基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的高校實(shí)訓(xùn)教育研究

【摘要】隨著信息時(shí)代的快速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在各行各業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。當(dāng)前，教育信息化變得越來越重要，VR技術(shù)與高校實(shí)訓(xùn)教學(xué)的結(jié)合顛覆了傳統(tǒng)教學(xué)方式中教師講、學(xué)生聽的教學(xué)模式。文章在對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的相關(guān)概念和特征進(jìn)行概括的基礎(chǔ)之上，依據(jù)建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論分析了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)探討了影響高校虛擬實(shí)訓(xùn)教育的影響因素及策略，以期為相關(guān)學(xué)者提供參考。

【關(guān)鍵詞】虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù);虛擬實(shí)訓(xùn);影響因素

“2017年7月11日，教育部辦公廳發(fā)布了《2017—2020年示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)通知》（教高廳[2017]4號(hào)），計(jì)劃在4年內(nèi)我國各類高校將建成1000個(gè)國家級(jí)示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，足見國家教育主管部門對(duì)于應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、提高高校實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)水平的高度重視?！盵1]因此，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于高校實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中即符合高校人才培養(yǎng)模式的轉(zhuǎn)型，又培養(yǎng)出企業(yè)需求的應(yīng)用型人才。

1.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

1.1概念與特征

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality Technology，簡(jiǎn)稱VR）是“由計(jì)算機(jī)生成一種全新的模擬環(huán)境，通過傳感設(shè)備將用戶投入到該模擬環(huán)境中去，從而產(chǎn)生一種沉浸其中的感覺?！盵2]目前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于各行各業(yè)，運(yùn)用此項(xiàng)技術(shù)，人們可以和虛擬場(chǎng)景中所呈現(xiàn)的物體、人物進(jìn)行交互，以此來豐富人們的生活、學(xué)習(xí)和工作。

布爾代亞和夸弗托（Burdea&Coiffet，1992）將虛擬現(xiàn)實(shí)的重要特征歸納為“3I”，即沉浸性（Immersion）交互性（Interaction）想象性（Imagination）?！盵3]沉浸性指用戶在VR技術(shù)搭建的場(chǎng)景中佩戴虛擬設(shè)備從而體會(huì)和真實(shí)生活高度相似的視覺和聽覺效果。交互性指用戶可以和虛擬環(huán)境中的對(duì)象進(jìn)行交流互動(dòng)，就像與真實(shí)世界互動(dòng)一樣。想象性指參與者在虛擬化的環(huán)境中對(duì)所建構(gòu)的場(chǎng)景進(jìn)行探索，在發(fā)揮使用者自主性的同時(shí)培養(yǎng)其思維能力。

1.2教學(xué)依據(jù)的相關(guān)理論

1.2.1建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論（Constructivism）

建構(gòu)主義理論認(rèn)為學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)者根據(jù)自己原來的知識(shí)，在學(xué)習(xí)中交流互動(dòng)建構(gòu)、理解新知識(shí)的過程。在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)搭建的學(xué)習(xí)場(chǎng)景中，將建構(gòu)主義倡導(dǎo)的在情境中學(xué)習(xí)、在合作中學(xué)習(xí)、在交流互動(dòng)中學(xué)習(xí)等策略應(yīng)用到虛擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，在培養(yǎng)學(xué)生解決問題能力的同時(shí)又能在團(tuán)體學(xué)習(xí)中深化學(xué)生對(duì)知識(shí)的建構(gòu)。

1.2.2沉浸理論（心流理論）

沉浸體驗(yàn)是虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)之一，也是衡量虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)性能的一個(gè)重要尺度。沉浸理論（Flow Theory）最初由Csikszentmihalyi提出，“沉浸體驗(yàn)研究表明：技能和挑戰(zhàn)是激發(fā)沉浸體驗(yàn)的兩個(gè)重要因素，當(dāng)用戶的挑戰(zhàn)與技能平衡或者略高于某一水平時(shí)，個(gè)人就會(huì)進(jìn)入“沉浸”狀態(tài)。”[4]利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)搭建的場(chǎng)景可以使學(xué)生快速的進(jìn)入到沉浸式的體驗(yàn)中。當(dāng)學(xué)習(xí)者的個(gè)人能力與挑戰(zhàn)難度平衡時(shí)，就會(huì)獲得持續(xù)探索學(xué)習(xí)的內(nèi)在動(dòng)力，全神貫注的投入到該實(shí)訓(xùn)活動(dòng)中，達(dá)到良好的實(shí)訓(xùn)效果。

