虛擬現(xiàn)實技術(shù)在職業(yè)院校應(yīng)用的策略分析

方中雄 吉 利 程 聰

(1.北京教育科學(xué)研究院，北京 100036；2.北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息中心，北京100042)

0 引言

近年來，隨著芯片、顯示、人機(jī)交互等技術(shù)的加持，虛擬現(xiàn)實(Virtual reality，VR)產(chǎn)品日趨成熟，設(shè)備成本大幅降低，加上5G、云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的

助推，VR在娛樂、建筑、醫(yī)療、教育、房產(chǎn)、影視等領(lǐng)域得到快速應(yīng)用，院校耳熟能詳?shù)母Ｌ亍⑽鏖T子、奧迪等已經(jīng)將VR技術(shù)應(yīng)用于設(shè)計生產(chǎn)及培訓(xùn)等環(huán)節(jié)。在職業(yè)院校，VR同樣成為助力職業(yè)教育發(fā)展的重要工具，學(xué)生們在虛擬環(huán)境下達(dá)成情景化目標(biāo)，并完成各類虛擬技能訓(xùn)練，推動VR與傳統(tǒng)教學(xué)模式的有機(jī)融合，虛擬教學(xué)的大眾化、普及化已是大勢所趨[1]。

1 VR在職業(yè)院校的應(yīng)用優(yōu)勢

1.1 激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)主動性

隨著行業(yè)企業(yè)對VR技術(shù)的廣泛應(yīng)用，VR在院校教學(xué)中的應(yīng)用也越來越普及，它能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)的不足，充分調(diào)動學(xué)生的視覺、聽覺甚至觸覺，使其好似身臨其境，從而加深對教學(xué)內(nèi)容的理解，提升學(xué)習(xí)的主動性，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，提升教學(xué)質(zhì)量，這一點已經(jīng)毋庸置疑[2]。此外，VR讓教學(xué)及實訓(xùn)突破時空限制，不再受制于實驗場所、地理區(qū)域、教學(xué)設(shè)備等物理空間及硬件設(shè)備的要求，甚至能打破教學(xué)材料、內(nèi)容、師資力量等軟件資源的制約，使得不同經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的地區(qū)共享優(yōu)質(zhì)的教育資源，甚至實現(xiàn)微觀空間的可視化，呈現(xiàn)物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和微觀空間的運作，直觀感受物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和空間關(guān)系，加深對其的理解與認(rèn)識。例如，汽修專業(yè)學(xué)生可在虛擬環(huán)境中觀察汽車內(nèi)部的構(gòu)造及各部件的位置關(guān)系，并能夠通過縮放、拆解汽車構(gòu)件，了解各個部件在汽車內(nèi)部的運行情況。再如，像生物學(xué)中的達(dá)爾文進(jìn)化論，時間跨度幾個世紀(jì)，而利用VR技術(shù)在一堂課內(nèi)就可以呈現(xiàn)生物的整個變化過程，在現(xiàn)實世界里需要數(shù)百、上千年才能看到的實驗，在短短的幾十分鐘內(nèi)就可以呈現(xiàn)出來。

1.2 降低院校經(jīng)費投入

VR可以減少院校實訓(xùn)經(jīng)費的投入?？萍及l(fā)展日新月異，即便辦學(xué)經(jīng)費充足的院校也很難適時構(gòu)建與市場匹配的實訓(xùn)場所，而一套VR系統(tǒng)的投資要比建設(shè)真實的實訓(xùn)場所少得多，但其營造的與真實工作環(huán)境基本一致的教學(xué)環(huán)境，卻給了學(xué)生身臨其境的體驗，使學(xué)生足不出戶便可以學(xué)習(xí)各類技能操作。當(dāng)需要更新設(shè)備與技術(shù)時只需改進(jìn)VR系統(tǒng)，這樣可以有效降低投資成本。另外，一些爆炸性的化學(xué)實驗、存在事故風(fēng)險的手術(shù)、航空專業(yè)的飛機(jī)駕駛、幾十米的井下作業(yè)、建筑逃生演練等危險系數(shù)高、實施難度大的任務(wù)，即便有再多經(jīng)費也很難構(gòu)建真實場景，而在VR環(huán)境反復(fù)操作后，再到真實環(huán)境操作，在很大程度上提高了安全性[3]。

