基于VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)的項目式教學(xué)應(yīng)用研究

吳蘭蘭

（海南科技職業(yè)大學(xué)國際護理學(xué)院，海南 ?？?571126）

1 基于VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)的項目式教學(xué)理論探索

1.1 VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)

VR是Virtual Reality的縮寫，就是虛擬現(xiàn)實技術(shù)[1]。虛擬現(xiàn)實是現(xiàn)代多媒體技術(shù)的終極應(yīng)用形式，它融合了計算機軟硬件技術(shù)、傳感器技術(shù)、圖像處理技術(shù)、人工智能及大數(shù)據(jù)處理技術(shù)等，依賴于三維圖像成型技術(shù)、三維定位跟蹤技術(shù)、聽覺與觸覺及嗅覺傳感技術(shù)、人工智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)處理技術(shù)以及人的行為學(xué)研究等多項技術(shù)的發(fā)展。VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有沉浸性、交互性和構(gòu)想性等特點，其將改變?nèi)藗兩?、生產(chǎn)和學(xué)習(xí)方式。當人們戴上VR眼鏡、數(shù)據(jù)頭套及手套等特制傳感器設(shè)備后，可以置身于一個具有三維感官的世界，人與外界環(huán)境可以通過自然動作和配套設(shè)施、設(shè)備進行信息交互。

1.2 項目式教學(xué)

項目式教學(xué)是在教學(xué)大綱和教學(xué)計劃指引下，利用有價值的教學(xué)資源，完成一項或多項相互關(guān)聯(lián)[2]、完整且具有實踐意義的教學(xué)活動。項目式教學(xué)以任務(wù)為驅(qū)動，教師根據(jù)課程目標和學(xué)生學(xué)情確定項目主題，提出項目設(shè)計，并在項目任務(wù)實施過程將理論知識與操作技能整合起來。項目式教學(xué)以教師為主導(dǎo)，教師指導(dǎo)學(xué)生完成任務(wù)；以學(xué)生為主體，學(xué)生全程參與項目任務(wù)實施過程，在實踐中解決問題、完成任務(wù)。

項目式教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)有很大的差別，它注重教師的引導(dǎo)、學(xué)生的自主探究性學(xué)習(xí)、生生及師生交流。在教學(xué)形式上，項目式教學(xué)通過將理論與實踐相結(jié)合的形式，提高學(xué)生創(chuàng)造力，改變傳統(tǒng)教學(xué)中理論教學(xué)與實踐教學(xué)相分離的格局。在教學(xué)環(huán)境上，項目式教學(xué)是在預(yù)先創(chuàng)設(shè)好的現(xiàn)實環(huán)境中，學(xué)生通過實操訓(xùn)練掌握知識。在教學(xué)過程上，項目式教學(xué)過程是面向項目的，以項目為基礎(chǔ)的教學(xué)模式有利于學(xué)生參與預(yù)先設(shè)置的實際項目訓(xùn)練，并在完成項目任務(wù)過程中學(xué)習(xí)專業(yè)知識，重視學(xué)生實際操作能力培養(yǎng)。

1.3 VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)與項目式教學(xué)融合理念

項目式教學(xué)步驟包括任務(wù)設(shè)計、任務(wù)解讀、任務(wù)實施、評價分析。在任務(wù)設(shè)計環(huán)節(jié)，有效融入VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)，創(chuàng)設(shè)逼真的現(xiàn)實虛擬場景，實現(xiàn)技術(shù)與課程的完美結(jié)合、無縫對接。在任務(wù)解讀環(huán)節(jié)，利用VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)展示學(xué)習(xí)場景，學(xué)生在三維虛擬環(huán)境中進行任務(wù)解讀。在任務(wù)實施階段，學(xué)生置身于虛擬現(xiàn)實環(huán)境中進行操作。在評價分析環(huán)節(jié)，借助VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行總結(jié)分析。將VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)有效運用到項目式教學(xué)中，使實訓(xùn)室資源、VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)與授課內(nèi)容、教學(xué)形式、教學(xué)方法等相融合。

VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)與項目式教學(xué)的關(guān)系實質(zhì)就是將VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)與課程結(jié)構(gòu)、形式、內(nèi)容、資源等融為一體[3]，使其成為課程內(nèi)容的有機組成部分，從而提高教學(xué)效率，達成教學(xué)目標。如果說授課內(nèi)容是靈魂，那么VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)就是手段，只有合理利用手段，才能更好地講授課程內(nèi)容。既然VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)對提高教學(xué)質(zhì)量有不可估量的作用，那么就應(yīng)該把這種技術(shù)引入項目式教學(xué)中，將VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)與授課內(nèi)容融合。