2.虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用于高校實(shí)訓(xùn)的優(yōu)勢(shì)

2.1實(shí)訓(xùn)內(nèi)容情景性

高校人才培養(yǎng)模式應(yīng)在學(xué)生掌握知識(shí)的基礎(chǔ)之上加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的技能培養(yǎng)，依據(jù)情境學(xué)習(xí)理論，實(shí)際的工作現(xiàn)場(chǎng)可以在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)搭建的環(huán)境中進(jìn)行模擬練習(xí)。如同在真實(shí)工作中一樣。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地的選擇，例如，在旅游專業(yè)培訓(xùn)中，采用計(jì)算機(jī)、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)將虛擬景點(diǎn)搭建在教室中，讓學(xué)生在搭建的模擬景點(diǎn)中觀摩學(xué)習(xí)，提前練習(xí)在實(shí)際景點(diǎn)中可能出現(xiàn)的突發(fā)事件，為學(xué)生日后的隨機(jī)應(yīng)變能力打下基礎(chǔ)。因此，在情境教學(xué)環(huán)境下，通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建構(gòu)出來的虛擬場(chǎng)景進(jìn)行模擬訓(xùn)練，促進(jìn)高校人才培養(yǎng)模式的轉(zhuǎn)型。

2.2實(shí)訓(xùn)過程交互性

在虛擬化的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，教師可以將教學(xué)內(nèi)容移至虛擬實(shí)訓(xùn)當(dāng)中，學(xué)生可以對(duì)所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)反復(fù)操作，不用擔(dān)心因器材數(shù)量的短缺而減少學(xué)生實(shí)操的機(jī)會(huì)，減少器材成本的消耗。例如，在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，像具有腐蝕性的化學(xué)藥品硫酸，實(shí)驗(yàn)過程中存在一定的危險(xiǎn)，可能因操作失誤而對(duì)財(cái)產(chǎn)和生命造成威脅，這些都可以在虛擬化的環(huán)境下練習(xí)。避免線下實(shí)驗(yàn)可能帶來的危險(xiǎn)，增加學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的熟練程度。

2.3實(shí)訓(xùn)模式想象性

由虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)搭建的虛擬實(shí)訓(xùn)場(chǎng)景具有高度逼真的效果，容易讓使用者產(chǎn)生聯(lián)想，這是讓參與者沉浸其中的一個(gè)重要原因。傳統(tǒng)的線下實(shí)訓(xùn)，由于設(shè)備成本高，大多是幾名同學(xué)使用一臺(tái)設(shè)備，減少了學(xué)生動(dòng)手實(shí)操的機(jī)會(huì)。虛擬實(shí)訓(xùn)環(huán)境下，在減少高校對(duì)設(shè)備儀器資金投入的同時(shí)，為每一名同學(xué)提供靈活度高的并且適合自己現(xiàn)階段認(rèn)知發(fā)展水平的操作機(jī)會(huì)。學(xué)生和教師可以在實(shí)訓(xùn)環(huán)境中進(jìn)行交流討論，感受由虛擬實(shí)訓(xùn)帶來的視覺和聽覺信息，提高實(shí)訓(xùn)效果。

3.影響學(xué)生實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)的因素

根據(jù)建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論、沉浸理論等相關(guān)理論以及虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)應(yīng)用高校的進(jìn)展情況分析，感知有用性，感知易用性，沉浸式體驗(yàn)、自我效能感、組織管理等五方面是影響學(xué)生參與實(shí)訓(xùn)教學(xué)的主要因素（見表1）。

