基于VR技術(shù)在殘疾大學(xué)生實(shí)訓(xùn)課程中的應(yīng)用

文/李亞男 黨志敏

目前，隨著在特殊教育學(xué)校接受高等教育的殘疾大學(xué)生人數(shù)不斷增加，特殊教育學(xué)校對(duì)殘疾大學(xué)生的培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)也越來(lái)越高，教學(xué)模式也在一直不斷的進(jìn)行探索，課程設(shè)計(jì)也針對(duì)不同殘類的殘疾大學(xué)生進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。實(shí)訓(xùn)課程的目的是讓殘疾大學(xué)生更好的將已學(xué)習(xí)的理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐，即在現(xiàn)實(shí)的場(chǎng)景中，在教師的指導(dǎo)下，掌握實(shí)物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理、操作性能，繼而能夠獨(dú)立完成整個(gè)實(shí)訓(xùn)任務(wù)或在團(tuán)體任務(wù)中獨(dú)立完成某一項(xiàng)的任務(wù)。但在現(xiàn)實(shí)教學(xué)過(guò)程中，特殊教育高等學(xué)校的某些專業(yè)由于受場(chǎng)地的限制、教學(xué)設(shè)備的不足、殘疾大學(xué)生的生理障礙等原因，無(wú)論是就學(xué)校的實(shí)訓(xùn)目的來(lái)說(shuō)，還是在殘疾大學(xué)生的實(shí)訓(xùn)效果來(lái)說(shuō)，都無(wú)法達(dá)到學(xué)校所要求的標(biāo)準(zhǔn)。鑒于目前存在的這種問(wèn)題，本文提出一種基于VR技術(shù)的方法，VR為教學(xué)提供了一種新型的手段，目前在國(guó)內(nèi)外已被廣泛的應(yīng)用在高等教育行業(yè)，以及特殊教育行業(yè)。并將VR技術(shù)融合到殘疾大學(xué)生的實(shí)訓(xùn)課程中去，從而既達(dá)到殘疾大學(xué)生良好的實(shí)訓(xùn)效果，又達(dá)到了特殊教育高等學(xué)校開(kāi)設(shè)相應(yīng)實(shí)訓(xùn)課程的標(biāo)準(zhǔn)和目的。

1 VR技術(shù)概述

虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）技術(shù)是仿真技術(shù)的一個(gè)重要方向，是仿真技術(shù)與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)接口技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多種技術(shù)的融合，是一門富有挑戰(zhàn)性的交叉技術(shù)。VR技術(shù)可以構(gòu)建和體驗(yàn)虛擬世界中的模擬環(huán)境，交互式、沉浸式多維實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)場(chǎng)景模擬，具有多種信息融合和場(chǎng)景模擬，可產(chǎn)生交互行為。具體地說(shuō), 就是采用計(jì)算機(jī)技術(shù)生成逼真的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)一體化的特定范圍的虛擬環(huán)境, 用戶借助必要的設(shè)備以自然的方式與虛擬環(huán)境中的對(duì)象進(jìn)行交互作用、相互影響，從而產(chǎn)生親臨等同真實(shí)環(huán)境的感受和體驗(yàn)。

隨著高性能智能手機(jī)等終端設(shè)備，以及低成本VR光學(xué)眼鏡的推廣，VR開(kāi)始進(jìn)入高速發(fā)展期。虛擬現(xiàn)實(shí)有3個(gè)特征，即沉浸性、交互性、構(gòu)想性，是一個(gè)學(xué)科高度結(jié)合交叉的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)涉及眾多門類的學(xué)科并整合了很多相關(guān)技術(shù)。VR技術(shù)是未來(lái)科技發(fā)展的方向之一，未來(lái)，在教育領(lǐng)域有極大的應(yīng)用推廣空間，在特殊教育高等學(xué)校，可以為殘疾學(xué)生創(chuàng)造更加自主的學(xué)習(xí)條件，尤其在實(shí)訓(xùn)課程當(dāng)中，為殘疾大學(xué)生的實(shí)訓(xùn)提供更加真實(shí)的場(chǎng)景。

2 殘疾大學(xué)生實(shí)訓(xùn)課程中的學(xué)習(xí)現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

