虛擬仿真實驗教學(xué)在高校教學(xué)改革與人才培養(yǎng)中的應(yīng)用價值

孫銳

（中原工學(xué)院藝術(shù)設(shè)計學(xué)院，河南 鄭州 450007）

21 世紀(jì)是科技飛速發(fā)展的時代，伴隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的大面積普及，人類進入了新媒體時代，同時，該行業(yè)對人才的綜合素質(zhì)的需求也逐漸提升，具備創(chuàng)新能力的人才需求也與日俱增。而高等學(xué)校作為人才培養(yǎng)與輸出的機構(gòu)，其人才培養(yǎng)的質(zhì)量好與壞將直接印象到高校的聲譽與發(fā)展。新時代的高校學(xué)生由于從小就接觸到網(wǎng)絡(luò)信息、網(wǎng)絡(luò)教育。因此，在學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)潛力都具備接受數(shù)字化教學(xué)的能力?，F(xiàn)代高校如何與現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合，從培養(yǎng)學(xué)生個性化的角度出發(fā)，如何打破傳統(tǒng)的教育教學(xué)方式，在數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)框架上構(gòu)建綜合性虛擬仿真實驗教學(xué)模式。為學(xué)生打造一條同理論學(xué)習(xí)到實踐中更為便捷的橋梁，充分發(fā)揮高校人才培養(yǎng)和學(xué)生能力開發(fā)的雙重潛能，為行業(yè)和社會培養(yǎng)出大量專業(yè)強、創(chuàng)新型人才。以信息技術(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)建多層次綜合性實驗教學(xué)模式，為學(xué)生搭建由理論走向?qū)嵺`的便在下文中，以我院數(shù)字漫游虛擬仿真拍攝實驗教學(xué)模式為例進行說明：

一、傳統(tǒng)動畫專業(yè)實驗教學(xué)模式存在的問題

（一）動畫專業(yè)教學(xué)資源“做不了”的問題

傳統(tǒng)實驗教學(xué)由于實驗空間、設(shè)備的限制，在我院數(shù)字動畫漫游課程中學(xué)生無法親臨現(xiàn)場真實體驗漫游空間環(huán)境，如：太空空間站、軍事基地、深海隧道、山地礦坑等。這些空間存在高風(fēng)險、高危險性，涉及到此類空間傳統(tǒng)實驗教學(xué)都是無法實現(xiàn)的，同時，面臨著行業(yè)對高校人才的諸多需求以及行業(yè)技術(shù)、知識的不斷更新?lián)Q代的壓力和實驗室建設(shè)的實際問題，傳統(tǒng)實驗課程漸漸出現(xiàn)“做不了”的問題，比如：多人同時虛擬空間交互漫游技術(shù)、人物面部動畫捕獲、手指動作捕獲等設(shè)備更新問題，也制約著人才培養(yǎng)計劃的更新與調(diào)整。因此，引入虛擬仿真實驗教學(xué)模式就成了解決該問題的一個契機。

（二）動畫專業(yè)教學(xué)資源“做不好”的問題

我們現(xiàn)有的數(shù)字漫游實驗設(shè)備無法滿足現(xiàn)有學(xué)生的使用，使得實驗教學(xué)效果不佳。造成實驗“做不好”的原因主要有：首先，實驗教學(xué)設(shè)備屬于高精尖設(shè)備，價格昂貴，其中，動作捕捉系統(tǒng)包括：肢體捕捉、人物面部捕捉和手指捕捉，全景360 度拍攝設(shè)備就有兩目、四目、六目等級別，其價格小到幾十萬，大到上百萬。目前我們實驗室擁有動作捕捉系統(tǒng)中的肢體捕捉、VR 佩戴套件和全景360 度拍攝等設(shè)備，但是由于這兩部設(shè)備之間的引進時間相差5 年，所有在產(chǎn)品信息參數(shù)兼容和匹配上存在很大問題，是的實驗效果不佳。其次，數(shù)字設(shè)備價格高昂的同時，新設(shè)備、新技術(shù)的更新日新月異，高校設(shè)備沒有辦法做到設(shè)備和技術(shù)的實時更新和換代，所有高昂的實驗設(shè)備將面臨幾年后的技術(shù)落后和更新的問題，同時，高校設(shè)備申報報廢和申請新設(shè)備具有程序繁瑣、耗時久、設(shè)備參數(shù)縮水、設(shè)備很難整套引進等特征，所有的因素都造成了該實驗課程的滯后性和局限性。也造成了實驗效果不佳，學(xué)生實驗課程“做不好”。

