基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)

袁貝貝

摘 ? 要：創(chuàng)新是動(dòng)力，人才是資源，科技進(jìn)步與人才培養(yǎng)相輔相成，共同推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)迅猛發(fā)展。目前，以互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)及云計(jì)算為代表的新一輪信息科技革命方興未艾，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)正是新一輪科技革命的時(shí)代產(chǎn)物，其廣泛普及與深入發(fā)展為創(chuàng)新型人才培養(yǎng)提供了更多機(jī)遇。基于此，主要研究了當(dāng)前創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)現(xiàn)狀、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育中的應(yīng)用現(xiàn)狀，探討將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用到創(chuàng)新型人才培養(yǎng)中的必要性及可行性，為借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)平臺(tái)切實(shí)有效地開展人才培養(yǎng)，培育學(xué)生創(chuàng)新能力，提供一定參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù);創(chuàng)新型;人才培養(yǎng)

1 ? ?研究背景

2018年9月10日，習(xí)近平總書記在全國(guó)教育大會(huì)上指出：“教育是民族振興、社會(huì)進(jìn)步的重要基石，是功在當(dāng)代、利在千秋的德政工程，對(duì)提高人民綜合素質(zhì)、促進(jìn)人的全面發(fā)展、增強(qiáng)中華民族創(chuàng)新創(chuàng)造活力、實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興具有決定性意義?！盵1]創(chuàng)新是我國(guó)經(jīng)濟(jì)由高速增長(zhǎng)向高質(zhì)量發(fā)展轉(zhuǎn)變的動(dòng)力，人才是實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展的第一資源?！秶?guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》明確提出“高校要遵循教育規(guī)律和人才成長(zhǎng)規(guī)律，深化教育教學(xué)改革，創(chuàng)新教育教學(xué)方法，探索多種培養(yǎng)方式，形成各類人才輩出、拔尖創(chuàng)新人才不斷涌現(xiàn)的局面”[2]。當(dāng)前高校教育使命在于培養(yǎng)多樣化、應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種人機(jī)交互方式的革新，它可以借助計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處理極其復(fù)雜的數(shù)據(jù)，創(chuàng)建出一個(gè)虛擬世界，通過(guò)對(duì)人的視覺(jué)、聽覺(jué)、觸覺(jué)、味覺(jué)等感官器官進(jìn)行作用，使人產(chǎn)生一種身臨其境的感覺(jué)，并可以通過(guò)自然的方式與虛擬世界中的對(duì)象進(jìn)行交互，得到與現(xiàn)實(shí)世界幾乎同樣的感受。在科技信息時(shí)代，新思想新技術(shù)不斷碰撞出火花，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)成為各行各業(yè)廣泛應(yīng)用和致力于開發(fā)的熱點(diǎn)。在教育領(lǐng)域，基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)建自然、直觀的學(xué)習(xí)場(chǎng)景和交互的學(xué)習(xí)方式，激發(fā)學(xué)生的求知欲和好奇心，使得教育形式更加多樣化，對(duì)培育創(chuàng)新型人才產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。

2 ? ?教育現(xiàn)狀

2.1 ?創(chuàng)新型人才教育現(xiàn)狀

聯(lián)合國(guó)教科文組織關(guān)于21世紀(jì)教育發(fā)展的報(bào)告中提出，要求培養(yǎng)創(chuàng)新型的人才。目前，美國(guó)、英國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)創(chuàng)新型人才的理解比較寬泛，強(qiáng)調(diào)在發(fā)展人個(gè)性的同時(shí)進(jìn)行創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，并將創(chuàng)新型人才培養(yǎng)提升至國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略層面。

國(guó)內(nèi)高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的實(shí)施始于20世紀(jì)末。根據(jù)教育部《關(guān)于大力推進(jìn)高等學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育和大學(xué)生自主創(chuàng)業(yè)工作的意見》，多年來(lái)，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育逐步引起了各高校的重視，一些高校在國(guó)家有關(guān)部門和地方政府的積極引導(dǎo)下，進(jìn)行了有益的探索與實(shí)踐[3]。

2.2 ?虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育中的應(yīng)用現(xiàn)狀

自1973年Myron Krurger提出了“Artificial Reality”一詞后，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概念開始形成。1989年，美國(guó)的VPL公司的創(chuàng)始人拉尼爾正式提出虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）一詞。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展也進(jìn)入快車道，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用從最開始的航天航空逐漸進(jìn)入其他領(lǐng)域，并取得顯著成果[4]。

