虛擬現(xiàn)實技術(shù)與職業(yè)教育結(jié)合的發(fā)展路徑研究

[摘? ? ? ? ? ?要]? 職業(yè)教育是我國技能型人才的主要培養(yǎng)渠道。深入探討職業(yè)教育現(xiàn)階段存在的教材質(zhì)量不佳、教師結(jié)構(gòu)性矛盾、師資能力不足、專業(yè)設(shè)置不合理、課程枯燥等問題，提出將虛擬現(xiàn)實技術(shù)與職業(yè)教育結(jié)合的方法，改善職業(yè)教育發(fā)展現(xiàn)狀，為我國培養(yǎng)高水平、高素質(zhì)的技能型人才。針對職業(yè)教育目前存在的短板，推進教育信息化大環(huán)境下虛擬現(xiàn)實技術(shù)與職業(yè)教育的融合創(chuàng)新發(fā)展，使職業(yè)教育能夠發(fā)揮其最大作用。鑒于此，提出了三個改善創(chuàng)新的方向：向傳統(tǒng)教材注入VR技術(shù)，實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實課程;將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于教師培訓(xùn)領(lǐng)域，提高職前教師培訓(xùn)質(zhì)量;應(yīng)用虛擬教學(xué)代理，開發(fā)沉浸式生態(tài)課程等高品質(zhì)課程。最后得出虛擬實訓(xùn)平臺的開發(fā)將是今后虛擬現(xiàn)實技術(shù)與教育結(jié)合的主要發(fā)展方向這一結(jié)論。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? 職業(yè)教育;教育信息化;虛擬現(xiàn)實技術(shù);創(chuàng)新發(fā)展

[中圖分類號]? G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻標(biāo)志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2022）22-0160-03

一、引言

職業(yè)教育是我國教育體系的重要組成部分，是培養(yǎng)技術(shù)技能型人才的主渠道?，F(xiàn)階段我國職業(yè)教育依然存在一些問題，如教材單一、教師的結(jié)構(gòu)性矛盾、專業(yè)設(shè)置不合理、課程枯燥等。大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計算技術(shù)等新興信息技術(shù)引發(fā)了教育模式的變革，教育信息化成為當(dāng)下教育發(fā)展的大方向。其中，虛擬現(xiàn)實技術(shù)讓使用者擁有沉浸交互的體驗感。職業(yè)教育強調(diào)實踐性，注重培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)技術(shù)能力，非常容易因訓(xùn)練場所、實驗設(shè)施、實驗安全等因素，導(dǎo)致教學(xué)效果大打折扣，而虛擬現(xiàn)實技術(shù)的虛擬操作性、沉浸式體驗感和交互性，能夠?qū)崿F(xiàn)職業(yè)教育中對模擬實踐教學(xué)的需要。為此，本文對如何有效將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于職業(yè)教育，提升職業(yè)教育質(zhì)量，為國家培養(yǎng)更多更優(yōu)秀的職業(yè)技術(shù)人才展開論述。

二、虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基本概述

虛擬現(xiàn)實技術(shù)起源于計算機圖形學(xué)，經(jīng)過多年的演變成為一項新興的前沿技術(shù)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一個高度融合的整合體，融合了當(dāng)代仿真學(xué)、人機交互學(xué)、傳感學(xué)等多個學(xué)科領(lǐng)域，落腳點在于構(gòu)建三維立體環(huán)境使用戶獲得更好的沉浸式體驗。科幻小說家溫鮑姆（S. G. Weinbaum）幻想了主角在戴上特制眼鏡后進入另一個奇妙的世界，這是最早的虛擬現(xiàn)實構(gòu)想。頭戴式顯示器可以與用戶身上的穿戴式傳感器相連，用于訓(xùn)練軍事人員完成各種危險任務(wù)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)已成為社會關(guān)注的熱點，研究其能否與職業(yè)教育教學(xué)結(jié)合，將有效促進職業(yè)教育的發(fā)展。一方面，我們要根據(jù)研究成果，總結(jié)虛擬現(xiàn)實的基礎(chǔ)性技術(shù)并預(yù)測未來的顛覆性技術(shù)，根據(jù)職業(yè)教育的特點，分析虛擬現(xiàn)實技術(shù)的適用性。另一方面，我們要根據(jù)虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展趨勢，依據(jù)學(xué)習(xí)理論闡述虛擬現(xiàn)實技術(shù)與職業(yè)教育會有怎樣的創(chuàng)新發(fā)展。