1.3 有效提升教學(xué)質(zhì)量

VR技術(shù)的引入可以有效地提升教學(xué)質(zhì)量。VR技術(shù)提高了信息資源使用率，把抽象的理論知識以立體化形式加以展現(xiàn)，方便學(xué)生更好地了解專業(yè)知識，解決院校信息化教學(xué)水平不足、教學(xué)資源交互能力弱的問題，特別是一些吸納系數(shù)比較高的實驗，能夠通過學(xué)生的反復(fù)實驗，夯實學(xué)習(xí)成果，直至完全掌握。在VR場景下模擬駕駛，處理會車、遇險、復(fù)雜等各類突發(fā)狀況，能夠最大限度地提升駕駛技術(shù)；學(xué)生戴著頭顯在虛擬情境中參加面試，在720度全視角的虛擬世界中自由走動，教師可以通過頭顯監(jiān)視器，對學(xué)生的語言交流運用能力進(jìn)行考察測評等。

2 VR在職業(yè)院校應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)

2.1 VR設(shè)備管理維護(hù)缺乏人力支撐

VR初期在醫(yī)療和電子競技領(lǐng)域應(yīng)用比較普遍，在教育行業(yè)應(yīng)用相對較少，加上涉及機(jī)械、機(jī)電、建筑、會計、醫(yī)療、信息、外語、思政甚至教育技術(shù)等各類專業(yè)，還要建立新的技術(shù)應(yīng)用體系，所需資金成本與管理成本相對較高。VR技術(shù)涉及面非常廣，要做好虛擬教學(xué)情境設(shè)計、設(shè)備管理維護(hù)及教學(xué)數(shù)據(jù)信息處理，這是實現(xiàn)VR技術(shù)教學(xué)實踐運用的必要條件，只有保障VR教學(xué)系統(tǒng)的有效運轉(zhuǎn)和合理利用，才能充分發(fā)揮其在教學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢。然而，大多職業(yè)院校在實際教學(xué)過程中缺乏對VR系統(tǒng)的管理與維護(hù)，沒有制定系統(tǒng)設(shè)備管理和維護(hù)的規(guī)范，大都不具備VR設(shè)備的維護(hù)管理能力，缺乏良好的技術(shù)資源及人力資源，這是限制職業(yè)院校應(yīng)用VR技術(shù)開展教學(xué)實踐的一個重要因素。

2.2 教師應(yīng)用VR教學(xué)能力不足

目前，我國職業(yè)院校教師在運用VR技術(shù)開展教學(xué)時主要表現(xiàn)出2個特點，一是青年教師學(xué)習(xí)掌握VR技術(shù)能力較強(qiáng)，但專業(yè)教學(xué)水平及教學(xué)經(jīng)驗較為有限；二是具有較高教學(xué)水平的教師，通常對虛擬技術(shù)的應(yīng)用了解不足，無法在VR技術(shù)學(xué)習(xí)中占有實際優(yōu)勢。因此，提升教師VR技術(shù)教學(xué)應(yīng)用能力，將是未來階段職業(yè)院校把VR技術(shù)融入教學(xué)實踐的前提條件。職業(yè)院校VR技術(shù)的教學(xué)普及，必須先要做好對教師的教育培訓(xùn)，這一過程的實現(xiàn)，也會影響教學(xué)進(jìn)度及教學(xué)效率。

對于現(xiàn)階段大多數(shù)教師來講，VR還是一個較為陌生的技術(shù)，要將其應(yīng)用到實際教學(xué)中還存在很多問題。一方面，教師對于VR技術(shù)的認(rèn)識還停留于表象的、感性的層面，導(dǎo)致VR技術(shù)在實際教學(xué)中的應(yīng)用也停留于表層，不夠深入。另一方面，基于VR技術(shù)的教學(xué)，要求教師不僅要具備基本的教學(xué)能力，還需要具備熟練運用VR技術(shù)的操作能力。但目前大多數(shù)教師都不具備這方面的操作能力，這也是導(dǎo)致VR教學(xué)效果不夠理想的原因之一[4]。

2.3 VR體系化教學(xué)資源開發(fā)不力

與虛擬游戲不同，VR技術(shù)在教育教學(xué)的應(yīng)用更多依賴于VR教學(xué)內(nèi)容。每一堂VR課程的制作都需要遵循規(guī)定的步驟，逐一制作，至少需要深刻理解專業(yè)知識，還需要掌握課程、動畫、美術(shù)、角色等設(shè)計工作以及情節(jié)交互策劃，資源整合等諸多工作。這些工作對工作量和工作精細(xì)程度的要求，都要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般的課程制作。