在發(fā)達(dá)國(guó)家，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域中應(yīng)用起步較早，早在20世紀(jì) 80年代，美國(guó)就已經(jīng)建立了虛擬現(xiàn)實(shí)教育系統(tǒng)，如北卡羅來(lái)納大學(xué)計(jì)算機(jī)系作為研究虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的先鋒，先后進(jìn)行了分子建模、航空駕駛、外科手術(shù)仿真等方面的研究。英國(guó)、德國(guó)、日本等國(guó)家也都積極進(jìn)行了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用。

在國(guó)內(nèi)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究始于20世紀(jì)90年代初，起步較晚，技術(shù)上有一定的差距。因此，我國(guó)政府有關(guān)部門和科學(xué)家們高度重視，根據(jù)我國(guó)的國(guó)情制定開展了一系列虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究計(jì)劃，取得了不錯(cuò)的成績(jī)。

北京航空航天大學(xué)國(guó)內(nèi)最早進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究、最有權(quán)威的單位之一，2018年2月，軟件學(xué)院開始招收第一批虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與應(yīng)用專業(yè)研究生。浙江大學(xué)CAD&CG國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)出了一套桌面型虛擬建筑環(huán)境實(shí)時(shí)漫游系統(tǒng)。清華大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)和技術(shù)系對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)和臨場(chǎng)感方面進(jìn)行了研究。西安交通大學(xué)信息工程研究所對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)中的關(guān)鍵技術(shù)—立體顯示技術(shù)進(jìn)行了研究。

2015年教育部在推進(jìn)信息技術(shù)應(yīng)用教學(xué)中指出“在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)安排困難或危險(xiǎn)性高的專業(yè)領(lǐng)域，開發(fā)替代性虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng);針對(duì)教學(xué)中難以理解的復(fù)雜結(jié)構(gòu)復(fù)雜運(yùn)動(dòng)等，開發(fā)仿真教學(xué)軟件”。2018年，教育部辦公廳明確將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)列為教育信息化的年度工作重點(diǎn)。以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為代表的新興技術(shù)，在教育中廣泛應(yīng)用，促進(jìn)了教育模式、方法和辦學(xué)方式的轉(zhuǎn)變，加快了教育現(xiàn)代化建設(shè)。

3 ? ?基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)人才培養(yǎng)模式的構(gòu)建

3.1 ?教學(xué)內(nèi)容虛擬化

課程教學(xué)過(guò)程中，傳統(tǒng)教學(xué)模式板書式或者PPT講授屬于單向傳輸型，講解方法過(guò)于扁平化，一些學(xué)科知識(shí)過(guò)于抽象晦澀，學(xué)生無(wú)法深入形象理解，例如涉及多維度教學(xué)內(nèi)容，限于學(xué)生想象、思考等先天能力，部分學(xué)生對(duì)于授課內(nèi)容理解不到位，與授課教師講授內(nèi)容產(chǎn)生“脫軌”現(xiàn)象，最終導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不足，學(xué)習(xí)質(zhì)量不高，甚至可能產(chǎn)生“逆反厭學(xué)”心理，嚴(yán)重影響知識(shí)有效完整傳遞。

而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)則可以在某些方面改進(jìn)傳統(tǒng)教學(xué)模式的短板，提高知識(shí)傳遞的完整性、有效性，改善教師授課環(huán)境，增強(qiáng)學(xué)生理解與領(lǐng)悟能力。結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，針對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行模擬，特別是一些難以講解、理解晦澀的教學(xué)場(chǎng)景，借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行模型構(gòu)建模擬演示，將知識(shí)點(diǎn)由文字轉(zhuǎn)換為圖形圖像，由二維空間轉(zhuǎn)換為三維空間，甚至是多維空間，由靜態(tài)轉(zhuǎn)換為動(dòng)態(tài)，使得課程具有圖、聲、形并茂特點(diǎn)，知識(shí)的傳達(dá)更加形象、準(zhǔn)確、全面。學(xué)生通過(guò)視覺(jué)、聽覺(jué)、觸覺(jué)獲取知識(shí)信息，增強(qiáng)學(xué)生的好奇心與學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生自主控制進(jìn)行人機(jī)交互，實(shí)現(xiàn)雙向的立體教學(xué)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)探索動(dòng)力和實(shí)踐創(chuàng)新能力。