三、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在近幾年有長足的發(fā)展，從最初的服務(wù)軍事部門到現(xiàn)在逐漸向民用領(lǐng)域過渡，展現(xiàn)了它應(yīng)用范圍的廣度。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一種面向應(yīng)用的技術(shù)，現(xiàn)在涉及的領(lǐng)域包括教育、建筑、娛樂和旅游等。

（一）美國虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育教學(xué)中的應(yīng)用

美國將VR技術(shù)使用在教育領(lǐng)域，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計算技術(shù)等新型技術(shù)和頭戴式交互式顯示器等硬件設(shè)備，使虛擬環(huán)境更加豐富、立體，增強用戶的沉浸感。

1.虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于職業(yè)教師職前培訓(xùn)領(lǐng)域

TeachlivE是美國中佛羅里達大學(xué)利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)開發(fā)的實訓(xùn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)創(chuàng)造了一種虛實融合的教學(xué)環(huán)境，提高教師職業(yè)技能訓(xùn)練的成效。曹彥杰是國內(nèi)第一個研究美國中佛羅里達大學(xué)TeachLivE模擬課堂實驗室的人。TeachLivE模擬課堂實驗室預(yù)設(shè)不同教育水平的虛擬學(xué)生，教師實習(xí)生在使用系統(tǒng)時可根據(jù)實際情況選擇學(xué)生。為通過系統(tǒng)認(rèn)證，他們需通過三個階段課程考核，這就是教師教育中運用TeachlivE的具體步驟與方法。虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)建了一個高度仿真的模擬課堂，能快速提升教師教學(xué)、管理和反饋技能。

2.虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用在人工智能領(lǐng)域

隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，智能管家、語音助手等虛擬人物生活管理軟件也與教育教學(xué)有效融合在一起。人工智能在教育領(lǐng)域中得到深入發(fā)展，James C. Lester結(jié)合了虛擬現(xiàn)實技術(shù)和人工智能技術(shù)，創(chuàng)造了虛擬教學(xué)代理。虛擬教學(xué)代理是學(xué)生跳脫于現(xiàn)實世界之外的虛擬導(dǎo)師，它與機器人最大的不同是其可以模仿人類的情感和學(xué)生進行交互，讓學(xué)習(xí)變得更有吸引力。虛擬教學(xué)代理是一種學(xué)習(xí)工具，通過創(chuàng)設(shè)真實的上課情境幫助學(xué)習(xí)者更加沉浸地學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)者可以根據(jù)自己的需要選擇不同等級的虛擬教學(xué)代理，如初級學(xué)習(xí)者可以將教學(xué)代理視為真正的老師，聽他授課;中級學(xué)習(xí)者可以把虛擬教學(xué)代理當(dāng)成交互式學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)對象;高級學(xué)習(xí)者可以把虛擬教學(xué)代理當(dāng)成自己的學(xué)生，通過對虛擬教學(xué)代理講授課程內(nèi)容獲得自我能力的提高。

3.虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域

虛擬現(xiàn)實技術(shù)最早就是應(yīng)用在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，研究生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的一些獨創(chuàng)性項目也會對教育教學(xué)的發(fā)展起到積極作用?？死锼菇淌卺槍Ψ植际蕉嘤脩籼摂M環(huán)境建造一個虛擬生態(tài)教學(xué)環(huán)境的課程——EcoMUVE，它旨在支持學(xué)生對生態(tài)系統(tǒng)概念和環(huán)境發(fā)展過程的學(xué)習(xí)。該課程利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)創(chuàng)設(shè)出一個仿真的虛擬現(xiàn)實環(huán)境，學(xué)生可以在這個虛擬仿真環(huán)境中運用課程講授的知識和資源對虛擬的居民進行醫(yī)學(xué)詢問，根據(jù)他們不同的病癥給出相應(yīng)的醫(yī)療建議，有利于學(xué)生進行實踐、實訓(xùn)。EcoMUVE沉浸式生態(tài)課程的特征有以下幾點：以學(xué)生為導(dǎo)向的學(xué)習(xí)、自主探究、基于角色的教學(xué)、沉浸在虛擬環(huán)境中的體驗。實驗通過收集學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度，對學(xué)習(xí)內(nèi)容的掌握以及教師反饋，認(rèn)為適用該技術(shù)后，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和對內(nèi)容的理解都有所提高?？死锼菇淌谠贓coMUVE課程的基礎(chǔ)上加上位置移動技術(shù)建設(shè)了新課程——EcoMOBILE。EcoMOBILE課程主要解決以環(huán)境為主要因素的問題，如讓學(xué)生帶上FreshAiR（一種增強現(xiàn)實應(yīng)用程序）的移動無線設(shè)備，讓學(xué)生在池塘實地考察，觀察覆蓋在池塘水面上的虛擬畫面，學(xué)習(xí)并且理解水質(zhì)檢測的方法。

