虛擬現(xiàn)實技術在職教實訓教學中的應用分析

陳長全

摘 要：隨著信息技術的不斷進步，虛擬現(xiàn)實技術的出現(xiàn)為職教實訓教學的發(fā)展帶來了新的挑戰(zhàn)和機遇。文章分析了高職教育實訓教學中存在的問題和虛擬仿真實訓基地建設中的不足，介紹了虛擬現(xiàn)實技術的特點、優(yōu)勢和應用趨勢。

關鍵詞：虛擬現(xiàn)實技術;實訓教學;應用

0 引言

2019年，國家提出“雙高計劃”，即建設一批引領改革、支撐發(fā)展、中國特色、世界水平的高等職業(yè)學校和骨干專業(yè)（群）的重大建設工程?！半p高計劃”類似于本科院校的“雙一流計劃”，也是一項國家重大戰(zhàn)略，對促進職業(yè)教育的快速發(fā)展具有重要的推動作用，也為我國經(jīng)濟轉型升級高質量發(fā)展提供強大的人才基礎?！半p高計劃”中提出了10條重要的改革任務，其中之一是“提升信息化水平”，即加快智慧校園建設，促進信息技術和智能技術深度融入教育教學和管理服務全過程[1]。

虛擬現(xiàn)實技術作為一項全新的信息技術，它在教育教學中的應用受到了前所未有的關注和重視。虛擬現(xiàn)實技術 （Virtual Reality，又稱靈境技術）是利用計算機生成一種模擬環(huán)境并使用戶沉浸到該環(huán)境中的計算機仿真系統(tǒng)，它是既可以創(chuàng)建又可以體驗虛擬世界的全新種類。

1 高職院校實訓教學發(fā)展中存在的問題和不足

目前，高職院校在實訓教學發(fā)展中還存在較多的問題：第一，現(xiàn)有投入使用的實訓設備更新速度往往跟不上技術更新的速度，至少比市場上的新設備落后半年以上。專業(yè)設備售價高且結構模塊復雜，投入實訓基地的建設經(jīng)費較大而產生的各項效益偏低。第二，每一位學生都應接受實訓，但由于場地和設備數(shù)量等原因，老師在上課時只能讓學生輪流操作，影響了教學進度。第三，各專業(yè)的實訓教學相差較大，導致教學資源緊張并弱化總體的教學效果。第四，學生在操作實訓設備時不可避免會出現(xiàn)人為失誤，也就存在失誤的風險隱患和機器故障，一些專業(yè)設備日常維護成本高。第五，有些昂貴且內部結構復雜的設備對學生來說光看視頻是難以理解的，而學校也不可能將此類設備拆解給學生觀看，學生的親身體驗感不強，導致實訓效果不甚理想。第六，學生的安全意識較為欠缺，伴隨著較高的發(fā)生實訓操作意外的風險系數(shù)[2]。

傳統(tǒng)的實訓教學存在實訓內容枯燥、實訓環(huán)境簡單、實訓資源移植性弱、實訓互動方式單一等不足。第一，老師在實訓過程中，由于各種因素，很難讓學生親自體驗，所以只能不斷地強調一些理論知識，導致學生也無法理解其中的原理，實訓課往往變成了理論課，再加上學生的理解能力有限，導致學生在學習上困難重重，實訓教學質量不盡人意。第二，國家提出高職擴招百萬學生，學生人數(shù)顯著增加，但學校設備經(jīng)費并沒有顯著增加，因而實訓教學條件難以適應實訓需要和就業(yè)要求。第三，“因材施教”教學理念還沒有真正形成。一些自我管理能力不足、獲得新技能水平低、就業(yè)競爭力弱的學生，受成長環(huán)境、自身因素和外部環(huán)境的影響，個人素質發(fā)展相對薄弱。為了提高教學效果，提高學生的綜合素質和能力，有必要針對學生的實際情況開展教學服務，使全體學生都能更多地參與到實訓操作中來，既有利于提高學生的綜合能力，也有利于他們今后繼續(xù)自主學習和提高。