項目式教學(xué)內(nèi)容關(guān)聯(lián)性、實踐性、操作性強。這就要求教師在設(shè)計教學(xué)內(nèi)容時，從學(xué)生實際需求出發(fā)，對教學(xué)內(nèi)容進行重構(gòu)，根據(jù)內(nèi)容設(shè)計若干個基礎(chǔ)項目任務(wù)。項目任務(wù)是實踐性較強的知識模塊，利用VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)，模擬真實情景，創(chuàng)設(shè)虛擬現(xiàn)實場景，學(xué)生佩戴VR眼鏡和相關(guān)傳感器設(shè)備，參與項目活動，在虛擬現(xiàn)實場景中完成任務(wù)。

項目式教學(xué)過程是教師和學(xué)生相互輔助的過程。項目式教學(xué)注重學(xué)生自主學(xué)習(xí)過程，為了保證學(xué)生自主學(xué)習(xí)的順利開展，教師要重視輔助。在項目式教學(xué)過程中，教師主要起輔助作用，學(xué)生佩戴VR眼鏡、任務(wù)實施過程中，教師要針對動作要領(lǐng)進行指導(dǎo)和輔助。當然，對于項目式教學(xué)內(nèi)容設(shè)計和環(huán)境創(chuàng)建，也需學(xué)生參與。只有根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)特點和知識結(jié)構(gòu)特點，才能創(chuàng)建符合學(xué)情的項目式教學(xué)環(huán)境。基于VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)的項目式教學(xué)活動強調(diào)活動中師生協(xié)作，重視培養(yǎng)學(xué)生團隊協(xié)作能力。

2 基于VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)的項目式教學(xué)設(shè)計

基于VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)的項目式教學(xué)是一種新的教學(xué)模式，其以虛擬現(xiàn)實技術(shù)為支撐，依托VR眼鏡，使學(xué)生獲得身臨其境的體驗，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使其在游戲中完成項目任務(wù)，在愉悅的氛圍中學(xué)習(xí)知識，提高學(xué)習(xí)效率。

2.1 基于VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)的項目式教學(xué)設(shè)計理論

2.1.1 基于VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)的項目式教學(xué)設(shè)計理念 教學(xué)設(shè)計模式[4]是指在日常教學(xué)實踐活動中逐漸積累，并形成一套體系的步驟。該模式依托于教學(xué)環(huán)節(jié)，說明哪個環(huán)節(jié)做什么，用什么形式去做。常見的教學(xué)設(shè)計模式有3種：以教師為主體的教學(xué)設(shè)計模式，以學(xué)生為主體的教學(xué)設(shè)計模式，以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體的教學(xué)設(shè)計模式。傳統(tǒng)的理論教學(xué)多采用以教師為主體的教學(xué)設(shè)計模式。對于閱讀等自主學(xué)習(xí)活動，多采用以學(xué)生為主體的教學(xué)設(shè)計模式。而項目式教學(xué)中則多采用以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體的教學(xué)設(shè)計模式。在實際教學(xué)設(shè)計過程中，教師可以根據(jù)具體教學(xué)內(nèi)容，有針對性地選擇和完善教學(xué)設(shè)計模式，從而滿足教學(xué)需求。

教學(xué)設(shè)計模式的發(fā)展離不開現(xiàn)代信息技術(shù)。項目式教學(xué)強調(diào)以任務(wù)為驅(qū)動，以教師為主導(dǎo)，以學(xué)生為主體，注重項目設(shè)計和任務(wù)實施過程中的環(huán)境創(chuàng)設(shè)。因此，可將VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)引入項目式教學(xué)，創(chuàng)設(shè)項目實施環(huán)境，提高教學(xué)效率。

2.1.2 基于VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)的項目式教學(xué)設(shè)計系統(tǒng)構(gòu)建理念基于VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)的項目式教學(xué)設(shè)計系統(tǒng)是在項目式教學(xué)基礎(chǔ)上構(gòu)建的，引入VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)，體現(xiàn)任務(wù)驅(qū)動教學(xué)優(yōu)勢，同時體現(xiàn)應(yīng)用VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)的沉浸式教學(xué)特點，構(gòu)建適合本研究的教學(xué)設(shè)計模式框架。開展項目式教學(xué)的必要條件是教學(xué)項目和任務(wù)的創(chuàng)設(shè)，項目和任務(wù)的創(chuàng)設(shè)既要符合教育教學(xué)規(guī)律，又要適應(yīng)學(xué)生實際情況，更重要的是要借助現(xiàn)代信息技術(shù)?；赩R虛擬現(xiàn)實技術(shù)的項目式教學(xué)設(shè)計模式注重學(xué)生在任務(wù)實施過程中的體驗[5]，利用VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)，使學(xué)生獲得娛樂性、交互性和沉浸性體驗。

