探討虛擬現(xiàn)實技術在高校實訓領域中的應用

段永平 陳榮強

摘 要

本文以實訓教學為研究對象，圍繞虛擬現(xiàn)實技術在實訓領域中的應用展開研究，通過對虛擬現(xiàn)實技術相關內(nèi)容的概述，分析了目前高校實訓教學存在的不足，并從虛擬現(xiàn)實技術在實訓中的優(yōu)勢作用出發(fā)對虛擬現(xiàn)實技術在實訓領域中的應用進行了詳細的介紹。希望能夠借助以下研究和探討，對進一步促進虛擬現(xiàn)實技術優(yōu)勢作用在實訓領域中的發(fā)揮具有一定的借鑒意義。

關鍵詞

虛擬現(xiàn)實技術;實訓教學;優(yōu)勢;應用

中圖分類號： G712;G434 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.16.028

一直以來，高校教學改革都被作為我國教育領域的一項頭等大事來對待，而作為關系到高校職業(yè)技術人才培育關鍵一環(huán)的實訓教學，則更是成了重中之重。基于深化高校實訓教學改革的需要，虛擬現(xiàn)實技術逐漸被應用到實訓教學領域當中，并憑借其優(yōu)勢作用的發(fā)揮，有效彌補了傳統(tǒng)實訓教學在教學設施、場景構建、教學資源等方面存在的不足和弊端。與此同時虛擬現(xiàn)實技術在實訓教學中的應用更是充分的滿足了實訓對學生動手能力的側重，這使得虛擬現(xiàn)實技術已經(jīng)成為目前實訓教學研究領域一項重要議題。作為一名高校教學工作者，我們有責任也有必要結合自身實訓教學實際，針對虛擬現(xiàn)實技術在實訓領域中的應用展開一番深入的研究與探討。

1 虛擬現(xiàn)實技術概述

虛擬現(xiàn)實亦稱作虛擬環(huán)境、虛擬技術，簡稱VR，是于20世紀隨著計算機技術的發(fā)展而衍生出來的一項全新技術，它通過對計算機模擬技術的運用，在視覺模擬、感官模擬的共同作用下，結合實際需求構建出一個三維虛空間世界，為用戶提供一種如身臨其境的真實感受。從技術構成的角度來看，虛擬現(xiàn)實技術是一種多技術綜合體，它包含了三維計算機圖形技術，語音輸出輸入，網(wǎng)絡傳輸，立體聲，以及對觀察者肢體眼睛的跟蹤技術，廣角立體顯示技術，觸覺回饋技術等各項技術。

2 當前高校實訓教學存在的不足

人才培育的最終目的是要賦予人才走向社會、走向工作崗位，使其能夠借助自身知識、技能、素質(zhì)等各方面優(yōu)勢來做好本職工作，為企業(yè)、為社會發(fā)展做出貢獻。正是在這一思維的引導下，高校針對各專業(yè)特點開設了實訓教學，通過理論、實訓教學之間的相互配合來達到綜合技能型人才培育目標要求。因此，一直以來高校都十分重視實訓教學，并將實訓教學作為新時期教學改革重點項目來實施。但基于傳統(tǒng)教學理念的限制，目前高校實訓教學與理想目標仍存在一定的差距。

其問題主要表現(xiàn)在以下幾個方面：一是，實訓設備陳舊。實訓設備的構建需要消耗大量的人力、物力和財力，況且高校各專業(yè)基于其教學內(nèi)容的不同都需要建設相應的實訓教學設備。而大多數(shù)高校的實訓設備多有一定年代，雖然在高校的發(fā)展進程中也陸續(xù)進行了設備的整改和更新?lián)Q代，但大多都是在原有設備的基礎上而進行的。高校實訓設備陳舊的現(xiàn)實情況仍然存在。面對實訓教學創(chuàng)新改革的要求，高校無力對每個專業(yè)的實訓教學作出徹底的更新?lián)Q代。近年來高校擴招政策影響下，高校在校學生逐年激增的現(xiàn)實情況，更是導致學生數(shù)量與有限、陳舊的實訓設備之間出現(xiàn)了嚴重的供需矛盾。嚴重抑制了高校實訓教學活動的開展。二是，實訓技術、設備、管理等各方面的局限性，都使得實訓教學無法將實訓教學內(nèi)容完全呈現(xiàn)在學生面前。尤其是對于那些存在潛在危險的專業(yè)，如機電、建筑、電氣焊等，教師出于安全問題的考慮，在實訓內(nèi)容的呈現(xiàn)上多有所保留。雖然這大大降低了學生人身安全事故的發(fā)生率，但也導致實訓教學的不徹底、不完善，使得學生無法通過親手操作來感受技術上的運用情況，由此使得實訓效果被打折。

