基于虛擬教學(xué)平臺(tái)的開發(fā)和探究

陳宇翔 陳良 趙佑初

摘 要：從虛擬教學(xué)實(shí)際出發(fā)，進(jìn)行了課前問卷，軟件開發(fā)和實(shí)訓(xùn)反饋的模式，對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高職教育方面進(jìn)行了全方面的探討。同時(shí)通過對(duì)虛擬教學(xué)平臺(tái)簡單的二次開發(fā)，讓讀者更好地了解虛擬現(xiàn)實(shí)的技術(shù)的開發(fā)流程，讓其更好地了解虛擬軟件以后并進(jìn)行針對(duì)性的教學(xué)。并通過實(shí)訓(xùn)對(duì)比數(shù)據(jù)，來對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行一個(gè)完善的解讀。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) 虛擬教學(xué)平臺(tái)開發(fā) 虛擬實(shí)訓(xùn) 嚴(yán)肅的游戲

中圖分類號(hào)：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）12（a）-000-03

隨著信息的進(jìn)步，虛擬教學(xué)使教學(xué)視野大為拓寬；教學(xué)空間從某一特定的物理空間延伸到虛擬的賽伯空間：教學(xué)資源的界限從少量有限伸展到大量無限。其中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以營造出一個(gè)學(xué)生“自主學(xué)習(xí)”的大環(huán)境，將傳統(tǒng)的“以教促學(xué)”的學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)習(xí)者通過自身與信息環(huán)境的相互作用來獲得知識(shí)、技能的新型學(xué)習(xí)方式[1]。Koedinger K. R在匹茲堡三所高中代數(shù)課的實(shí)驗(yàn)中采用了名叫PAT的虛擬輔導(dǎo)系統(tǒng)，得到實(shí)驗(yàn)班的470名學(xué)生的標(biāo)準(zhǔn)化測驗(yàn)平均成績比對(duì)照班的高出15%的結(jié)論[2]。而曹彥杰教授從VR技術(shù)在美國教師教育中的應(yīng)用研究中發(fā)現(xiàn)：利用虛擬現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)替代傳統(tǒng)現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，在促進(jìn)實(shí)習(xí)教師從教育理論到教育實(shí)踐轉(zhuǎn)換的過程中具有獨(dú)特的優(yōu)勢[3]。由于高職院校辦學(xué)經(jīng)費(fèi)有限、實(shí)訓(xùn)設(shè)備昂貴等原因，導(dǎo)致實(shí)訓(xùn)資源短缺和實(shí)訓(xùn)學(xué)時(shí)不夠的問題難以解決，從而導(dǎo)致實(shí)訓(xùn)教學(xué)開展不到位，嚴(yán)重影響了高職院校人才培養(yǎng)的質(zhì)量及其進(jìn)一步提高[4]。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)給學(xué)生提供了一種增強(qiáng)“存在感”的體驗(yàn)，這導(dǎo)致學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的參與度和興趣直線上升。雖然虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育學(xué)方面的應(yīng)用所產(chǎn)生的效果并不是很理想，所應(yīng)用的規(guī)模并不是很大，其中的技術(shù)和理論都需要更多的研究[5]。但未來的發(fā)展前景卻是讓人充滿憧憬的。

傳統(tǒng)的教學(xué)環(huán)境往往不能滿足那些喜歡體驗(yàn)活動(dòng)和使用新技術(shù)的學(xué)生的學(xué)習(xí)需要。該文講解一個(gè)包含教學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的游戲平臺(tái)的新模式。當(dāng)學(xué)生使用這個(gè)平臺(tái)時(shí)，他們會(huì)發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)是一件有趣的事情，這就是所謂的嚴(yán)肅的游戲。

1 VR虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的問卷調(diào)查

通過問卷星選擇萬向職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電一體化專業(yè)2016級(jí)和2017級(jí)212名學(xué)生為研究對(duì)象，采用問卷調(diào)查方式來觀察學(xué)生對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)方法的看法，其調(diào)查結(jié)果如圖1所示。

通過圖1中的數(shù)據(jù)對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)學(xué)生都是想?yún)⒓犹摂M教學(xué)的，并對(duì)虛擬教學(xué)是否會(huì)增加教學(xué)效果持肯定的的意見。但其中存在疑問的是虛擬教學(xué)真的比傳統(tǒng)教學(xué)好嗎？這個(gè)問題相信不僅僅存在于學(xué)生中，包括大多數(shù)老師都存在這個(gè)疑問！所以該文會(huì)通過VR虛擬教學(xué)軟件的開發(fā)和設(shè)計(jì)過程來讓大家初步了解一下虛擬教學(xué)平臺(tái)。

2 虛擬教學(xué)軟件的開發(fā)