2 VR虛擬現(xiàn)實技術的特點及優(yōu)勢

2.1 運動性

運動性是指虛擬現(xiàn)實技術使虛擬物體按真實環(huán)境中的物理運動規(guī)律來進行，而不是靜態(tài)或不符合真實規(guī)律的胡亂編造。

2.2 沉浸性

沉浸性是指用戶在虛擬現(xiàn)實技術創(chuàng)造的虛擬環(huán)境當中，仿佛置身于真實環(huán)境中，里面有“看”“聽”“聞”等五官感覺，這些和真實世界中幾乎完全一致，讓人們身臨其境。隨著技術的不斷進步，其沉浸性和體驗感會更加舒適、完美。

2.3 動作性

動作性是指用戶在操作虛擬系統(tǒng)時，發(fā)揮出的動作跟真實世界中幾乎相一致，比如跑步的動作，在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中是一樣要做出跑步的身體反應。

2.4 交互性

虛擬現(xiàn)實環(huán)境中有了運動性、沉浸性、動作性等這些基礎功能后，這就使得它必然有可以交互的特點。

3 ? VR虛擬現(xiàn)實技術對高職院校實訓教學的促進作用

3.1 學生學習興趣得以增強

興趣是最好的動力，應用虛擬現(xiàn)實設備和場地開展實訓教學活動，通過虛擬仿真操作，讓枯燥乏味的訓練變得有趣生動，能夠減輕實訓學生的學習壓力。同時，能夠讓操作困難的實訓變得相對簡單，操作容錯率高，學生不再擔心各種操作失誤，學習動力明顯增強。

3.2 實訓教學質量顯著提升

教學效果和質量是衡量教學設備優(yōu)劣的尺子。如果可以利用虛擬現(xiàn)實技術創(chuàng)造的環(huán)境和物體讓學生在操作訓練后，在思維上、身體上和心理上都能夠得到體驗和提高，真正掌握原理和方法，那就說明這種實訓條件達到了實訓教學的目的。

3.3 教學手段豐富且完善

實訓活動開展不再局限于特定的實訓場所，進入虛擬現(xiàn)實教室后，只要借助專用的虛擬設備展示出具體的三維圖像，學生就可以進入豐富多樣的實訓場景中。實訓的各項流程有條不紊地進行，學生在其中可自行佩戴專用眼鏡或頭盔進行學習互動，在虛擬的環(huán)境中身臨其境地對虛擬設備進行操作，提高了學生的參與度，豐富了學習內容，有利于學生掌握學習要點，基本原理及實訓結果清晰易懂。

3.4 實訓經(jīng)費投入效益提高

不僅是各種實訓設備，還有實訓場地等各項投入，實訓經(jīng)費龐大且效益不高。采用虛擬現(xiàn)實技術后，學生不但可以深入觀看或摸索設備內部構造，更加理解其中的奧秘和規(guī)律知識，更重要的是能夠收獲較為真實的虛擬實訓經(jīng)歷，較大幅度地減少相關實訓設備的經(jīng)費支出，充分發(fā)揮實訓經(jīng)費投入的使用效益。

4 基于虛擬現(xiàn)實技術實訓基地建設存在的問題

目前虛擬現(xiàn)實技術的飛速發(fā)展，其在實訓教學中的顯著作用正得到越來越多的學校、教師和專家的認可，來自各方面加強虛擬現(xiàn)實技術實訓基地建設的呼聲也越來越多。當前國內虛擬現(xiàn)實技術實訓基地的發(fā)展還存在諸多亟須解決的問題，需進一步探索完善。

4.1 建設投入力度不夠

虛擬現(xiàn)實技術實訓基地建設投入不足，力度不強，尚未普及。其原因有：一是，學校領導認識不足，還未真正認識到虛擬現(xiàn)實技術的優(yōu)勢和魅力，缺乏對這項新興技術的全面了解，因而難以下決心引進和使用;二是，經(jīng)費有限，建設虛擬現(xiàn)實技術實訓基地前期經(jīng)費投入較大，而學校的辦學經(jīng)費有限，考慮到投入產出比等各種因素問題，對新技術的使用慎之又慎;三是，虛擬仿真實訓基地建設優(yōu)秀范例較少，推廣有限，其成熟程度還缺乏一致的認可。