2.2 基于VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)的項目式教學(xué)模式構(gòu)建

教學(xué)模式是在一定教學(xué)思想或教學(xué)理論指導(dǎo)下建立起來的較為穩(wěn)定的教學(xué)活動結(jié)構(gòu)框架。教學(xué)模式在宏觀上突出了教學(xué)活動整體及各要素之間的關(guān)系和功能?；赩R虛擬現(xiàn)實技術(shù)的項目式教學(xué)模式的構(gòu)建基于項目任務(wù)實施，以教師為主導(dǎo)，以學(xué)生為主體（見圖1）。教學(xué)步驟包括任務(wù)設(shè)計、任務(wù)解讀、任務(wù)實施、評價分析。在任務(wù)設(shè)計環(huán)節(jié)和任務(wù)實施環(huán)節(jié)引入VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)，學(xué)生在游戲中實施任務(wù)[6]，在教師輔助下，佩戴VR眼鏡進行任務(wù)探索。

圖1 基于VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)的項目式教學(xué)模式

3 基于VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)的項目式教學(xué)實施

外科手術(shù)實訓(xùn)課作為護理專業(yè)一門專業(yè)核心課程，科學(xué)性、技術(shù)性及實踐性較強，實訓(xùn)操作難度較大。學(xué)生既要熟悉手術(shù)護理技術(shù)，又要掌握無菌操作規(guī)范，整個實訓(xùn)過程要求做到嚴密組織、精心策劃。鑒于實訓(xùn)操作難度較大，且無法與手術(shù)室真實環(huán)境一致，我院在2019級護理專業(yè)外科手術(shù)實訓(xùn)課中開展基于VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)的項目式教學(xué)。

3.1 任務(wù)設(shè)計——VR環(huán)境創(chuàng)建

在外科手術(shù)實訓(xùn)課教學(xué)中，學(xué)生需要完成外科刷手、穿無菌手術(shù)衣與戴手套、消毒鋪巾、外科手術(shù)操作配合等任務(wù)。教師將VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)融入實訓(xùn)過程，結(jié)合任務(wù)特點創(chuàng)建VR環(huán)境。實際外科手術(shù)活動空間包括開放式刷手間、手術(shù)室內(nèi)走廊和外科手術(shù)室3個操作空間，因此，在創(chuàng)建基于VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)的虛擬手術(shù)室空間時，也要創(chuàng)建以上3個操作空間。

創(chuàng)設(shè)虛擬空間時，要依據(jù)臨床手術(shù)室實景圖片、手術(shù)操作錄像、教學(xué)圖片等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)編寫腳本，在描述空間時需涉及空間類型、空間描述、空間大小、是否位移、空間動線、空間動線描述、場景布置、避讓物、避讓條件、避讓要求、禁行區(qū)域、可通行區(qū)域等。場景布置要點較多，書寫腳本應(yīng)詳盡，只有這樣才能通過電腦創(chuàng)建逼真的空間環(huán)境，讓學(xué)生有身臨其境的感覺，增強角色體驗感，提高實際操作練習(xí)效率[7]。設(shè)計的手術(shù)室實驗項目包括外科刷手、穿無菌手術(shù)衣與戴手套、消毒鋪巾、外科手術(shù)操作配合等。

為增強實驗的真實感，可從物品類型、名稱、型號、數(shù)量、位置、組合邏輯、時間邏輯、是否穿戴等方面創(chuàng)建模型。利用Unity模型技術(shù)，從物品的外觀、大小、色彩等方面，將其與實物進行紋理映射和渲染，讓學(xué)生使用起來真實感更強。在交互功能的實現(xiàn)方面，采用Kinect光學(xué)設(shè)備進行動作捕捉，增加語音交互功能，使學(xué)生更自然地獲得沉浸式的交互體驗。

3.2 任務(wù)解讀——VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)演示

以消毒鋪巾項目為例。首先向?qū)W生解讀學(xué)習(xí)任務(wù)的規(guī)則和要求，在這里我們采用VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)演示學(xué)習(xí)場景，在此場景內(nèi)對本次實驗項目的要點進行展示，學(xué)生在三維虛擬環(huán)境中先觀看，了解本次實驗項目的重點內(nèi)容和相關(guān)知識。

3.3 任務(wù)實施——VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用

在掌握學(xué)習(xí)任務(wù)的規(guī)則和要求之后，學(xué)生作為學(xué)習(xí)主體，參與教學(xué)，進入任務(wù)實施階段。本階段學(xué)生要完成兩個任務(wù)，即選擇實驗物品和作為護士輔助主刀醫(yī)生進行手術(shù)輔助操作。