（三）動畫專業(yè)教學(xué)資源“做不到”的問題

傳統(tǒng)實驗教學(xué)中涉及到的漫游空間模型的制作參數(shù)和相關(guān)數(shù)據(jù)信息大部分是依靠學(xué)生網(wǎng)絡(luò)收集、圖書查閱等途徑獲取，大部分學(xué)生獲取的相關(guān)數(shù)據(jù)信息存在信息陳舊、碎片化拼接、數(shù)據(jù)模糊等問題，主要原因是并沒有一個統(tǒng)一的制作標(biāo)準(zhǔn)或者參數(shù)來規(guī)范作品，同時，也沒有一個量化考核機制對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程進行精準(zhǔn)考核。因此，使得最后成型的三維空間環(huán)境和空間貼圖存在著精度不夠、結(jié)構(gòu)不準(zhǔn)確、比例偏差和紋理材質(zhì)不準(zhǔn)確等一系列的“做不到”等問題，實驗教學(xué)成果出現(xiàn)“圖有其形，卻無其神”現(xiàn)象嚴(yán)重。

（四）動畫專業(yè)教學(xué)資源“做不上”的問題

本專業(yè)實驗室的教學(xué)資源及設(shè)備數(shù)量有限，無法同時滿足所有學(xué)生課程需求，造成學(xué)生排隊上實驗或者共同使用設(shè)備，這樣將會造成學(xué)生實驗時長和學(xué)期強度大大縮水，從而造成了學(xué)生知識和操作掌握不牢，反復(fù)借用設(shè)備程度繁瑣，無法做到隨時隨地學(xué)習(xí)，從而對該課程失去興趣。從而造成實驗課程內(nèi)容走馬觀花、淺嘗輒止，人才培養(yǎng)達(dá)不到應(yīng)有的效果。這也虛擬仿真項目能夠與該課程緊密結(jié)合的根本目的。

二、虛擬仿真實驗教學(xué)模式的特點及優(yōu)勢

虛擬仿真教學(xué)實驗的主要優(yōu)勢有：

（一）實驗過程的形象性：利于教師結(jié)合實際教學(xué)需求，用逼真、立體的表現(xiàn)形式把抽象的實驗過程形象地演繹出來，最大限度地發(fā)揮虛擬元器件資源的優(yōu)勢，以此提升教學(xué)效果。

（二）提供更高地可能性與安全性：輔助教師進行課堂實驗演示：如復(fù)雜實驗、危險性實驗、極端破壞性實驗、反應(yīng)周期過長實驗、無法控制反應(yīng)過程以及在傳統(tǒng)實驗室無法完成的實驗等，可以安全、直觀的展示出來。

（三）輸入到輸出的趣味性：借助對多媒體（音頻、視頻、圖像）技術(shù)、虛擬仿真技術(shù)、傳感技術(shù)、輸入輸出技術(shù)構(gòu)建了一種高度虛擬現(xiàn)實仿真的實驗教學(xué)環(huán)境，使學(xué)習(xí)者體驗置身其中的感覺，能夠?qū)崿F(xiàn)互動實驗教學(xué)，能最大限度地激發(fā)學(xué)生的自主實驗興趣以及解開物理奧秘的沖動，有助于發(fā)展學(xué)生的構(gòu)建思維，具有獨特的實驗教學(xué)的實踐作用。