4.2 標準和規(guī)范較欠缺

高等職業(yè)教育是以提高學生的專業(yè)技能實踐能力為歸宿點，目的是提高學生的技能，使學生達到就業(yè)的目標，讓學生獲得全面的發(fā)展。不能單純?yōu)榱颂摂M仿真教學而開發(fā)，它的作用是為了達到教學過程的最優(yōu)化。但目前虛擬現(xiàn)實技術的軟件開發(fā)和應用還欠缺一些規(guī)范性和標準性的內容，由于各家供應商技術力量參差不齊，且虛擬仿真實訓系統(tǒng)的開發(fā)必須考慮成本效益，因而產品差異較大，無法有效推廣，無形中增加了采購成本。

4.3 應用與實際不夠契合

目前基于虛擬現(xiàn)實技術的實訓系統(tǒng)的產品良莠不齊。不同的專業(yè)課程，其實訓教學內容千差萬別，這就導致學校在開發(fā)應用時要緊密聯(lián)系實際教學內容。一方面需要開發(fā)人員和任課教師密切配合，相互協(xié)作，開發(fā)人員負責實訓環(huán)境、物體、設備等要素的構造，任課教師負責實訓流程、操作要點、教學目的的把關設計，只有這樣開發(fā)出的應用才與實際相匹配。但現(xiàn)實是，很多的應用還無法達到應有的效果。

4.4 師資力量薄弱

無論什么教學工具或產品，要發(fā)揮出它的優(yōu)勢還是要靠使用的教師?，F(xiàn)在不光是硬件投入不足，更重要的是目前還缺乏一批創(chuàng)新意識強、專業(yè)能力強，有探索使用新技術新產品意愿且熟悉實訓教學的教師隊伍。要培養(yǎng)精通虛擬現(xiàn)實技術實訓系統(tǒng)的教師隊伍，可采取如下路徑：一是校企深度合作，加強委派教師到企業(yè)中頂崗培訓，或聯(lián)合開發(fā)虛擬現(xiàn)實技術相關課程模塊系統(tǒng)，或人才隊伍快速模擬訓練系統(tǒng)等;二是進修學習，出臺各項鼓勵政策，動員年輕教師和骨干教師積極投入到虛擬現(xiàn)實技術的學習和研究當中，不斷提高他們的教學能力。

4.5 “虛”“實”互補不夠

雖然虛擬現(xiàn)實技術產品能夠幫助學生體會虛擬的課程教學過程，但并非所有的虛擬環(huán)節(jié)學生都能夠接受，因為個體差異，效果是不同的，所以虛擬實訓教學并非無所不能，在實訓技能教育過程中還需特別重視真實實訓和虛擬實訓的相互配合，該“實”的時候要“實”，能“虛”的時候也應該“虛”，二者不可隨意偏廢其一。所以，虛擬仿真實訓和真實實訓操作訓練是兩種不同的教學模式，它們優(yōu)勢不同，特點鮮明，無法相互取代[3]。

5 虛擬現(xiàn)實技術在高職應用中的研究趨勢

虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展和研究正如火如荼地在各地開花結果，從各大數(shù)據(jù)平臺中搜索分析后可獲悉，其在高職教育應用中的研究有如下一些趨勢。

5.1 虛擬實訓系統(tǒng)開發(fā)

要將虛擬現(xiàn)實技術有效應用于實訓課程教學中，首先需要開發(fā)出適合各課程模擬實訓的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)集成了本地實驗實訓平臺軟件和遠程在線實驗實訓平臺。本地平臺和遠程在線平臺相互協(xié)作，學生實訓可不再局限于固定的實訓室，實訓空間和時間將更加靈活自由，使用效率大大提高。相關系統(tǒng)開發(fā)和實踐應用效果研究已成為重要趨勢。