本文所描述的殘疾大學(xué)生指的具有肢體障礙的在讀殘疾大學(xué)生。

《計(jì)算機(jī)組裝與維修》課程是計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)開(kāi)設(shè)的專業(yè)課之一，包括計(jì)算機(jī)硬件的工作原理、選購(gòu)、維護(hù)，計(jì)算機(jī)各個(gè)部件的安裝與拆卸，計(jì)算機(jī)硬盤(pán)分區(qū)、系統(tǒng)安裝、系統(tǒng)優(yōu)化、配置、應(yīng)用程序的安裝，以及計(jì)算機(jī)硬件故障和軟件故障的檢測(cè)與維修等。在實(shí)訓(xùn)過(guò)程中主要存在以下問(wèn)題。

2.1 實(shí)訓(xùn)內(nèi)容綜合復(fù)雜，實(shí)訓(xùn)條件不充分

《計(jì)算機(jī)組裝與維修》課程的實(shí)訓(xùn)包含的內(nèi)容較復(fù)雜。在計(jì)算機(jī)各部件的安裝與拆卸、故障檢測(cè)、維修方面來(lái)說(shuō)，包括的各種計(jì)算機(jī)硬件及檢測(cè)維修設(shè)備，在特殊教育高等學(xué)校沒(méi)有充分大量的設(shè)備零件供所有殘疾大學(xué)生操作，一些重要的數(shù)據(jù)恢復(fù)等設(shè)備一般學(xué)校只有1臺(tái)，不可能滿足所有班級(jí)的學(xué)生進(jìn)行實(shí)際操作。

2.2 實(shí)訓(xùn)教學(xué)效果較差，無(wú)法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

目前，《計(jì)算機(jī)組裝與維修》課程在實(shí)訓(xùn)過(guò)程中，教師在對(duì)相關(guān)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容操作演示時(shí)，是分組進(jìn)行的，教師對(duì)當(dāng)前組進(jìn)行演示時(shí)，其他組員處于自學(xué)狀態(tài)，甚至產(chǎn)生消極厭學(xué)的心理。從而造成實(shí)訓(xùn)時(shí)間嚴(yán)重拖延，并且學(xué)生實(shí)訓(xùn)的效果較差，無(wú)法達(dá)到實(shí)訓(xùn)的目的。

2.3 實(shí)訓(xùn)教學(xué)方法單一，不夠深入

教師通常用采用PPT來(lái)講解《計(jì)算機(jī)組裝與維修》中的工作原理、各種設(shè)備的結(jié)構(gòu)及安裝，學(xué)生無(wú)法深入到設(shè)備內(nèi)部，尤其是部分肢體殘疾的學(xué)生受身體障礙的原因，無(wú)法向正常學(xué)生一樣自如的行走、搬拿工具，實(shí)訓(xùn)質(zhì)量不高。

2.4 特殊教育高等學(xué)校與普通高等教育學(xué)校的實(shí)訓(xùn)資源無(wú)法共享

目前來(lái)說(shuō)，各特殊教育高等學(xué)校的實(shí)訓(xùn)質(zhì)量依賴的更多的是自己學(xué)校的實(shí)訓(xùn)基地的設(shè)備水平、師資水平，特殊教育高等學(xué)校的實(shí)訓(xùn)設(shè)備較之普通高校的實(shí)訓(xùn)設(shè)備差距較大，而特殊教育高等學(xué)校的殘疾學(xué)生不可能借助普通高校的實(shí)訓(xùn)設(shè)備去實(shí)訓(xùn)，因此，不利于實(shí)現(xiàn)特殊教育高等學(xué)校和普通高校之間實(shí)訓(xùn)資源的共享。

3 VR技術(shù)應(yīng)用在殘疾大學(xué)生實(shí)訓(xùn)課程中的優(yōu)勢(shì)

3.1 節(jié)約物品采購(gòu)成本

在特殊教育高等學(xué)校，主要建設(shè)虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)訓(xùn)室，建設(shè)VR實(shí)驗(yàn)室的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于各專業(yè)實(shí)訓(xùn)物品和設(shè)備的成本。比如醫(yī)學(xué)專業(yè)，部分實(shí)驗(yàn)材料是有使用年限和次數(shù)的，而且成本太高，如果采用VR虛擬實(shí)訓(xùn)，在虛擬解剖、虛擬手術(shù)方面極大降低了成本，而且最基本的VR眼鏡最低價(jià)格甚至不足百元，VR資源開(kāi)發(fā)使用的也都是人人都有的智能手機(jī)。