3 虛擬現(xiàn)實技術在實訓教學中的優(yōu)勢

虛擬現(xiàn)實技術在實訓教學中的運用需要借助一定的硬件設備來實現(xiàn)，其中就包括了用于顯示和操作虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的桌面式VR設備、用于虛擬現(xiàn)實圖像仿真的VR頭盔、用于實現(xiàn)現(xiàn)實世界與虛擬世界互動的AR眼鏡、用于360度全景構圖的大場景顯示系統(tǒng)。在這些設備的共同作用下，能夠有效結合教學需要，為師生的實訓教學構建起一個高度模擬的虛擬實訓世界。結合虛擬現(xiàn)實技術特點以及實訓教學需求，我們特將虛擬現(xiàn)實技術在實訓教學中的應用優(yōu)勢總結如下。

3.1 有助于教學情境的構建

虛擬現(xiàn)實技術憑借其先進的技術設備能夠結合教學需要，為學生構建起一個集合了觸覺、視覺、聽覺等為一體的多感官世界，使師生可以在三維虛擬環(huán)境下感受到如真實實訓場景一般的感官體驗。在虛擬現(xiàn)實技術的作用下，傳統(tǒng)顯示屏幕以及實訓設備逐漸退出實訓環(huán)節(jié)，取而代之的是以三維控制器、數(shù)據(jù)手套，以及上述我們提到的AR頭盔、眼鏡等虛擬設備，以便于學生在虛擬環(huán)境中進行敲擊、移動、安裝、抓取等一系列操作。甚至于在虛擬環(huán)境中學生手中的物體滑落在地，學生也可以聽到掉落的聲音，即便是在學生轉動頭部時，也可以在360度全景構圖的效用下，實現(xiàn)場景隨著學生身體的變化而自然轉變。學生感受到的是一種更加真實、更加具體、更具感染力的虛擬實訓世界。同時基于虛擬現(xiàn)實技術強大的情境構建功能，將學生與外界之間進行了徹底的隔絕，有效降低了外在環(huán)境對學生實訓效果的影響。

3.2 有助于增強教學趣味

虛擬現(xiàn)實技術憑借其功能的多樣性為我們的實訓教學提供了更具多變性的實訓教學方式方法，使師生可以結合教學所需進行隨意的展示和變幻;尤其是在強大的虛空間交互性、多感知性的共同作用下，達到了多人協(xié)同作業(yè)的效果，能夠使多個學生在同一實訓場景下借助頭盔、眼鏡、手套等設備進行實際崗位演練。這對于習慣了傳統(tǒng)實訓教學模式的學生而言，極具吸引力，同時在內(nèi)容和形式上也更加符合當今時代大學生的行為特點和心理特點，能夠準確抓住學生興趣點，使學生積極地參與到課堂虛擬實訓教學當中。

3.3 有助于節(jié)約資源

虛擬現(xiàn)實技術平臺搭建好后，可以很好地節(jié)約實物成本和減少實訓中的危險性。比如動物解剖學，借助虛擬現(xiàn)實技術平臺，讓每個同學都身臨其境地體驗，而不是每個同學找一具動物活體來解剖，既浪費了實物成本，又有危險性。同一個實驗，通過虛擬現(xiàn)實平臺，學生可以感受無數(shù)次也可以讓無數(shù)學生體驗;換不同的動物，就有不同的體驗。而不同動物的解剖，只要平臺搭建好后，換場景就能夠?qū)崿F(xiàn)。

4 虛擬現(xiàn)實技術在實訓領域中的應用

通過上述研究，我們對實訓教學現(xiàn)實需求以及虛擬現(xiàn)實技術優(yōu)勢等都有了一個較為全面的了解。在運用虛擬現(xiàn)實技術開展實訓教學過程中，我們既要綜合考慮各項因素，又要做好相應的保障性工作，以此來確保虛擬現(xiàn)實技術優(yōu)勢功能的發(fā)揮，使實訓教學達到最佳效果。

4.1 構建虛擬教學情境

上面我們已經(jīng)提到虛擬現(xiàn)實技術的一大優(yōu)勢就是虛擬場景的構建，在運用虛擬現(xiàn)實技術開展實訓教學過程中，我們可以借助其優(yōu)勢特征，結合各專業(yè)實訓教學內(nèi)容，進行不同實訓場景的構建。具體而言，一是，要借助虛擬現(xiàn)實技術將那些我們現(xiàn)實生活中無法觀察到的事物、景象進行情境再造。如，對于建筑、藝術專業(yè)學生的實訓教學，我們可以借助虛擬現(xiàn)實技術再現(xiàn)頤和園為代表的已經(jīng)流失的物質(zhì)文化遺產(chǎn)，使學生能夠一睹傳統(tǒng)建筑文化的魅力;二是，借助虛擬現(xiàn)實技術將那些無法詳細描述的抽象理論、概念進行3D展示，以此來便于學生理解。如，對于機電專業(yè)學生的實訓而言，我們可以借助虛擬現(xiàn)實技術直觀展示導體內(nèi)電流的定向流動情況，使學生切實感知電流工作原理。