5.2 虛擬實訓教學資源開發(fā)

各種虛擬教學資源是開展實訓教學的必備條件，包括虛擬設備、虛擬環(huán)境、虛擬人物、虛擬文化、虛擬流程圖、虛擬耗材等等，這些都要與真實世界相關教學資源一一對應?？梢灶A見，大量開發(fā)基于虛擬現(xiàn)實技術的教學資源系統(tǒng)是未來研究的趨勢之一。

5.3 更多虛擬課程應用研究

現(xiàn)在不僅僅是實訓教學課程應用虛擬現(xiàn)實技術，根據(jù)已有研究預測未來趨勢，越來越多的純理論課程也在不斷推出基于虛擬現(xiàn)實技術的虛擬課堂，這些應用及研究已廣泛地影響了傳統(tǒng)的教學模式和方法。

5.4 虛擬教學方法和模式研究

虛擬課堂教學需要新的相對應的虛擬教學方法和教學模式，在虛擬教育教學推廣普及過程中，用戶會摸索總結出可借鑒、可移植的新教學方法及教學模式?；谔摂M現(xiàn)實技術高效的教學實踐，也需要成熟教學方法、教學模式的引領和指導。因此對于相關虛擬教學方法和模式研究是未來研究趨勢。

5.5 虛擬教學評價研究

隨著虛擬現(xiàn)實技術在教育領域中的廣泛使用和深入互動，虛擬現(xiàn)實技術支持下的教學活動的評價策略及研究也必將蓬勃發(fā)展。

5.6 相關虛擬應用實踐研究

跟高職教育密切相關的各類領域，包括面向未來教育的一些趨勢，都有可能應用到虛擬現(xiàn)實技術。比如現(xiàn)階段較熱門的雙創(chuàng)教育，運用虛擬現(xiàn)實技術提高學生的雙創(chuàng)能力，或許也會成為未來此類相關研究的趨勢之一[4]。

6 結語

綜上分析，虛擬現(xiàn)實技術在職教實訓教學中的應用要得到較廣泛的推廣普及，還需要解決上述存在的問題和不足之處，從資金、人才、資源開發(fā)、教法、評價等各方面共同發(fā)力，解決面臨的每一個短板，才有可能將虛擬現(xiàn)實技術實訓教學這盤棋下好?！半p高計劃”已經(jīng)開始逐步實施，相信以虛擬現(xiàn)實技術為代表的新技術將為“雙高計劃”的順利實施發(fā)揮出它們的巨大作用。

[參考文獻]

[1]張波.“雙高計劃”背景下的高職實訓基地運營管理系統(tǒng)研究與設計[J].電腦知識與技術，2021（1）：88-91.

[2]李俊賢.VR虛擬現(xiàn)實技術在高職院校實踐教學中的應用探索[J].信息與電腦（理論版），2020（12）：238-240.

[3]焦紅茹，謝春梅.虛擬仿真實訓基地在高職教育中的應用探析[J].熱帶農業(yè)工程，2017（3）：77-80.

[4]徐英萍.虛擬現(xiàn)實技術在高等職業(yè)教育中的應用研究綜述[J].軟件導刊，2020（7）：281-284.

[5]趙俞凌，陳曉龍，姚遠.VR技術視域下高職虛擬混合學習系統(tǒng)類型與應用研究[J].職業(yè)技術教育，2020（32）：62-65.

[6]韓麗.“虛實一體”實訓教學模式在職校實訓教學中的應用研究[D].貴陽：貴州師范大學，2019.

[7]陳思昆，伍毅.VR技術在教育場景中的優(yōu)勢與改變：體驗、可視化與建構主義[J].中國傳媒科技，2020（4）：121-125.

[8]黃杏.基于VR技術的高校創(chuàng)新型人才培養(yǎng)實踐教學體系研究[D].武漢：武漢理工大學，2019.

（編輯 何 琳）