3.2 提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

在傳統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)課程中，學(xué)生主要通過(guò)教師的操作演示來(lái)掌握操作技能，尤其受設(shè)備缺乏的情況下，當(dāng)教師以分批演示的方式授課時(shí)，其余無(wú)法觀看教師演示的學(xué)生處于停滯狀態(tài)，極易分散注意力，或在實(shí)訓(xùn)室做與實(shí)訓(xùn)無(wú)關(guān)的事情。將VR融合到實(shí)訓(xùn)課程中，學(xué)生可以切身在虛擬的世界里體驗(yàn)現(xiàn)實(shí)生活中的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，相比教師單一的PPT授課、分組演示實(shí)訓(xùn)操作內(nèi)容，借助VR技術(shù)更容易提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教師的授課效率及學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

3.3 增強(qiáng)實(shí)訓(xùn)效果

借助VR虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)，學(xué)校不必再花費(fèi)高昂的費(fèi)用購(gòu)買大量醫(yī)學(xué)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)材料，以及機(jī)械零部件。借助VR技術(shù)，利用VR軟硬件設(shè)備，即可體驗(yàn)到與現(xiàn)實(shí)世界中一樣的實(shí)訓(xùn)感受。實(shí)訓(xùn)過(guò)程更加立體、清晰，更加增強(qiáng)實(shí)訓(xùn)效果。

3.4 提高實(shí)訓(xùn)的自主性

基于VR的實(shí)訓(xùn)課程里，教師和學(xué)生可以自由控制實(shí)訓(xùn)的速度，在VR軟件中可以反復(fù)進(jìn)行操作訓(xùn)練，沉浸式交互式的VR實(shí)訓(xùn)環(huán)境，可以讓大學(xué)生根據(jù)自己的實(shí)訓(xùn)進(jìn)度安排實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，大大提高了學(xué)生實(shí)訓(xùn)的自主性，增強(qiáng)了靈活性，提高了實(shí)訓(xùn)質(zhì)量。

3.5 提高殘疾大學(xué)生的實(shí)訓(xùn)安全性，降低了實(shí)訓(xùn)的操作難度

《計(jì)算機(jī)組裝與維修》課程的實(shí)訓(xùn)難度對(duì)殘疾大學(xué)生來(lái)說(shuō)相對(duì)較大，部分肢體障礙的大學(xué)生在實(shí)訓(xùn)過(guò)程中操作困難，一定程度上受身體的原因所產(chǎn)生的危險(xiǎn)系數(shù)也非常高，殘疾學(xué)生在實(shí)訓(xùn)過(guò)程中存在受傷的可能性。利用VR技術(shù)，學(xué)生在VR虛擬環(huán)境中經(jīng)過(guò)反復(fù)訓(xùn)練，可在一定程度上降低對(duì)實(shí)物操作的危險(xiǎn)性，而且在實(shí)訓(xùn)開(kāi)始前，教師可以利用VR技術(shù)對(duì)學(xué)生開(kāi)展實(shí)訓(xùn)操作的安全教育工作，在VR虛擬軟件中，讓學(xué)生沉浸式交互式的體驗(yàn)實(shí)訓(xùn)過(guò)程中由于錯(cuò)誤操作而產(chǎn)生的后果，從而提高實(shí)際實(shí)訓(xùn)過(guò)程中的安全性。

4 VR技術(shù)在殘疾大學(xué)生實(shí)訓(xùn)課程中的應(yīng)用及策略

（1）學(xué)校搭建VR虛擬現(xiàn)實(shí)教育平臺(tái)，目前可采用IdeaVR，IdeaVR是曼恒數(shù)字自主研發(fā)的一款支持異地多人協(xié)同的VR教育平臺(tái)，其強(qiáng)大的內(nèi)置分布式多人協(xié)同系統(tǒng)能夠構(gòu)建多人的協(xié)同工作環(huán)境，可以將使用者置于同一個(gè)真實(shí)的場(chǎng)景中。還有微視酷推出的VR課堂教學(xué)系統(tǒng)，目前在很多學(xué)校應(yīng)用，這套系統(tǒng)由教師操作一臺(tái)平板電腦主控端、學(xué)生佩戴VR眼鏡及IES教育軟件系統(tǒng)組成。教師能夠根據(jù)實(shí)訓(xùn)進(jìn)度進(jìn)行操作，并且可以實(shí)時(shí)控制學(xué)生VR眼鏡中的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容。