3.2 ?教學(xué)實(shí)驗(yàn)多樣化

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，存在某些實(shí)驗(yàn)受實(shí)驗(yàn)環(huán)境、實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)等客觀外在因素限制，致使實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式較為“粗糙”，甚至存在無(wú)法進(jìn)行的情況，充分利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的沉浸性、交互性、想象性的特點(diǎn)，構(gòu)建基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)里，學(xué)生可以根據(jù)老師講解預(yù)先進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，教師可以根據(jù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行指導(dǎo)或者在學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的同時(shí)跟進(jìn)指導(dǎo)，實(shí)驗(yàn)參數(shù)可以隨時(shí)修正。借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，學(xué)生可以充分發(fā)揮自己的自主能動(dòng)性，降低實(shí)驗(yàn)的危險(xiǎn)系數(shù)、實(shí)驗(yàn)成本，徹底打破時(shí)間、空間、經(jīng)費(fèi)的限制，可以完成現(xiàn)實(shí)中難以進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，大大提高學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。

在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)建的實(shí)訓(xùn)環(huán)境可以進(jìn)行不同內(nèi)容、模式的設(shè)計(jì)，學(xué)生根據(jù)自己的性格、思維習(xí)慣、學(xué)習(xí)水平及需求，選擇自己需要的學(xué)習(xí)內(nèi)容。由于虛擬環(huán)境的實(shí)時(shí)性、安全性，學(xué)生可以沒(méi)有壓力、全身心地進(jìn)行反復(fù)練習(xí)，直至掌握操作技能為止。

基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)中，生物科學(xué)專業(yè)的學(xué)生可以進(jìn)入虛擬細(xì)胞分子里面進(jìn)行學(xué)習(xí);彈藥工程與爆炸技術(shù)專業(yè)的學(xué)生可以實(shí)現(xiàn)武器設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)一條龍服務(wù);土建類專業(yè)的學(xué)生可以隨時(shí)進(jìn)行各種施工流程試驗(yàn)等?；谔摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了學(xué)生“不限時(shí)間、不限地點(diǎn)、不限次數(shù)”的學(xué)習(xí)，且交互性強(qiáng)，這使學(xué)生學(xué)習(xí)更加開放，思想更加活躍，極大提升其創(chuàng)新意識(shí)。

4 ? ?基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)面臨的挑戰(zhàn)

4.1 ?設(shè)備技術(shù)問(wèn)題

目前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)教育的發(fā)展取得了令人矚目的成果，但仍然存在著不足。首先，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的硬件方面，在舒適度、清晰度等方面，存在一定問(wèn)題，特別是使用虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定眩暈感，學(xué)生使用時(shí)學(xué)習(xí)體驗(yàn)效果會(huì)受到一定影響。其次，在虛擬現(xiàn)實(shí)授課學(xué)習(xí)內(nèi)容方面，交互學(xué)習(xí)時(shí)間容易出現(xiàn)持續(xù)較短的情況，從而導(dǎo)致學(xué)生無(wú)法持續(xù)投入。最后，基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的學(xué)習(xí)平臺(tái)構(gòu)建較為復(fù)雜，個(gè)別成本過(guò)高，導(dǎo)致學(xué)習(xí)平臺(tái)推廣受限。

當(dāng)然這些不足只是暫時(shí)的，隨著科技革命的繼續(xù)深化，如5G、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的異軍崛起，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育方面的技術(shù)短板也終將會(huì)得到有效解決。

4.2 ?學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)問(wèn)題

學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)繁雜，頂層設(shè)計(jì)難度較大，需要涵蓋方方面面。基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)強(qiáng)調(diào)以學(xué)生作為中心，打破以往以教師為中心的教育模式，因此做好學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)包含很多內(nèi)容，包括虛擬環(huán)境模型的創(chuàng)建、數(shù)據(jù)庫(kù)的搭建、界面的設(shè)計(jì)、交互的設(shè)計(jì)、教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)等，因此，設(shè)計(jì)難度大、工作量大，要求制作人員的相互協(xié)調(diào)性需一致。

5 ? ?結(jié)語(yǔ)

面對(duì)不斷發(fā)展的經(jīng)濟(jì)環(huán)境，社會(huì)對(duì)創(chuàng)新型人才的需求愈發(fā)強(qiáng)烈，對(duì)于人才培養(yǎng)的革新愈發(fā)迫切。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與教育相融合，改變傳統(tǒng)教學(xué)課堂、教學(xué)方式的局限，突破技術(shù)壁壘，使得學(xué)生可以在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建的虛擬環(huán)境中進(jìn)行更加直觀、形象的交互學(xué)習(xí)實(shí)踐，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高其創(chuàng)新思維能力，借助于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)將向深度教學(xué)模式改革方向發(fā)展。

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