關于高職院校利用虛擬實訓室的思考

摘要:作為一項新興的科學技術，虛擬現實技術廣泛應用于各行各業，取得了良好效果。在分析虛擬現實技術本身的特點、優勢以及職業技術教育傳統實訓室建設中面臨問題的基礎上，認為高職院校利用虛擬現實技術構建虛擬實訓室，應從課程體系改革、提高實訓教師的素質及合理開發虛擬實訓平臺等方面入手，從而切實提高虛擬實訓室的效果，達到進一步推廣的目的。

關鍵詞:高職院校;虛擬現實技術;虛擬實訓室;構建

中圖分類號:G64文獻標志碼:A文章編號:1673-291X(2010)31-0297-02

教育部《關于全面提高高等職業教育教學質量的若干意見》(教高[2006]16號)文件中強調“要充分利用現代信息技術，開發虛擬工廠、虛擬車間、虛擬工藝、虛擬實驗。”目的是在加強實驗實訓基地建設的同時，根據專業實踐教學的需要，開展虛擬實驗實訓，解決實驗場地、設備不足的問題，改善辦學條件，從而提高教學質量[1]。如何充分利用現代教育技術，改革、優化目前高職院校實踐實訓教學，是擺在人才培養工程面前的重大而現實的新課題。本文針對如何利用虛擬現實技術構建虛擬實訓室進行探討，以期為高職院校開展虛擬實訓提供一些指導。

一、虛擬現實技術簡述

虛擬現實(Virtual Reality，簡稱VR技術)，又稱靈境技術，是以浸沒感、交互性和感知性為基本特征的計算機高級人機界面[2]。虛擬現實是創建和體驗現實世界的一種虛擬計算機系統，它的核心設備仍然是計算機，即通過計算機圖形構成的三維數字模型，以仿真的方式給用戶創造一個實時反映實體對象變化與相互作用的三維虛擬世界，并通過頭盔顯示器(HMD)、數據手套等輔助傳感設備，給用戶提供一個觀測與該虛擬世界交互的三維界面，使用者可以直接觀察、操作、觸摸、檢測周圍環境及事物的內在變化，并能夠通過語言、手勢等自然的方式與之進行實時交互，使人和計算機很好地“融為一體”，給人一種“身臨其境”的逼真性，而且能夠突破空間、時間以及其他客觀限制，感受到真實世界中無法親身經歷的體驗。

虛擬現實技術的應用前景十分廣闊，已廣泛應用于工業、模擬軍事演習、工程、教育、醫學、酒店、商品展示、娛樂等領域。與傳統的人機界面已經流行的視窗操作相比，虛擬現實在技術思想上有了質的飛躍。

二、高職院校利用虛擬現實技術構建虛擬實訓室的必要性

近年來，各地政府與學校都逐漸認識到實訓課程在職業教育中的重要作用，都不同程度地加大了實訓場地的建設。然而，由于某些方面的原因，實訓課程的效果不是很理想。與此同時，有些院校將虛擬現實技術引入教學實訓卻取得了良好效果。

(一)有利于克服傳統實訓室建設中存在的問題

1.校內實訓室建設方面。(1)資金問題。高等職業技術教育所培養的是適應現代生產一線需要的高等技術應用性人才。為此，各高職院校均意識到建立健全教學實訓場地的重要性，紛紛加大投入，為各個專業建設相應的實訓場所。很多院校雖然加大了投入力度，但由于實訓基地建設的周期長、前期投入與后期消耗都非常大，且隨技術的發展，常需要更新換代，很少有學校有足夠的財力多次進行投資的。相對于實際實訓場所的建設投資，建立一套相應的虛擬現實技術的實訓基地，其投資要小得多，且設備更新換代或改進的成本也可以大幅度降低。(2)場地問題。高職院校實訓基地是完成職業教育教學活動中技能訓練的重要場所，其功能是在模擬實際工作環境下，進行規范的技術技能操作。可見，實踐教學需要有一個真實的實戰環境。但現有的高職院校的校園面積都不是很大，實訓用地、用房相當緊張，沒有足夠的土地來建設實戰型實訓基地，更不可能為全院每個專業都建立起具有實戰環境的實訓場所。(3)功能問題。目前，高職院校的實訓場所基本能滿足實訓的需要，但實訓場所與真實的工作環境差異較大。即使是功能齊全的實訓場所，也會有一些實訓活動是無法開展的，使教學活動受到了一定的限制。而虛擬現實技術通過對不同場景的模擬，能夠提供生動、逼真的實訓環境，讓學生專業實訓獲得更好的效果。