（2）自主研發(fā)或采購(gòu)基于Unity 3D的引擎平臺(tái)，全3D的虛擬配置及運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，來(lái)促進(jìn)不同專業(yè)實(shí)訓(xùn)課程等。同時(shí)，學(xué)?？筛鶕?jù)實(shí)際情況采購(gòu)頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品、桌面式VR與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備，比如微軟公司的HoloLens、Meta 2，我國(guó)云尚互動(dòng)公司引入的zSpace Z300等。此外，手持式VR設(shè)備非常實(shí)用，特別適合為殘疾大學(xué)生提供安全教育、休閑娛樂(lè)等功能。

（3）目前，VR技術(shù)還未完全進(jìn)入特殊教育高等學(xué)校，VR技術(shù)與特殊教育高等學(xué)校的很多課程還沒(méi)有很好的融合，很多教師對(duì)VR技術(shù)不了解，這就需要學(xué)校對(duì)參與實(shí)訓(xùn)課程的教師進(jìn)行VR系統(tǒng)的培訓(xùn)，使之能夠快速掌握操作環(huán)境和步驟，鼓勵(lì)教師積極的在教學(xué)及實(shí)訓(xùn)課程中應(yīng)用VR技術(shù)繼而去開(kāi)發(fā)VR教學(xué)實(shí)訓(xùn)資源。

（4）在《計(jì)算機(jī)組裝與維修》實(shí)訓(xùn)課程中，借助VR設(shè)備和VR軟件，學(xué)生通過(guò)VR手柄就可以在虛擬環(huán)境中學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)的工作原理、內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以及實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)實(shí)環(huán)境中相同的操作體驗(yàn)，尤其對(duì)于殘疾大學(xué)生來(lái)說(shuō)，即提高了他們學(xué)習(xí)的積極性和興趣，又解決了現(xiàn)實(shí)環(huán)境中無(wú)法實(shí)際操作某些實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的困難。學(xué)生在這種沉浸式、交互式的VR虛擬實(shí)訓(xùn)環(huán)境中，在良好的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)的交互操作體驗(yàn)下，顯著提高了這門實(shí)訓(xùn)課的實(shí)訓(xùn)效果。

（5）在醫(yī)學(xué)實(shí)訓(xùn)課中，在人體骨骼識(shí)別、穴位識(shí)別、醫(yī)學(xué)解剖、手術(shù)等相關(guān)領(lǐng)域，均可借助VR技術(shù)，在虛擬世界中，虛擬識(shí)別骨骼、虛擬識(shí)別穴位、虛擬解剖、虛擬手術(shù)，在相同的場(chǎng)景，相同的虛擬的環(huán)境中可以重復(fù)無(wú)數(shù)次操作，而且學(xué)生可以根據(jù)自己的實(shí)訓(xùn)進(jìn)度和掌握的程度自行操作，其沉浸式、交互式的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)體驗(yàn)與實(shí)際操作的效果一樣，這樣就為特殊教育高等學(xué)校節(jié)約購(gòu)置大量實(shí)驗(yàn)材料的成本，同時(shí)也極大的提高了實(shí)訓(xùn)質(zhì)量。

5 結(jié)束語(yǔ)

大數(shù)據(jù)、人工智能、VR教育被稱為影響未來(lái)的三大科技創(chuàng)新方向。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)迅速發(fā)展的時(shí)代背景下，VR技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能相融合，一定會(huì)讓VR技術(shù)在教育領(lǐng)域大有作為。未來(lái)，VR技術(shù)的應(yīng)用會(huì)逐漸走進(jìn)高等學(xué)校的大門，應(yīng)用在各個(gè)專業(yè)的各門課程，學(xué)生無(wú)論在課堂學(xué)習(xí)還是實(shí)訓(xùn)課程都會(huì)在沉浸性、交互性、構(gòu)想性的虛擬世界中體驗(yàn)實(shí)時(shí)交互的快樂(lè)，極大的促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性及學(xué)習(xí)興趣，教師的教學(xué)模式也將發(fā)生顛覆性改變，從而進(jìn)一步促進(jìn)個(gè)性化的、自主化、體驗(yàn)化的教學(xué)組織方式，更加因材施教。在VR虛擬環(huán)境中，個(gè)性化的為每一個(gè)學(xué)生創(chuàng)設(shè)教學(xué)資源。讓枯燥的文字、圖片變得簡(jiǎn)單化、立體化，進(jìn)而增加學(xué)生學(xué)習(xí)的趣味性和真實(shí)感，從而極大的促進(jìn)專業(yè)的發(fā)展、教師的發(fā)展及學(xué)生的發(fā)展。