在職業(yè)院校的教學(xué)中，VR軟硬件的基礎(chǔ)設(shè)施不夠完善，教師對該項新技術(shù)的掌握能力不強(qiáng)，加上VR教學(xué)資源的設(shè)計和開發(fā)對技術(shù)的要求較高，使得教師難以完成VR教學(xué)資源的自主設(shè)計和開發(fā)?，F(xiàn)階段一些IT公司雖然提供了部分VR教學(xué)資源，但大都難以滿足院校專業(yè)個性化教學(xué)的需求，甚至教學(xué)業(yè)務(wù)的設(shè)計完全與現(xiàn)實脫節(jié)，設(shè)計的形式大于內(nèi)容，很難滿足教學(xué)應(yīng)用。上述兩方面的原因在很大程度上制約了VR技術(shù)在職業(yè)院校的教學(xué)推廣。

2.4 軟硬件的體驗感欠佳

現(xiàn)在職業(yè)院校運用最多的VR技術(shù)還是桌面式VR，但是桌面式VR與現(xiàn)實世界存在著較大差距，很難給學(xué)生帶來沉浸式的、真實自然的環(huán)境體驗。同時，就目前國內(nèi)開發(fā)的VR系統(tǒng)來說，軟件開發(fā)與教學(xué)一線的工作是相互分離的，教師的能力不足以開發(fā)出VR軟件，而開發(fā)團(tuán)隊對于課程的實質(zhì)把握不夠，以致VR軟件不夠成熟，質(zhì)量有待提高。

硬件也存在著諸多問題，如頭戴式顯示設(shè)備分辨率較低，設(shè)備的重量和體積較大，紅外攝像頭或無線電波傳送裝置靈敏度不夠高，無法精準(zhǔn)捕捉使用者的身體動作，角色場景缺乏真實感，影像滯后，容易產(chǎn)生眩暈等，使得操作體驗不佳，加上師生戴著頭盔看不到真實場景中的事物，無法躲避現(xiàn)實障礙物，在一定程度上影響了人們的體驗感受[5]。

2.5 學(xué)生在VR場景下缺乏自制力

VR教學(xué)缺乏傳統(tǒng)課堂的約束力，需要學(xué)生具有較強(qiáng)的自主性和自覺性。職業(yè)院校學(xué)生基礎(chǔ)較差，與本科院校學(xué)生相比自控力弱，在進(jìn)入VR交互學(xué)習(xí)時，有可能出現(xiàn)思想“開小差”的問題，而在虛擬教學(xué)中教師參與較少，這樣即使擁有優(yōu)質(zhì)的教學(xué)視頻資源，但脫離了傳統(tǒng)課堂的約束，也有可能達(dá)不到應(yīng)有的教學(xué)效果。因此教師無法監(jiān)控學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，學(xué)生的學(xué)習(xí)思維跟不上，出現(xiàn)注意力不集中等問題，是對教師運用新技術(shù)進(jìn)行教學(xué)的一個新挑戰(zhàn)。

3 VR在職業(yè)院校應(yīng)用的建議

3.1 出臺操作層面的政策或措施

新一代信息技術(shù)的發(fā)展需要政府的大力支持和政策引導(dǎo)，VR在教育行業(yè)的推廣應(yīng)用同樣如此。近年來VR教育項目和舉措不斷呈現(xiàn)，自2017年7月起，教育部高教司便啟動國家虛擬仿真實驗教學(xué)項目認(rèn)定工作，用4年時間面向60個專業(yè)類遴選1000個國家級虛擬仿真實驗教學(xué)項目，2019年將該項目納入一流本科課程建設(shè)；2020年9月，教育部職成司發(fā)布《關(guān)于開展職業(yè)教育示范性虛擬仿真實訓(xùn)基地建設(shè)工作的通知》，要求在全國遴選100個示范性虛擬仿真實訓(xùn)基地；近年來，教育部與江西省政府著力打造全國首個國家級職業(yè)教育虛擬仿真示范實訓(xùn)基地，設(shè)立8個專業(yè)大類的虛擬仿真教學(xué)區(qū)，未來還將打造虛擬仿真教學(xué)云服務(wù)平臺等載體，提供一站式VR/AR智慧教育綜合解決方案。

政府在予以政策及資金支持的同時，尚需要在操作層面上進(jìn)行指導(dǎo)。要以推進(jìn)虛擬仿真技術(shù)與教育教學(xué)的深度融合作為核心任務(wù)，在職業(yè)教育應(yīng)用的VR技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、教師培訓(xùn)、共享機(jī)制、示范引領(lǐng)、評估服務(wù)、交流平臺、教學(xué)評價標(biāo)準(zhǔn)、教師能力標(biāo)準(zhǔn)等方面制訂實施措施，不斷探索虛擬仿真技術(shù)在職業(yè)教育的應(yīng)用和相關(guān)人才的培養(yǎng)模式，以指導(dǎo)職業(yè)院校實施工作，要鼓勵VR與職業(yè)教育相關(guān)的課題研究和教學(xué)模式改革研究，彰顯VR技術(shù)在職業(yè)教育的整體效能。