2.1 虛擬教學(xué)數(shù)據(jù)模型的建立

要完成一個(gè)測量虛擬仿真軟件的設(shè)計(jì)，首先要對(duì)實(shí)物進(jìn)行學(xué)習(xí)，以確保開發(fā)出來的軟件內(nèi)容的正確性和完整性；其次要對(duì)真實(shí)的實(shí)物進(jìn)行尺寸測量以及拍攝真實(shí)的照片，以便下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的進(jìn)行。同時(shí)，為了確保仿真對(duì)象的真實(shí)性，如圖2所示。

2.2 虛擬模型的設(shè)計(jì)和導(dǎo)入

要完成一個(gè)軟件，開發(fā)前的腳本和軟件規(guī)劃是很重要的，它直接關(guān)系到軟件的開發(fā)方向，保證軟件的正確性。腳本如同一部電影的劇本，直接關(guān)系到軟件的好壞，并且能讓開發(fā)人員開發(fā)的效率顯著提升，如圖3所示。

由于該文運(yùn)用到了unity3D二次開發(fā)平臺(tái)，運(yùn)用Excel的編輯功能簡化了操作，同時(shí)減少了大量的工作量。通過自己對(duì)對(duì)腳本的設(shè)計(jì)自己來開發(fā)教學(xué)軟件。

2.3 虛擬“Game”教學(xué)游戲的設(shè)計(jì)

“Game”教學(xué)設(shè)計(jì)分為兩部分，第一部分是普通視頻的虛擬仿真教學(xué)，通過視頻教學(xué)步驟來學(xué)習(xí)基礎(chǔ)步驟，并通過一些課后虛擬仿真練習(xí)來加深學(xué)生學(xué)習(xí)效果，如圖7所示。第二部分通過一些帶有游戲性質(zhì)的仿真比賽來提高學(xué)生的參與度，刺激學(xué)生在學(xué)習(xí)方面的活躍度，如圖4所示。

3 虛擬教學(xué)的實(shí)際應(yīng)用

在實(shí)際應(yīng)用中，從機(jī)電專業(yè)抽出73名同學(xué)分成了2個(gè)組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)組的對(duì)比，第一組采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式，采用20%的理論上課+80%的場地實(shí)訓(xùn)模式進(jìn)行實(shí)訓(xùn)教學(xué)形式。第二組采用虛擬仿真教學(xué)+傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合的模式，采用50%的虛擬實(shí)訓(xùn)+50%的傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)的教學(xué)形式。

由于傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)設(shè)備有限，在第一組大約60%的學(xué)生在等不到設(shè)備的時(shí)候無所事事，開始玩手機(jī)和聊天。第二組由于有虛擬設(shè)備參與，可以分組進(jìn)行實(shí)訓(xùn)（一組進(jìn)行實(shí)訓(xùn)時(shí)，其他人在機(jī)房進(jìn)行虛擬實(shí)訓(xùn)），無論效率和學(xué)習(xí)的積極性都有大幅提高，基本沒有出現(xiàn)學(xué)生無所事事的情況。最后在實(shí)訓(xùn)科目的考核上，第二組明顯成績比第一組的同學(xué)高出20%左右。

最后學(xué)生反饋，傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)在理論環(huán)節(jié)上安排的時(shí)間太少，學(xué)生往往還沒有完全掌握就開始實(shí)訓(xùn)，實(shí)驗(yàn)設(shè)備太少，大部分時(shí)間都在等待別人的設(shè)備使用完畢，大部分的時(shí)間都浪費(fèi)了。而虛擬實(shí)訓(xùn)和傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)相結(jié)合充分把學(xué)生的空閑時(shí)間利用起來，讓學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)有更多的學(xué)習(xí)時(shí)間，但是缺點(diǎn)是虛擬仿真環(huán)境和實(shí)際操作還是有一定差異，無法立刻進(jìn)行轉(zhuǎn)換，缺少實(shí)際操作的情況下，對(duì)一些設(shè)備還是無法得心應(yīng)手。另外由于學(xué)生對(duì)新鮮物體的好奇心，把一部分時(shí)間浪費(fèi)在開括虛擬系統(tǒng)的新功能，無法有效的進(jìn)行學(xué)習(xí)，而忽略了一部分知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)。但總體來說在傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)中加入虛擬實(shí)訓(xùn)還是利大于弊的。

4 結(jié)語

虛擬教學(xué)技術(shù)是未來教學(xué)方向的發(fā)展趨勢，它在增加學(xué)生學(xué)習(xí)效率和參與度方面有著很大的潛力。它給學(xué)生一種全新的教學(xué)體驗(yàn)，讓學(xué)生在玩中學(xué)，大大緩解了學(xué)校實(shí)訓(xùn)設(shè)備不夠和經(jīng)費(fèi)問題，給枯燥的傳統(tǒng)教學(xué)注入了一股新鮮活力。同時(shí)通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出引入虛擬實(shí)訓(xùn)設(shè)備后，學(xué)生的學(xué)習(xí)成績也得到了大幅提高。

參考文獻(xiàn)

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