（四）突破實驗對客觀條件的依賴性：虛擬仿真教學(xué)設(shè)備的應(yīng)用，破除傳統(tǒng)的教師講解以及一般教學(xué)輔助工具的使用，客觀上促進教學(xué)形式的優(yōu)化，各類實驗?zāi)軌蛲暾瓿?，隨時隨地，簡約直觀。

三、虛擬仿真實驗教學(xué)模式對教學(xué)改革和人才培養(yǎng)的價值

（一）結(jié)合專業(yè)特征打造學(xué)校特色實驗課程

1.發(fā)揮動畫專業(yè)優(yōu)勢

虛擬仿真虛擬實驗的基本實現(xiàn)方式就是將真實實驗轉(zhuǎn)變成虛擬仿真交互實驗，而數(shù)字化、虛擬化特征恰恰是動畫專業(yè)的優(yōu)勢。我們系成立于2002 年，是河南省高校類開始動畫專業(yè)最早的高校之一，在教學(xué)資源和師資隊伍及教學(xué)設(shè)備都較為成熟完善。數(shù)字漫游實驗教學(xué)的培養(yǎng)目標(biāo)之一就是培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計制作虛擬仿真空間并實現(xiàn)在其中的人機交互能力，這一技術(shù)恰恰與我們現(xiàn)在國家申報的虛擬仿真實驗教學(xué)項目的技術(shù)相似，我們的虛擬仿真交互實驗平臺就是由自己實驗中心的教學(xué)團隊和研發(fā)團隊制作完成的，其中學(xué)生的參與度達(dá)到60%。做到了學(xué)以致用，同時學(xué)生也可以參與到其他專業(yè)及學(xué)科的虛擬仿真實驗平臺的制作。真正意義上把我們的專業(yè)特色與該實驗教學(xué)項目結(jié)合在了一起，做到學(xué)有所用并實現(xiàn)與行業(yè)精準(zhǔn)對接。

2.打造學(xué)校特色實驗課程

我們專業(yè)隸屬于文科，而我們學(xué)校是工科為主的院校，工科成為學(xué)校發(fā)展的重點，因此學(xué)校對工科方向的實驗課程建設(shè)的重視和投入精力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于文科實驗課程建設(shè)，出現(xiàn)了一邊倒的發(fā)展趨勢制約著文科專業(yè)的發(fā)展。然而，國家申報虛擬仿真實驗項目這一個契機，給擁有虛擬仿真先天優(yōu)勢的動畫專業(yè)帶來了用武之地，我們正好可以發(fā)揮自己的專業(yè)優(yōu)勢和特點，使我們不僅僅成為虛擬仿真實驗教學(xué)平臺的“使用者”，同時也是它的“創(chuàng)作者”，真正把培養(yǎng)原創(chuàng)性人才、創(chuàng)新性人才的高校人才培養(yǎng)任務(wù)落實到實處。我們也希望能夠借助這次申報機會打造屬于藝術(shù)類的特色實驗課程，成為我們學(xué)校的特色實驗課程，為藝術(shù)類學(xué)科的長遠(yuǎn)發(fā)展建設(shè)積累豐富的經(jīng)驗。

（二） 建立校企合作模式，企業(yè)實戰(zhàn)項目入校園，提升學(xué)生的實戰(zhàn)技能和積極性；同時，實現(xiàn)實驗教學(xué)成果的產(chǎn)學(xué)研。

1.對于開展校企合作項目中的高校

（1）通過該模式可以填補理論教學(xué)環(huán)節(jié)中落后于行業(yè)發(fā)展中知識的不足，讓理論教學(xué)內(nèi)容與行業(yè)需求之間達(dá)到接軌。

（2）校企合作之間的雙向溝通，對高校建設(shè)“雙師型”師資隊伍，其成效會變得十分顯著，容易實現(xiàn)“內(nèi)培外引，專兼結(jié)合”。

（3）該模式打破了校企合作中，高校尋找實習(xí)場地，企業(yè)向高校獲得廉價勞動力的低層次合作模式，使企業(yè)參與高校人才培養(yǎng)計劃和員工培訓(xùn)過程，提升深化教學(xué)改革成效。

