新冠疫情下基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的實訓教學平臺建設研究

田萌

摘要：實訓教學是當前業(yè)務技能培訓的主要方式，2020年新冠肺炎席卷全球，如何培養(yǎng)高危應急業(yè)務人才是實訓教學研究的新課題，本文分析了傳統(tǒng)實訓教育存在問題，并結(jié)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)特點提出基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的實訓教學平臺建設構(gòu)想，并對功能架構(gòu)、技術(shù)架構(gòu)、物理部署及課程組織進行了描述。

Abstract： Practical training is the main method of current business skills training. In 2020， COVID-19 sweeps the world. How to train high-risk emergency business personnel is a new topic in practical teaching research. This paper analyzes the problems of traditional practical education and combines the virtual reality technical characteristics to proposes the concept of the construction of a practical training teaching platform based on virtual reality technology， and describes the functional architecture， technical architecture， physical deployment and course organization.

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實;實訓教學;功能架構(gòu);技術(shù)架構(gòu)

Key words： virtual reality;practical teaching;functional architecture;technical architecture

中圖分類號：TP391.9? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）21-0001-04

0? 引言

實訓教學是當前業(yè)務技能培訓的主要方式，它是通過模擬實際的工作場景和環(huán)境，進行實際的操作演練的教學活動，實訓教學重點是學生參與式、體驗式的學習，是提升學生在專業(yè)技能、實踐經(jīng)驗、工作方法、團隊合作等方面的主要手段。目前，國內(nèi)眾多高職院校、培訓機構(gòu)均建設了實訓教學環(huán)境，各類實訓課程在教學活動的比重逐漸增加。

如今新冠肺炎肆虐全球，世界各國對如此類事件的處置應對人才需求劇增，傳統(tǒng)實訓教學的資源和模式已無法滿足現(xiàn)階段培訓需求，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：一是實訓環(huán)境為實景搭建，部分案例和高危事件無法進行沉浸體驗，知識理解難度大;二是受場地和培訓時間限制，學生無法隨時隨地進行學習和教學資源的獲取;三是實訓基礎環(huán)境設施維護和更新需要投入大量的人力物力和財力;四是教學管理模式相對落后，數(shù)據(jù)信息采集效果不佳。

中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發(fā)的《加快推進教育現(xiàn)代化實施方案（2018-2022年）》中針對實訓教學方面提到，“著力構(gòu)建基于信息技術(shù)的新型教育教學模式”、“開展國家虛擬仿真實驗教學項目等建設”等內(nèi)容。從中我們不難看出，改革現(xiàn)有實訓教學模式，構(gòu)建集仿真體驗與信息化教學管理以于一體的實訓平臺在必行。

1? 虛擬現(xiàn)實技術(shù)簡介

虛擬現(xiàn)實（英文名稱：Virtual Reality，縮寫為VR）誕生于20世紀初，隨著技術(shù)不斷的迭代發(fā)展目前已進入理論成熟及廣泛應用階段，該階段主要表現(xiàn)為技術(shù)高速發(fā)展，系統(tǒng)非常成熟，在各個領(lǐng)域均有廣泛應用。VR技術(shù)具有沉浸性、交互性、感知性、構(gòu)想性、自主性等特點，能有效的解決傳統(tǒng)實訓教學存在的問題。

利用VR技術(shù)，學生可進入虛擬化的實訓環(huán)境，將學習環(huán)境由物理空間轉(zhuǎn)移至信息化空間中，其構(gòu)想性可根據(jù)培訓需求任意構(gòu)建場景，設計任意的流程，而培訓機構(gòu)僅需要花費維護服務器、VR設備、PC等基礎設備以及實訓腳本的更新費用。同時，VR技術(shù)還可與教學管理系統(tǒng)進行對接，完成學生管理、課堂管理以及教學資源的調(diào)用，實現(xiàn)整體實訓教學的信息化管理。

以新冠肺炎檢查處置流程實訓為例，我們可以仿真還原機場口岸等現(xiàn)實場景，并對防護設備、檢測設備、人員等進行仿真建模，形成虛擬實訓環(huán)境。實訓學員通過虛擬現(xiàn)實交互設備（如VR頭盔、眼鏡等等）進入虛擬環(huán)境，在系統(tǒng)的提示下按照流程一步步完成操作學習，同時也可以進行操作的演練和考核，在這期間教師可以進行課程的管控和數(shù)據(jù)的采集。此外，實訓學員還可以在不到場的情況下部署相應的交互設備進行遠程學習，打破時空限制隨時隨地進行練習操作。系統(tǒng)一方面不存在真實場景的危險性，另一方面還可以構(gòu)想其他的場景和流程，靈活性高。

2? 平臺設計

2.1 功能架構(gòu)

實訓教學平臺分為教師端功能和學員端功能。體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.1.1 教師端功能

學員信息維護功能：對學員用戶的登陸賬號、密碼進行增加、修改、刪除等操作。

課程設置功能：設置學員端的培訓內(nèi)容、培訓時間、培訓方式等，包括教學直播和現(xiàn)場考核倆種方式。教學直播：可以選擇進入系統(tǒng)教學或教學模式，通過投屏的方式引導所有學員開展教學培訓。其中系統(tǒng)教學主要通過引導教學的方式，介紹系統(tǒng)的操作和使用方式，包括場景介紹、儀器拿放、按鍵操作等。教學模式則基于培訓腳本，通過文字、語音、動畫等形式，介紹輻射探測儀器設備的使用方法、標準作業(yè)流程、安全注意事項等，一步一步引導培訓學員進行輻射探測，適用于入門和初級探測培訓。現(xiàn)場考核：給所有學員發(fā)送考核任務，開始考核。