3.1感知有用性

Davis將感知有用性定義為：“個(gè)體相信使用某系統(tǒng)將增進(jìn)其工作績(jī)效的程度”。[5]虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)給學(xué)生帶來的幫助越多，學(xué)生便會(huì)傾向于接受該系統(tǒng)。“劉小平、孫建軍、任秀華等學(xué)者基于模型在不同領(lǐng)域的實(shí)證研究都假設(shè)感知有用性是決定行為意向的變量之一，實(shí)證表明用戶感知系統(tǒng)的有用程度越高，其使用意愿就越強(qiáng)烈。[6]因此，對(duì)于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的開發(fā)者來說，應(yīng)該從使用者的角度去開發(fā)搭建實(shí)訓(xùn)基地，讓教師和學(xué)生真切地感受到實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)對(duì)自身能力提升的有用性，增強(qiáng)選擇的意愿。

3.2感知易用性

通過對(duì)感知易用性相關(guān)概念的分析與整理，筆者對(duì)于感知易用性地理解為：學(xué)習(xí)者對(duì)某個(gè)虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)簡(jiǎn)便使用程度的感知。搭建的虛擬場(chǎng)景如果被學(xué)習(xí)者所理解，就會(huì)引起學(xué)習(xí)者參與的積極性，繼續(xù)學(xué)習(xí)的意愿也會(huì)更強(qiáng)。因此，搭建虛擬實(shí)訓(xùn)的技術(shù)人員應(yīng)該根據(jù)大學(xué)生思維活躍、對(duì)新事物接受程度高的特點(diǎn)，搭建出界面清晰美觀、易于操作、導(dǎo)航明確的操作界面，避免學(xué)習(xí)者因場(chǎng)景不易被操縱或界面復(fù)雜而降低參與性。

3.3沉浸體驗(yàn)

沉浸體驗(yàn)是學(xué)生全身心的投入到學(xué)習(xí)活動(dòng)中所達(dá)到一種心無旁騖的狀態(tài)，并且只對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容相關(guān)的刺激有反應(yīng)。處于沉浸體驗(yàn)的人往往注意力高度集中于當(dāng)前活動(dòng)，忘記自己當(dāng)前所處的狀態(tài)，對(duì)從事的活動(dòng)有較高的控制感?！俺两w驗(yàn)的研究表明：技能和挑戰(zhàn)是激發(fā)沉浸體驗(yàn)的兩個(gè)重要因素，當(dāng)用戶的挑戰(zhàn)與技能平衡或略高于某一水平時(shí)，個(gè)人就會(huì)進(jìn)入“沉浸”狀態(tài)?！盵7]

3.4自我效能感

自我效能感是對(duì)自身能否完成某件任務(wù)的推測(cè)，“李寶強(qiáng)在研究的理論部分提出計(jì)算機(jī)自我效能對(duì)任務(wù)技術(shù)匹配具有顯著的影響，在有關(guān)網(wǎng)絡(luò)學(xué)術(shù)信息資源的研究中，用戶搜尋資料的計(jì)算機(jī)自我效能可能直接影響任務(wù)技術(shù)匹配。”[8]在虛擬化的實(shí)訓(xùn)環(huán)境中，自我效能感強(qiáng)的學(xué)生，相信自己在虛擬化的實(shí)訓(xùn)環(huán)境中能完成學(xué)習(xí)任務(wù)并能取得較好的成績(jī)，學(xué)習(xí)動(dòng)力來自于自我效能感的影響。因此，在設(shè)計(jì)相關(guān)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容時(shí)既要便于操作，同時(shí)又要有一定的難度，促進(jìn)學(xué)生自我效能感的提高。

3.5組織管理

教師的組織管理對(duì)學(xué)生技能的掌握很重要。通過教師的引導(dǎo)，學(xué)生在實(shí)訓(xùn)中能體驗(yàn)到虛擬實(shí)訓(xùn)帶來的沉浸感和交互性，教師適當(dāng)?shù)刂笇?dǎo)會(huì)降低學(xué)生對(duì)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的認(rèn)知難度。教師對(duì)虛擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)投入的精力越多，學(xué)生則會(huì)認(rèn)為該系統(tǒng)對(duì)學(xué)習(xí)的影響越深刻，學(xué)習(xí)動(dòng)力也隨之加強(qiáng)，因此，教師在虛擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)中對(duì)設(shè)備熟練程度、問題解決能力、教學(xué)組織能力以及與學(xué)生日常的互動(dòng)都影響著學(xué)生參與虛擬實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)的意向。