（二）我國虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育教學(xué)中的應(yīng)用

我國目前將虛擬現(xiàn)實技術(shù)與職業(yè)教育結(jié)合主要依賴于VR和AR技術(shù)，具體表現(xiàn)形式為構(gòu)建虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境、利用VR游戲教學(xué)、利用AR進行職業(yè)教育培訓(xùn)。

1.構(gòu)建虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境

虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境的具體表現(xiàn)形式有虛擬課堂、虛擬實驗室等。構(gòu)建虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境從學(xué)生角度來說，有利于學(xué)習(xí)者身臨其境地體驗課堂;從教師教學(xué)角度來說，有利于將復(fù)雜的課堂內(nèi)容簡單化，更易于學(xué)生理解。以高二物理“原子彈與核裂變原理”這節(jié)課的內(nèi)容構(gòu)建虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境，用三維模型設(shè)計出一個大框架，制作一個展示原子彈內(nèi)部結(jié)構(gòu)的模型，還可以利用AR技術(shù)展示核裂變的過程，將抽象的內(nèi)容變得通俗易懂。除了對基礎(chǔ)知識進行虛擬建構(gòu)，也可以在其他地方設(shè)計模型，為了將學(xué)習(xí)者的注意力集中在本節(jié)課的重點和難點，在三維模型構(gòu)建的過程中，可以有重點地對整個仿真環(huán)境進行取舍。如講原子彈的外部構(gòu)造時，可以適當(dāng)減少對內(nèi)部構(gòu)造和操作流程的虛擬環(huán)境制作，用簡單的場景反襯實體模型，劉俐利認(rèn)為這是設(shè)計的“相關(guān)性原則”。

2.基于VR和AR的教育游戲研究

教育游戲可以在一定程度上增加學(xué)習(xí)的趣味性，并使學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)積極性維持在一個較高的水平上，參與性提高了，學(xué)習(xí)效率就會高，學(xué)習(xí)結(jié)果自然就會有所提升，這體現(xiàn)了教育的多樣性和豐富性。在對昆蟲的學(xué)習(xí)中，教育游戲還可以幫助學(xué)習(xí)者克服內(nèi)心的恐懼。融合了增強現(xiàn)實技術(shù)的教育游戲更有環(huán)境沉浸感，學(xué)習(xí)者可以在特定環(huán)境下進行學(xué)習(xí)。風(fēng)靡全球的Pokemon Go游戲就是利用基于位置的增強現(xiàn)實，使人們感受到戶外學(xué)習(xí)的樂趣?，F(xiàn)在我們把這項技術(shù)運用到教育實踐中，例如對生態(tài)環(huán)境的探索，通過預(yù)先將演示內(nèi)容鏈接到學(xué)習(xí)資料中，開啟特定掃碼軟件讀取資料信息時就會出現(xiàn)實時影像，即各式各樣不同的三維生物模型。

3.基于AR的新型職業(yè)教育研究

職業(yè)教育是教育的一個重要環(huán)節(jié)，將虛擬現(xiàn)實技術(shù)運用到職業(yè)教育中是推動教育發(fā)展的重要進步。歐洲率先將增強現(xiàn)實技術(shù)運用于職業(yè)教育，開展了LARGE Project和ARAVET Project等項目，既能為用戶提供職業(yè)教育培訓(xùn)，又能創(chuàng)造符合用戶需求的仿真教育平臺。喬興媚等人研究了AR技術(shù)會影響職業(yè)教育發(fā)生怎樣的教學(xué)模式變革?？纱┐鞯腁R設(shè)備可以模擬精細作業(yè)場景，彌補因現(xiàn)實的限制而導(dǎo)致的實踐不足。當(dāng)操作有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求時，我們可以在模擬場景的關(guān)鍵節(jié)點上設(shè)置AR觸發(fā)裝置，一旦操作者有操作失誤或者不符合操作規(guī)范的行為出現(xiàn)，AR觸發(fā)節(jié)點就會自動報警，提示用戶并且給出修改意見。這種實時觸發(fā)的AR技術(shù)可以讓用戶熟悉本行業(yè)的操作規(guī)范。