（4）高校運用該模式可以提高培訓(xùn)質(zhì)量，增加學(xué)生的專業(yè)技能和創(chuàng)新能力，從而可以拓展辦學(xué)空間，提升辦學(xué)效果，同時，增加社會效益和行業(yè)經(jīng)濟效益。

（二）對于開展校企合作項目中的企業(yè)

1.企業(yè)可以吸引大量優(yōu)秀的畢業(yè)生就業(yè)，通過提升員工技能的方式來提高知識轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)力的效率，從而提高經(jīng)濟效益和核心競爭力。

2.人才競爭的時代，公司之間的競爭實際上就是行業(yè)人員之間技能的競爭，企業(yè)可以利用和借助高校的教學(xué)資源，發(fā)揮高校的人才培養(yǎng)資源優(yōu)勢，組件企業(yè)員工培養(yǎng)新模式，全面提升員工技能，從而達(dá)到高校與社會的資源優(yōu)化配置的目的。

3.校企合作之間也可以拓展更頻繁、更廣泛的合作模式，比如：行業(yè)在引入新設(shè)備、研發(fā)新產(chǎn)品的過程中，可以發(fā)揮高校的智力優(yōu)勢，把技術(shù)研發(fā)交給相關(guān)高校研究教師帶領(lǐng)學(xué)生一起去攻關(guān)，在一定時間內(nèi)完成科研課題并達(dá)到各種設(shè)計要求，然后再有企業(yè)對科研成果進行鑒定評估后，從優(yōu)收購后在最短時間內(nèi)轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)力，縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，搶占市場先機。

（三）對于在校學(xué)生

讓學(xué)生在真實的實踐環(huán)境中學(xué)習(xí)，以學(xué)促用，以用促學(xué)，比較有新鮮感，學(xué)習(xí)主動性也會增強，學(xué)習(xí)效果也會有明天提高。通過開展企業(yè)現(xiàn)場教學(xué)、專題講座、崗位實習(xí)等社會實踐活動，提升學(xué)生團隊意識、質(zhì)量意識、安全文明生產(chǎn)意識及職業(yè)道德，通過感受企業(yè)氛圍，為適應(yīng)今后的工作打下基礎(chǔ)。

因此，該實驗項目的建設(shè)團隊中有三分之一的成員來自于社會企業(yè)中的骨干技術(shù)專家，他們能夠為教學(xué)團隊提供最新、最全面的企業(yè)人才需求信息，能夠讓學(xué)生的實踐成果與企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)技術(shù)和方向保持一致性，同時也為高校教學(xué)團隊的科研方向提供很好的指引作用，這也是該項目的重要目的之一。

（四）對于社會

與行業(yè)之間進行實時接軌，向社會企業(yè)輸送所需技術(shù)人才。我們的研發(fā)團隊選擇數(shù)字漫游這門課程作為虛擬仿真實驗課程的重要原因就是該課程是當(dāng)下的熱門行業(yè)，同時未來也將會是虛擬仿真的時代，這個是社會和科技發(fā)展的必然趨勢，在這樣的一個行業(yè)趨勢下，就會產(chǎn)生大量的人才缺口，而且對人才的需求會源源不斷甚至是搶手。

綜上所述，虛擬仿真實驗系統(tǒng)的最大優(yōu)勢之一就是實時更新性，行業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展和科技的不斷更新，是的數(shù)字漫游行業(yè)永葆青春活力的動力，所有如何讓高校人才培養(yǎng)與行業(yè)人才需求向吻合，就要看高校人才培養(yǎng)中對學(xué)生接觸的知識和技術(shù)是否與行業(yè)接軌。虛擬仿真實驗系統(tǒng)可以做到技術(shù)和知識的實時更新，可以很好地與社會行業(yè)技術(shù)保持一致性，擺脫了高校舊設(shè)備的報廢、新設(shè)備申報安裝等所帶來的時間和金錢上的高昂付出。同時也向社會輸出大量的符合行業(yè)需求的人才。