4.虛擬實(shí)訓(xùn)技術(shù)應(yīng)用于教育中的建議

當(dāng)前，在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中高校紛紛嘗試使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，既符合相關(guān)政策的要求，又轉(zhuǎn)變了高校的人才培養(yǎng)模式。從國家層面、教師層面、平臺(tái)設(shè)計(jì)層面三方聯(lián)動(dòng)共建虛擬實(shí)訓(xùn)室，培養(yǎng)出理論與實(shí)踐兼具的復(fù)合型人才。

4.1國家層面

隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的日漸成熟，高校教育中虛擬實(shí)訓(xùn)的應(yīng)用也越來越廣泛。高校應(yīng)根據(jù)自身的教育需求和科研發(fā)展，建立適合自己發(fā)展的虛擬教學(xué)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。同時(shí)，國家應(yīng)加大對(duì)高等院校的財(cái)政投入，鼓勵(lì)高校轉(zhuǎn)變教學(xué)模式，另一方面應(yīng)制定針對(duì)性的政策法規(guī)，根據(jù)專業(yè)需求建立虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室或引進(jìn)相關(guān)人才，以發(fā)揮示范作用。

4.2教師層面

為了促進(jìn)高校虛擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)的發(fā)展，需要相關(guān)教師具有豐富的信息素養(yǎng)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。首先，教師應(yīng)該更新教育理念，在實(shí)訓(xùn)活動(dòng)前，對(duì)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的具體操作步驟進(jìn)行介紹，使學(xué)生從整體上把握操作流程。在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行操作練習(xí)，及時(shí)處理實(shí)訓(xùn)中出現(xiàn)的問題。其次，提升自身信息化專業(yè)素養(yǎng)，從學(xué)生的實(shí)際出發(fā)，做好教學(xué)活動(dòng)的整體設(shè)計(jì)和設(shè)備的維護(hù)。最后，熟練設(shè)備的操作流程，不斷對(duì)虛擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行更新和完善。

4.3人機(jī)交互層面

為了使學(xué)生在虛擬環(huán)境建構(gòu)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)中熟練對(duì)相關(guān)設(shè)備的操作。這就要求虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到學(xué)生的思維特點(diǎn)和認(rèn)知特點(diǎn)，實(shí)訓(xùn)環(huán)境界面的整體布局要合理，易于被學(xué)生理解，不能對(duì)學(xué)生造成操作上的障礙，要以深化教學(xué)問題為理念來設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容。同時(shí)，與新興技術(shù)合作，彌補(bǔ)虛擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)的不足，如運(yùn)用5G+VR的優(yōu)勢(shì)來彌補(bǔ)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)因延遲性而帶來的眩暈感，為學(xué)生帶來舒適的體驗(yàn)。

5.結(jié)語

隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在各行各業(yè)的廣泛應(yīng)用，教育領(lǐng)域中的應(yīng)用也隨之增加，將虛擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)應(yīng)用于高校，能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和提高學(xué)生在實(shí)際工作中的能力。學(xué)生在虛擬實(shí)訓(xùn)場(chǎng)景進(jìn)行模擬訓(xùn)練，實(shí)操技能也得到進(jìn)一步提高，在減少實(shí)驗(yàn)器材消耗的同時(shí)，增強(qiáng)教學(xué)趣味性。同時(shí)，隨著5G時(shí)代的到來，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與5G結(jié)合可增強(qiáng)虛擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)因延遲性而造成的眩暈感，達(dá)到良好的實(shí)訓(xùn)效果。提高高校實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)水平，同時(shí)也為相關(guān)企業(yè)輸送人才。

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作者簡(jiǎn)介：李麗丹（1994.05），女，河南洛陽人，江西科技師范大學(xué)教育學(xué)院在讀研究生，研究方向：現(xiàn)代教育技術(shù)。

（江西科技師范大學(xué)）