhuān)業(yè)教學(xué)提供最優(yōu)的輔助教學(xué)手段，是該實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)模式建設(shè)的最基本目的。在實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的運(yùn)行、使用和費(fèi)用上有著自己的優(yōu)勢(shì)，但是對(duì)于發(fā)揮學(xué)生用戶創(chuàng)造性與主動(dòng)性方面，則相較與統(tǒng)一入口教學(xué)模式稍差，且其游戲趣味性也會(huì)隨之減弱。

五、不同專(zhuān)業(yè)虛擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)思考

1.流程類(lèi)實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)探索與思考

有特定流程的教學(xué)實(shí)訓(xùn)活動(dòng)其類(lèi)似RPG（角色扮演）游戲的闖關(guān)模式特性決定了其非常適用于游戲化教學(xué)。在充分針對(duì)這類(lèi)實(shí)訓(xùn)教學(xué)調(diào)研分析，判斷實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的難點(diǎn)和關(guān)卡，提取出相關(guān)用戶痛點(diǎn)，則非常有利基于三維虛擬現(xiàn)實(shí)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式實(shí)踐。如果針對(duì)流程類(lèi)關(guān)卡中的實(shí)訓(xùn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、加工、分析，以大數(shù)據(jù)的思維去看待實(shí)訓(xùn)教學(xué)，則更有利于教師分析學(xué)生實(shí)訓(xùn)情況和對(duì)實(shí)訓(xùn)情況進(jìn)行教研分析。當(dāng)然，如果流程類(lèi)實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式需要實(shí)現(xiàn)多人互動(dòng)，則是該類(lèi)實(shí)訓(xùn)的難點(diǎn)，需要考慮和協(xié)調(diào)的難點(diǎn)更多。當(dāng)然，流程類(lèi)實(shí)訓(xùn)最重要的還是對(duì)教學(xué)模式和教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)的研究分析。

2.計(jì)算機(jī)創(chuàng)新類(lèi)實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)探索與思考

針對(duì)計(jì)算機(jī)創(chuàng)新類(lèi)實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)，則可將計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)三維建模，動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)，程序設(shè)計(jì)等課程有機(jī)結(jié)合，設(shè)置可以將控制技術(shù)相關(guān)知識(shí)融合其中，如浙江經(jīng)濟(jì)職業(yè)技術(shù)學(xué)院虛擬校園實(shí)訓(xùn)平臺(tái)（EVC）本身具有的強(qiáng)大的開(kāi)發(fā)工具可以供計(jì)算機(jī)類(lèi)學(xué)生一個(gè)非常優(yōu)秀的建模及動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，通過(guò)平臺(tái)可以實(shí)時(shí)展現(xiàn)學(xué)生實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)作品并進(jìn)行評(píng)價(jià)。而其腳本語(yǔ)言一林登腳本語(yǔ)言（LSL）的語(yǔ)法和PHP類(lèi)似，方便師生掌握，可供學(xué)生進(jìn)行程序設(shè)計(jì)課程實(shí)訓(xùn)，并能和建模成果結(jié)合提供良好的展現(xiàn)平臺(tái)。

3.沉浸類(lèi)實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)探索與思考

對(duì)于語(yǔ)言類(lèi)和導(dǎo)游類(lèi)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)，虛擬實(shí)景有著非常大的優(yōu)勢(shì)，自由，安全，廉價(jià)都有著其他實(shí)訓(xùn)難于達(dá)到的優(yōu)勢(shì)；同時(shí)，如能結(jié)合增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR：Augmented Reality）的應(yīng)用，則會(huì)有更好的用途和實(shí)現(xiàn)效果，能實(shí)現(xiàn)更多實(shí)際實(shí)訓(xùn)無(wú)法達(dá)到的效果并提供用戶良好體驗(yàn)，并能擁有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

4.模擬仿真類(lèi)實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)探索與思考

在EV實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的實(shí)踐探索過(guò)程中，我們也發(fā)現(xiàn)如對(duì)于一些機(jī)械類(lèi)和汽車(chē)類(lèi)這樣的機(jī)器模擬、仿真類(lèi)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，這類(lèi)模擬仿真類(lèi)實(shí)訓(xùn)教學(xué)更要求的是一個(gè)“真”而對(duì)師生互動(dòng)要求不高，所以更適合分專(zhuān)模式三維實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式，更有利于師生用戶聚焦操作與模擬仿真，并利于對(duì)專(zhuān)用設(shè)備的實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集分析。

六、基于三維虛擬現(xiàn)實(shí)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式展望

隨著國(guó)家教育信息化十三五規(guī)劃和浙江省高等教育“十三五”發(fā)展規(guī)范都提出深化信息技術(shù)與教育教學(xué)、教育管理融合發(fā)展.特別是如浙江省高等教育“十三五”發(fā)展規(guī)范提出全面推進(jìn)智慧教育，建設(shè)浙江省高校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的規(guī)劃提出，虛擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式必將是“十三五”建設(shè)期間的明星技術(shù)和產(chǎn)業(yè)，特別是隨著AR技術(shù)MR技術(shù)的火爆與日趨陳述，開(kāi)發(fā)成本的降低，開(kāi)發(fā)模式的成熟，基于三維虛擬現(xiàn)實(shí)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式必將快速進(jìn)入各個(gè)學(xué)校、各位老師和同學(xué)的實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，在實(shí)際使用和開(kāi)發(fā)中，必須要注意的是：1、開(kāi)發(fā)模式的選擇，基于三維現(xiàn)實(shí)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式并不成熟，采用什么方式，如何與實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)向匹配，更好的突出實(shí)訓(xùn)教學(xué)目的，以便學(xué)生真正掌握實(shí)訓(xùn)技能，縮短實(shí)際實(shí)訓(xùn)間隙是首要選擇因素。2、實(shí)訓(xùn)教學(xué)設(shè)計(jì)是三維虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)訓(xùn)教學(xué)的根本，脫離了具體教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)，則任何技術(shù)都是無(wú)本之木，無(wú)源之水，不能為建而建，畢竟基于三維虛擬現(xiàn)實(shí)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式費(fèi)用并不低，需要有所區(qū)分和篩選。3、需要結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)。任何實(shí)訓(xùn)教學(xué)設(shè)計(jì)脫離了數(shù)據(jù)，則對(duì)于教師來(lái)說(shuō)是無(wú)法掌握學(xué)生實(shí)訓(xùn)教學(xué)的實(shí)際情況的，對(duì)于學(xué)生自我實(shí)訓(xùn)的反饋也是不利的，所以我們?cè)诨谌S的虛擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式設(shè)計(jì)中，注重以大數(shù)據(jù)的視角去開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)相關(guān)實(shí)訓(xùn)教學(xué)，同時(shí)注重物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，以數(shù)據(jù)化管理為控制環(huán)節(jié)去管理實(shí)訓(xùn)教學(xué)，則能帶來(lái)更好的實(shí)訓(xùn)教學(xué)效果，對(duì)于學(xué)生自我實(shí)訓(xùn)與學(xué)習(xí)也能帶來(lái)更好的效果。