（三）虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于教育的適用理論

隨著近年來越來越多的虛擬現(xiàn)實技術(shù)與職業(yè)教育結(jié)合的項目和范例出現(xiàn)，一些適用的學(xué)習(xí)理論也應(yīng)運而生。胡智標(biāo)認(rèn)為“一項新技術(shù)能否應(yīng)用到教育領(lǐng)域，除了技術(shù)本身要具備一定的適用性，還要得到相關(guān)學(xué)習(xí)教育理論的支撐，才能使技術(shù)應(yīng)用實現(xiàn)最理想的效果”。

1.建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的核心是搭建一種環(huán)境來輔助學(xué)習(xí)者對知識進行了解和掌握。那么如何搭建環(huán)境、搭建一種怎樣的環(huán)境就至關(guān)重要。虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以充分吸收現(xiàn)實世界的資源，將這些資源映射到虛擬空間中，富含了豐富的資源和場所，這就更能匯集學(xué)習(xí)資源來滿足構(gòu)建的要求，也符合皮亞杰的“把實驗室搬到課堂中去”的主張。

2.自主學(xué)習(xí)理論

自主學(xué)習(xí)理論是以學(xué)習(xí)者為學(xué)習(xí)的主導(dǎo)者，教師作為學(xué)習(xí)的輔助者和引導(dǎo)者，幫助學(xué)習(xí)者自主探索世界。在學(xué)習(xí)者探索世界的過程中，學(xué)習(xí)需求會自然而然顯露出來，而虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以為學(xué)習(xí)者提供豐富的學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)場所，滿足學(xué)習(xí)者在不同時間產(chǎn)生的學(xué)習(xí)需求，彌補教師因為知識能力缺陷和反應(yīng)不及時而造成的輔助學(xué)習(xí)失效。

3.具有認(rèn)知理論

傳統(tǒng)的教學(xué)方式之所以被稱為“填鴨式教學(xué)”，就是因為它只注重知識的總量和傳輸，并沒有深入研究怎樣教學(xué)才能使學(xué)習(xí)者真正領(lǐng)悟和內(nèi)化所學(xué)知識。具有認(rèn)知理論注重學(xué)習(xí)者身心合一，認(rèn)為身體和意識是不能分開的。身體是世界經(jīng)驗和人類自身經(jīng)驗溝通的橋梁，我們不能脫離身體只談意識。虛擬現(xiàn)實技術(shù)與教育職業(yè)結(jié)合的重要目的就是為了增強學(xué)習(xí)者身臨其境的體驗感，以此加強學(xué)習(xí)者獲取知識的積極性以及對抽象復(fù)雜事物的理解力。隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展和豐富，現(xiàn)代教育教學(xué)可以將VR/AR/MR等技術(shù)交叉使用，采用混合式教學(xué)方法。混合式教學(xué)方法的優(yōu)勢是“虛擬實驗室”，那些在現(xiàn)實中很難完成的實驗（如對月球的探索）和存在一定操作風(fēng)險的實驗（如易燃易爆化學(xué)物質(zhì)的合成）都可以在混合式教學(xué)的虛擬實驗室下完成，提升學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)體驗。

四、虛擬現(xiàn)實技術(shù)與職業(yè)教育結(jié)合的創(chuàng)新發(fā)展

職業(yè)教育是我國教育發(fā)展歷程中不可或缺的一部分，我們必須要構(gòu)建完整的職業(yè)教育體系，做到上能銜接高等教育，下能對接基礎(chǔ)教育。崔宇馨等人認(rèn)為，我國職業(yè)教育出現(xiàn)存量不足的現(xiàn)象，社會結(jié)構(gòu)失衡可能導(dǎo)致技術(shù)型人才市場的斷層，所以優(yōu)化職業(yè)教育教學(xué)模式，更新職業(yè)教育教學(xué)方法，將虛擬現(xiàn)實技術(shù)等新技術(shù)與職業(yè)教育結(jié)合，向職業(yè)教育教學(xué)注入新血脈的任務(wù)刻不容緩。