4.2 開展虛擬教學實驗

虛擬現(xiàn)實技術的加入為師生專業(yè)實驗實訓教學活動的開展提供了一個良好的平臺。上文中我們也提到了，許多專業(yè)的實訓教學是帶有一定危險性的，教師為確保學生的安全，往往會有所保留，這造成了學生實訓經(jīng)驗的不足。而虛擬現(xiàn)實技術憑借其真實的情境構建功能，能夠動態(tài)、逼真的將這些具有一定危險性、激烈性的實訓場景呈現(xiàn)在學生面前，能夠在確保實訓效果的同時保障學生的安全性，可以大大消除教師在實訓安全性方面的顧慮。例如，鐵路專業(yè)學生可以在虛擬現(xiàn)實技術的作用下進行機車的實際操作訓練，使其真正感知機車操作失范所帶來的危險性。與此同時，虛擬現(xiàn)實技術構建出來的實驗室是一種虛擬化且功能齊全的實驗室，在降低學校實驗設備投入的情況下，又能最大程度上確保學生多樣化實驗活動的開展。如，物理專業(yè)的學生在虛擬實驗室中，進行各種理想狀態(tài)下的電路、阻力運動實驗;醫(yī)學專業(yè)學生也能夠進行高度模擬的醫(yī)學實驗，不用再為實驗素材、設備的匱乏而苦惱。此外，完整的虛擬現(xiàn)實實訓系統(tǒng)，能夠為各專業(yè)學生的技術、技能訓練提供一個最優(yōu)的平臺，使學生可以在虛擬現(xiàn)實環(huán)境下進行反復的技術訓練，并在虛擬現(xiàn)實技術多感知性、交互性的作用下，使學生親身感受技術操作之后的反應情況。如，汽車駕駛、醫(yī)學手術、飛機機車駕駛等。

4.3 做好虛擬實訓教學保障工作

虛擬現(xiàn)實技術作為一項新興技術其在實訓教學中的應用需要我們在做好一系列保障工作的前提下來開展，以此來確保虛擬現(xiàn)實技術優(yōu)勢功能的發(fā)揮。為此，學校應從以下幾方面做起：一是，學校方面要積極構建虛擬現(xiàn)實實訓教學體系。結合虛擬現(xiàn)實技術特點以及各專業(yè)實訓教學需要，制定完善的虛擬現(xiàn)實實訓教學標準，包括其中涉及的教學理念、教學模式、教學方式方法。與此同時更需要在對虛擬現(xiàn)實技術實訓教學資源以及潛在優(yōu)勢進行深入挖掘的基礎上，推動虛擬現(xiàn)實技術與專業(yè)實訓資源、模式之間的深度融合;二是，政府方面要加大對虛擬現(xiàn)實技術的研究和推廣，以此來達到降低虛擬現(xiàn)實技術設備價格的目的，提升虛擬現(xiàn)實技術在各高校實訓教學中廣泛應用的可能性。同時還要結合區(qū)域高校實訓教學現(xiàn)實情況，設定虛擬現(xiàn)實技術教學專項基金，對于有需求、有意向建設虛擬實驗室的學校予以一定程度的經(jīng)費支持;三是，學校要加大人才培育力度，結合虛擬現(xiàn)實實訓教學要求，對各專業(yè)實訓教師的素質(zhì)建設予以完善，通過培訓和再學習等辦法來提升專業(yè)教師的虛擬現(xiàn)實技術掌控能力，使其能夠?qū)崿F(xiàn)對虛擬現(xiàn)實技術的靈活運用，能夠自主進行虛擬實驗資源的開發(fā)。

5 小結

綜上所述，虛擬現(xiàn)實技術憑借自身多人協(xié)同作業(yè)以及良好的交互感、真實感等一系列優(yōu)勢，使其成為了當今高校應用技能型人才培育過程中一種主流教學技術，并被廣泛地應用到高校各專業(yè)的實訓教學當中。在未來的工作中，我們要繼續(xù)加強對虛擬現(xiàn)實技術各項實訓教學潛力功能的挖掘，并結合不同專業(yè)的實訓教學制定出極具針對性的最優(yōu)教學計劃，確保各專業(yè)應用技能型人才培育目標的實現(xiàn)。

參考文獻

[1]陳燕.淺談虛擬現(xiàn)實技術在高職院校實訓教學中的應用[J].計算機產(chǎn)品與流通，2020（02）：209.