3.2 VR企業(yè)與院校展開實質(zhì)性合作

近2年來，VR校企合作的優(yōu)秀案例不斷呈現(xiàn)。企業(yè)項目團(tuán)隊的核心成員深入到人才培養(yǎng)全過程，企業(yè)講師承擔(dān)VR項目開發(fā)實訓(xùn)、Unity3D應(yīng)用開發(fā)、增強(qiáng)現(xiàn)實應(yīng)用開發(fā)、VR產(chǎn)品策劃的授課和指導(dǎo)，學(xué)生在實習(xí)實訓(xùn)期間可以接觸到面向市場的VR項目。源自企業(yè)生產(chǎn)流程的校企VR基地，一方面服務(wù)學(xué)生實習(xí)實訓(xùn)，通過VR 頭盔、數(shù)據(jù)手套等設(shè)備在虛擬場景中交互，學(xué)生反復(fù)操作虛擬設(shè)備并掌握技能；另一方面，實訓(xùn)基地也服務(wù)于企業(yè)的員工培訓(xùn)，合作過程中教師的VR教學(xué)應(yīng)用能力也得到充分提升，企業(yè)與院校之間實現(xiàn)資源共享、互利互惠。

面對VR技術(shù)難度大、人才稀缺導(dǎo)致的VR教學(xué)資源開發(fā)進(jìn)程慢、內(nèi)容質(zhì)量不高這一問題，企業(yè)凝聚院校師生力量，從知識學(xué)習(xí)、技能實訓(xùn)、創(chuàng)新設(shè)計三大層次全方位規(guī)劃，共同開發(fā)3D素材和教學(xué)資源，建立系統(tǒng)化的虛擬實訓(xùn)課程體系，共同開發(fā)理實一體的體系化虛擬實訓(xùn)教材，探討合理的商業(yè)模式，將VR資源推向市場[6]。

在學(xué)生到企業(yè)實訓(xùn)之前，可以登錄虛擬公司，設(shè)定在企業(yè)身份后就可以體驗生產(chǎn)過程。學(xué)生可以熟悉產(chǎn)品設(shè)計、開發(fā)、生產(chǎn)、銷售、維護(hù)等一系列活動，自由選擇恰當(dāng)?shù)膷徫贿M(jìn)行實習(xí)，掌握部門間業(yè)務(wù)往來，提前培養(yǎng)職業(yè)判斷、邏輯思維、人際交往等能力，為后續(xù)踏入工作崗位奠定基礎(chǔ)。

3.3 積極探索VR實訓(xùn)教學(xué)評價體系

與傳統(tǒng)實訓(xùn)評價要求學(xué)生提供實訓(xùn)報告(實習(xí)報告)、展示現(xiàn)場操作技能等不同，VR實訓(xùn)要通過對學(xué)生虛擬操作的過程管理，借助VR技術(shù)跟蹤記錄學(xué)生實訓(xùn)過程的各類數(shù)據(jù)，如眼部運動、肢體動作、心跳、聲音等數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計、挖掘與分析，監(jiān)督各實訓(xùn)環(huán)節(jié)的落實情況，給出公正客觀的評價，不僅如此，VR技術(shù)更為實訓(xùn)過程中所產(chǎn)生的創(chuàng)新性成果提供了轉(zhuǎn)化平臺。

為強(qiáng)化虛擬實訓(xùn)教學(xué)的過程管理，實現(xiàn)目標(biāo)管理與過程管理的有機(jī)結(jié)合，形成完善的實訓(xùn)教學(xué)反饋機(jī)制，就需要優(yōu)化虛擬實訓(xùn)教學(xué)評價體系，推行以VR技術(shù)為基礎(chǔ)的課題管理模式，形成一套可操作的評分辦法，教師要依循虛擬實訓(xùn)系統(tǒng)全過程反饋信息，對學(xué)生實訓(xùn)學(xué)習(xí)行為及效果進(jìn)行分析評價，并為學(xué)生構(gòu)建實訓(xùn)學(xué)習(xí)檔案，合理評估實訓(xùn)成效，為實訓(xùn)教學(xué)策略的調(diào)整提供依據(jù)。目前，該課題的研究尚處于初級階段。

3.4 強(qiáng)化職教特點的VR整體解決方案

VR技術(shù)在驅(qū)動職業(yè)教育變革中發(fā)揮著越來越重要的作用，但VR硬件成本的居高不下曾一度桎梏了普及應(yīng)用，近年來隨著技術(shù)突破性進(jìn)步，硬件成本在直線下降，5年前數(shù)萬元的體感頭盔現(xiàn)在降到幾千元，VR職業(yè)教育應(yīng)用解決方案也在不斷推出。