（一）虛擬現(xiàn)實技術(shù)在職前教師培訓(xùn)中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實技術(shù)憑借其獨有的沉浸式體驗和仿真模擬場景等功能，被越來越多地用于軍事、醫(yī)療、教育教學(xué)、游戲、商業(yè)等領(lǐng)域，受眾面越來越廣。虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以對教師進行職前培訓(xùn)和仿真教學(xué)實踐。模擬教學(xué)環(huán)境是培訓(xùn)教師過程中極其重要的構(gòu)建情景式教學(xué)方法，通過模擬真實的課堂環(huán)境讓教師能夠提前適應(yīng)教學(xué)方法并熟悉教學(xué)流程?，F(xiàn)階段，我們要將新技術(shù)引入教師培訓(xùn)，使得教師發(fā)展緊跟學(xué)生發(fā)展，避免出現(xiàn)教師教育技能與學(xué)生學(xué)習(xí)技能不匹配的現(xiàn)象。美國的混合現(xiàn)實教學(xué)實訓(xùn)系統(tǒng)是利用VR技術(shù)讓用戶沉浸于一種完全“真實”的課堂環(huán)境中，以提升教師的教學(xué)技能和學(xué)生的學(xué)習(xí)素養(yǎng)。這個軟件包含不同學(xué)術(shù)水平的虛擬學(xué)生，也有代表教師或父母這樣的虛擬成人。每個虛擬的人都有屬于自己的性格特點，教師可以根據(jù)自己的實際需要選擇性實踐，還可以向虛擬家長做出陳述和反饋，也可以舉行模擬家長會。模擬實踐者可以獲得第一手現(xiàn)場教學(xué)的經(jīng)驗，作為以后進行實體課堂教學(xué)的基礎(chǔ)。

（二）虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教材開發(fā)中的應(yīng)用

教育信息化時代開始后，職業(yè)教育在教材信息化方面涌現(xiàn)出許多研究成果，如項目化教材、活頁式教材等新型教材。2020年，山東信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院率先研發(fā)了《機械設(shè)計基礎(chǔ)項目化教程》教材。這本教材以結(jié)果為導(dǎo)向，在對學(xué)生畢業(yè)意向進行篩查后，結(jié)合學(xué)生的需求和市場的需要將教學(xué)內(nèi)容重組，并與虛擬現(xiàn)實技術(shù)中的VR和AR技術(shù)進行融合，將重點和難點以三維虛擬場景構(gòu)建的方式呈現(xiàn)在學(xué)習(xí)者面前，將抽象內(nèi)容簡單化。例如牛頭刨床系統(tǒng)分析這個項目，它的教學(xué)演示內(nèi)容都用VR技術(shù)復(fù)制到仿真場景中，學(xué)生借助VR眼鏡，在虛擬空間中模擬操作刨床，可以身臨其境感受整個工作過程，達到實踐操作的目的。

（三）虛擬現(xiàn)實技術(shù)在課程內(nèi)容革新中的應(yīng)用

針對職業(yè)教育因?qū)I(yè)設(shè)置不合理而導(dǎo)致的課程枯燥、實訓(xùn)課程發(fā)展緩慢、學(xué)生學(xué)習(xí)興趣低等問題，可將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)資源的設(shè)計與開發(fā)，包含實訓(xùn)基地的建設(shè)、教師信息化應(yīng)用能力的提升、虛擬實訓(xùn)平臺的設(shè)計和開發(fā)等，而其中的重點是對于模擬教育實訓(xùn)、虛擬實驗室的開發(fā)。這樣既節(jié)省場地空間的資源成本，還幫助學(xué)生正確運用抽象的學(xué)術(shù)知識，虛擬仿真實訓(xùn)平臺不僅可以使教師跟蹤管理教學(xué)環(huán)節(jié)，還能讓學(xué)生通過平臺進行在線實訓(xùn)操作、課后考核等。

五、結(jié)語

通過研究可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段對虛擬現(xiàn)實技術(shù)與職業(yè)教育的結(jié)合大多集中在教學(xué)資源開發(fā)方面，尤其是在實踐實訓(xùn)和虛擬實驗室開發(fā)方面，但一些中職學(xué)校和職業(yè)學(xué)校并沒有足夠現(xiàn)金的基礎(chǔ)設(shè)施和啟動資金將虛擬現(xiàn)實技術(shù)真正運用到課堂中，難以將兩者結(jié)合的根本原因是開發(fā)的虛擬實訓(xùn)平臺與職業(yè)教育教學(xué)的需求差異較大，所以實訓(xùn)平臺的開發(fā)將會是今后虛擬現(xiàn)實技術(shù)和職業(yè)教育結(jié)合的重要發(fā)展方向。本文從職業(yè)教育的內(nèi)涵和現(xiàn)狀出發(fā)，通過研究職業(yè)教育存在的問題，總結(jié)了近幾年虛擬現(xiàn)實技術(shù)是如何解決這些問題的，提出了虛擬現(xiàn)實技術(shù)與職業(yè)教育結(jié)合的現(xiàn)存短板和未來發(fā)展趨勢，為教育信息化時代下我國職業(yè)教育的創(chuàng)新發(fā)展提出針對性建議。

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作者簡介：馮歆然（1998—），女，漢族，河北唐山人，碩士研究生，研究方向：虛擬現(xiàn)實技術(shù)與教育融合。