為了保證實驗效果，我們以VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)為輔助完成任務(wù)。第一個任務(wù)：學(xué)生進行外科刷手，之后進入虛擬的外科手術(shù)室，操控面板提示“請您進行消毒鋪巾操作”。點擊文本消失，進入下一個操作場景。學(xué)生根據(jù)任務(wù)提示，選擇合適的實驗用物，如碘伏棉球、換藥碗、卵圓鉗、布巾鉗、手術(shù)治療巾、手術(shù)中單、手術(shù)剖腹單等。如果學(xué)生在操作過程中選錯用物，系統(tǒng)會給予提示。第二個任務(wù)：學(xué)生在虛擬的患者身上進行操作，包括選擇并定位手術(shù)切口，用卵圓鉗夾持碘伏棉球?qū)κ中g(shù)區(qū)域進行從上向下、由中心到四周、單方向疊瓦狀消毒，依次鋪手術(shù)治療巾、中單、剖腹單等。在此操作過程中，系統(tǒng)可根據(jù)學(xué)生操作步驟，判斷其操作是否規(guī)范，如果有錯誤操作或者遺漏動作，系統(tǒng)會給予提示。

3.4 評價分析——VR數(shù)據(jù)分析

任務(wù)完成后，小組之間以及小組內(nèi)部進行交流和總結(jié)，分析實驗過程中操作步驟的連貫性和規(guī)范性，在這種情況下，學(xué)生可以借助VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行總結(jié)分析。學(xué)生完成操作后，系統(tǒng)會根據(jù)學(xué)生操作情況，對其進行綜合評價。如果操作步驟連續(xù)規(guī)范，沒有明顯誤差，將提示操作通過。如果操作未通過，系統(tǒng)將列出具體的錯誤之處，并告知正確答案，提示面板也會提示是否需要重新進行操作訓(xùn)練。學(xué)生可以反復(fù)練習(xí)，增強操作的熟練性，直到完全掌握該項操作。

4 總結(jié)分析

利用VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行項目式教學(xué)，加快學(xué)院實訓(xùn)教學(xué)信息化建設(shè)步伐，提升教師信息化教學(xué)能力及學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，最終提升實訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量。

4.1 加快學(xué)院實訓(xùn)教學(xué)信息化建設(shè)步伐

利用VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行項目式教學(xué)，加強學(xué)院實訓(xùn)室建設(shè)，提高實訓(xùn)室信息化程度。創(chuàng)建外科手術(shù)實訓(xùn)室虛擬空間，滿足手術(shù)室實驗項目要求，解決學(xué)院實訓(xùn)設(shè)備不足等問題，擺脫外科手術(shù)實驗難以在實訓(xùn)室開展的困境。

4.2 提高教師信息化教學(xué)能力

利用VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行項目式教學(xué)，有利于激發(fā)教師學(xué)習(xí)先進信息技術(shù)的動力。在創(chuàng)建實訓(xùn)室虛擬空間時，教師需要熟悉劇本的設(shè)計、開發(fā)引擎、全景攝像技術(shù)等。開發(fā)引擎方面，通過Unity3D，對三維視頻、模型、動畫等進行編輯，得出相關(guān)VR內(nèi)容。在全景拍攝方面，利用全景攝像機拍攝影片并進行后期制作。通過項目實施，教師信息化教學(xué)能力得到提高。

當然在項目實施過程中遇到很多困難，這對教師教學(xué)設(shè)計能力及實施過程的把控能力提出了挑戰(zhàn)。教師要增加知識儲備，緊跟時代發(fā)展步伐，立足于課堂教學(xué)，不斷探究，提高信息化教學(xué)水平。

4.3 提高學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量

VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用，有利于學(xué)生擺脫枯燥乏味的技能操作訓(xùn)練，自主選擇角色并體驗到角色價值，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。利用VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)，呈現(xiàn)逼真的虛擬設(shè)備，如外科手術(shù)操作配合實驗所需虛擬模型（手術(shù)刀、手術(shù)剪、手術(shù)鑷、泡鑷桶、止血鉗、卵圓鉗、布巾鉗、組織鉗、闌尾鉗、手術(shù)紗布等）。利用VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行項目式教學(xué)，有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生學(xué)習(xí)出勤率、操作積極性及學(xué)習(xí)質(zhì)量。

基于VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)的項目式教學(xué)將單調(diào)、枯燥的實訓(xùn)操作變成動態(tài)、立體、真實的虛擬現(xiàn)實環(huán)境，將單一的實訓(xùn)臺、冰冷的手術(shù)器械變成大小、遠近可以變化的多姿多彩的虛擬世界。VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用，有利于加快學(xué)院實訓(xùn)教學(xué)信息化建設(shè)步伐，提高教師信息化教學(xué)能力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)質(zhì)量。