解決方案的硬件載體一般有桌面式VR、沉浸式VR、增強(qiáng)式VR和分布式VR，職業(yè)院校多采用沉浸式VR。正如計算機(jī)系統(tǒng)一樣，VR技術(shù)應(yīng)用的靈魂是軟件和數(shù)據(jù)，即VR教學(xué)資源，而內(nèi)容開發(fā)需要技術(shù)與教育的深度融合，需要既懂技術(shù)又懂職業(yè)教育的開發(fā)隊伍。從目前看，在職業(yè)教育的應(yīng)用市場中，體系化的基于教材的VR的完整解決方案不多。未來，一個基于頂層設(shè)計、目標(biāo)清晰、完整的職業(yè)院校教學(xué)信息化方案，應(yīng)該全方位考慮各專業(yè)共建共享、業(yè)務(wù)架構(gòu)、應(yīng)用架構(gòu)、數(shù)據(jù)架構(gòu)以及技術(shù)架構(gòu)等方面的問題，配套體系化的VR教學(xué)資源和最流行易用的VR硬件，將傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式、網(wǎng)絡(luò)化學(xué)習(xí)方式乃至互聯(lián)網(wǎng)+教育模式推向一個新層次的VR解決方案。

如今，國內(nèi)有幾家實力企業(yè)已經(jīng)開發(fā)了適合職業(yè)院校學(xué)生使用的VR國產(chǎn)引擎、VR教學(xué)管理系統(tǒng)，VR一體機(jī)等配套硬件也能夠滿足需求，但缺乏成體系的VR教學(xué)資源。企業(yè)在給院校提供解決方案時，大都會贈送諸如建筑、電子技術(shù)、材料工程、心理健康等多達(dá)一二十個VR教學(xué)素材，VR實訓(xùn)室基本上服務(wù)于建模、U3D開發(fā)等VR專業(yè)的人才培養(yǎng)，由于VR教學(xué)資源開發(fā)困難、成本高，在其他專業(yè)教學(xué)應(yīng)用效果不佳。隨著國產(chǎn)引擎的普及以及校企合作長效機(jī)制的不斷完善，校企聯(lián)手開發(fā)配套教學(xué)資源，并提供真正適合職業(yè)教育的VR解決方案，是擺在職教人面前亟待解決的一大難題。

3.5 努力提高教師VR教學(xué)應(yīng)用水平

影響VR技術(shù)教學(xué)應(yīng)用效果的核心因素是教師。學(xué)校要適時對教師開展VR教學(xué)應(yīng)用培訓(xùn)，讓教師掌握VR操作技能，克服對新技術(shù)的懷疑與恐懼。教師是VR技術(shù)的第一使用者，也最了解學(xué)生的痛點，要以積極的心態(tài)擁抱新技術(shù)，熟悉新技術(shù)在教育教學(xué)中的應(yīng)用，做好教學(xué)活動的設(shè)計，提前過濾篩選出VR好素材。另外，還要積極探索VR教學(xué)方式方法，根據(jù)VR沉浸性、交互性強(qiáng)的特點，結(jié)合職業(yè)院校學(xué)生的生理和心理特征進(jìn)行教學(xué)情境設(shè)計，努力提高教學(xué)效果[7]。

4 結(jié)語

隨著近年來軟硬件技術(shù)的成熟和價格的降低，VR正成為助力職業(yè)教育發(fā)展的重要技術(shù)，其可以充分調(diào)動學(xué)生視覺、聽覺甚至觸覺感官，激發(fā)學(xué)生主動性學(xué)習(xí)，突破實訓(xùn)的時空限制，大大降低院校投資成本，并確保實訓(xùn)安全性。在看到優(yōu)勢的同時，也必須直面VR教學(xué)應(yīng)用面臨的幾大挑戰(zhàn)，如設(shè)備維護(hù)缺乏人力支撐、在實際教學(xué)中的應(yīng)用不夠深入、VR教學(xué)資源開發(fā)不力、軟硬件環(huán)境的體驗不佳、學(xué)生在虛擬環(huán)境中缺乏自制力等。為了保障VR的應(yīng)用效果，需要政府、企業(yè)、院校及教師的全方位努力，特別是職業(yè)院校需要不斷潛心研究實踐，緊跟技術(shù)更新，更新教學(xué)理念，提升VR技術(shù)在職業(yè)院校應(yīng)用的有效性。