考核評價功能：對培訓學員進行綜合評價，結(jié)果數(shù)據(jù)歸檔等。

統(tǒng)計查看功能：對學員的考核成績進行查看、統(tǒng)計和分析等操作。

2.1.2 學員端功能

系統(tǒng)登錄功能：系統(tǒng)啟動后，須輸入用戶名、密碼進行登陸驗證，如驗證通過則進入系統(tǒng)開始培訓體驗，如驗證不通過，則彈出提示對話框“用戶名、密碼錯誤，請重新輸入”。

系統(tǒng)教學功能：通過引導教學的方式，介紹系統(tǒng)的操作和使用方式，包括場景介紹、儀器拿放、按鍵操作等。

教學模式功能：基于培訓腳本，通過文字、語音、動畫等形式，介紹輻射探測儀器設備的使用方法、標準作業(yè)流程、安全注意事項等，一步一步引導培訓學員進行輻射探測，適用于入門和初級探測培訓。

練習模式功能：在沒有任何引導提示，基于自身知識積累完成所有操作步驟，達到鞏固和加深的目的，適用于具有一定系統(tǒng)使用經(jīng)驗的學員進行自主練習。該模式?jīng)]有考核壓力也允許用戶有出錯的機會，用戶可選擇“操作提醒”功能，系統(tǒng)將提醒當前用戶該執(zhí)行的操作以及注意事項;同時，當用戶出現(xiàn)違反安規(guī)的操作，或是不按標準流程操作時，系統(tǒng)通過文字、語音的形式自動告警，糾正用戶的不當操作。

考核模式功能：以任務的形式，用戶需在規(guī)定時間內(nèi)完成整個輻射探測作業(yè)過程。考核結(jié)束后，系統(tǒng)會彈出考核結(jié)果，顯示各環(huán)節(jié)的完成情況和不足的地方，適用于系統(tǒng)熟練人員進行實戰(zhàn)前的模擬考試?？己嗽u價分為系統(tǒng)客觀評價和教師主觀評價兩種：系統(tǒng)客觀評價綜合考慮完成時間、準確率、誤操作次數(shù)等要素進行量化打分;教師主觀評價是考核結(jié)束后，教師可根據(jù)個人經(jīng)驗輸入點評意見。同時系統(tǒng)須具備對考核評價結(jié)果的查看、統(tǒng)計、分析、比對等功能。

2.2 操作模式

學員對于平臺操作模式包括以下三種：①單人VR互動體驗：單人戴VR頭盔進行沉浸式交互體驗，體驗內(nèi)容包括標準業(yè)務流程、設備說明、交互操作等。②多人（培訓內(nèi)容）VR協(xié)同體驗：多人同時帶VR頭盔進行沉浸式交互實訓，內(nèi)容包括標準業(yè)務流程、設備說明、交互協(xié)同操作等。③多人VR觀摩：多人同時帶VR頭盔進行沉浸式觀摩學習，內(nèi)容包括標準作業(yè)流程、設備說明和使用等。

3? 平臺設計

3.1 技術(shù)架構(gòu)

平臺的技術(shù)架構(gòu)如圖2所示。

①系統(tǒng)平臺層：包括軟件平臺和硬件平臺，主要模塊及功能詳情如表1所示。②技術(shù)框架層：包括消息處理中心、邏輯處理中心和第三方插件等，主要模塊及功能詳情如表2所示。③應用功能層：遵循底層技術(shù)框架，基于交互功能和通訊接口標準進行系統(tǒng)功能模塊開發(fā)，主要模塊及功能詳情如表3所示。④應用交互層：主要是不同權(quán)限用戶的功能和UI開發(fā)。

3.2 培訓環(huán)境部署

實訓場地規(guī)劃設計示例如圖3所示。

由圖3，輻射探測VR實訓室場地規(guī)劃3個區(qū)域：1、2區(qū)域為VR交互體驗區(qū)，3區(qū)域為VR觀摩體驗區(qū)。1、2區(qū)域既可以作為兩個獨立的單人互動體驗區(qū)，亦可合并作為1個雙人協(xié)同體驗區(qū)域;3區(qū)為教師控制區(qū)域;4區(qū)域為多人觀摩體驗區(qū)域。詳情如表4所示。

各區(qū)設備部署包括：

1、2區(qū)：部署VR交互設備，用于用戶進行沉浸式的實訓學習和操作;前方各安裝顯示屏幕，實現(xiàn)教師和其他用戶場外觀摩。

3區(qū)：管理控制終端（PC、智能移動終端等），實現(xiàn)教師對課程的把控和管理。

4區(qū)：如VR眼鏡等沉浸式觀摩設備，實現(xiàn)多人同時進行學習和觀摩，由教師控制觀摩畫面。

4? 結(jié)束語

如今，虛擬現(xiàn)實+教育的模式已經(jīng)得到廣泛應用，在業(yè)務技能培訓方面優(yōu)勢凸顯。未來，虛擬現(xiàn)實教育將與人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進一步融合，打造智能化的虛擬學習空間，打破時間空間限制，讓學習者更加深入、直觀的沉浸于學習中，更好的提升學習的體驗感和獲得感。此外，我們還需要進一步開發(fā)虛擬現(xiàn)實課程，將知識通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)展現(xiàn)，提升虛擬現(xiàn)實實訓平臺的應用效果，成為實訓教學的主力軍。

參考文獻：

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