2.校外實訓基地建設方面。實訓是培養學生專業知識綜合應用能力，熟練掌握崗位技能的關鍵教學環節。目前，從事實踐教學的途徑大致有兩種:即校內實訓和校外實踐。日常教學過程中，一部分實訓實驗是可以通過校內實訓或實驗室完成的，但很多專業的實訓內容受生產特點的限制，無法在校內完成，必須借助企業的環境及工作間才能達到良好效果。但學生到企業實訓時，在某種程度上會影響到企業的生產秩序和生產效率等，所以企業通常不樂意接受學生的實訓實踐。雖然有的校企合作企業會提供實訓機會，但在具體安排上可能會加以保留，實訓的效果也會大打折扣。因此，為了切實提高實訓效果，可以借助虛擬技術、仿真技術，為學生營造一個虛擬生產環境，使之在校內進行模擬訓練。

(二)有利于發揮虛擬實訓室的優勢

1.可以彌補教學條件的不足。利用虛擬現實系統，可以彌補傳統實訓因實訓設備、實訓環境、實訓場地、教學經費等方面的原因而無法進行實訓的不足[3]。利用虛擬現實技術建立起來的虛擬實訓場所，其“設備”與“場景”多是虛擬的，且可以根據需要進行更新，省去了反復投資的困擾。

2.避免真實實訓實驗或操作所帶來的各種危險。以往對于危險的或對人體健康有危害的實訓或實驗，一般采用看圖片或演示錄像的方式來取代實際操作，難以達到實訓或實驗的效果。利用虛擬現實技術進行虛擬實訓或實驗，學生可以放心大膽地去做各種危險的或危害人體的實驗或實訓，使實訓者或實驗者能夠獲得在真實實驗條件下難以獲得甚至根本無法得到的關于客觀對象的信息。

3.可以增強學生的學習積極性及實訓效果。虛擬現實技術是根據人類視覺、聽覺的生理心理特點，利用三維圖形生成技術、多傳感交互技術以及高分辨顯示技術，生成三維的逼真的虛擬環境。使用者戴上頭盔顯示器和數據手套等交互設備，便可將自己置身于虛擬環境中，成為虛擬環境一員。使用者不僅能夠通過各類先進的傳感器來獲得逼真的感受，還可以通過自身的語言、身體運動或動作等自然技能，就能對虛擬環境對像進行考察或操作。虛擬現實的沉浸性和交互性，使學生像玩游戲一樣全身心地投入到學習環境中去，這非常有利于學生的技能訓練。同時，在虛擬現實系統中學生獲得了與真實環境一樣的體會，甚至可以使他們比在真實環境中更加投入，既保證了實訓效果，又極大地促進了學生的學習積極性。

4.可以打破空間、時間的限制。比起傳統的教學模式，虛擬現實技術在教學中的應用主要以環幕版和單機版兩種模式體現，尤其是單機教學模式，是一種自學模式，可以實現場景漫游、自動講解，并且有解說的自動錄音、自動存檔、自動回放功能，能讓學生提高學習的自主性，學生可以根據自己的時間根據自己的需要，在任何時間、任何地點都可以進行反復練習，直至掌握操作技能為止。

三、高職院校構建虛擬實訓室的途徑

虛擬現實技術目前在軍事、航空、航天、建筑、交通等可視化領域得到廣泛的應用，而用于高職院校的實訓教學，還處于初期階段，不管在技術還是在制度上都不完善。因此，為了提升高職實訓教學的有效性，應采取以下途徑來實現:

(一)進行課程體系改革

《教育部關于以就業為導向深化高等職業教育改革的若干意見》中指出，高職教育應“堅持培養面向生產、建設、管理、服務第一線需要的‘下得去、留得住、用得上’，實踐能力強、具有良好職業道德的高技能人才。”要達到這一培養目標，就必須改革現有的課程體系，尤其是要依據專業特色和行業特點來構建實踐教學體系。具體可采用:(1)課程設置模塊化，即將專業課程實行模塊化分配，學生每學完一個模塊必須進行相應的實訓或實習，達到基本具備該模塊所要求的工作能力;(2)實訓教學情境化，即創設與專業學生未來工作的職業情境密切相關的教學情境，為學生掌握職業崗位營造認知環境和載體。同時，通過使用虛擬現實技術手段創設基于工作的、模仿從業者真實活動的虛擬學習環境情境，來提高學習的有效性和針對性。

(二)提高實訓教師的素質

實踐教學需要一大批具有實戰型的教師去支撐，而要利用虛擬現實技術來提升高職院校專業實訓教學的有效性，更離不開一支掌握現代教學方法、虛擬現實技術和專業技術知識的專業教師隊伍。這就要求虛擬實訓指導老師必須具備:(1)豐富的專業知識和行業實踐經驗，具有敏銳的覺悟和超強的預測能力，能及時發現問題，并創造性地提出問題，指導、引導學生進行實訓操作;(2)熟悉虛擬平臺的操作方法，并能夠自主開發或更新虛擬平臺，不斷完善虛擬平臺。

(三)合理開發虛擬實訓平臺

為了切實提高虛擬實訓的效果，合理設計虛擬實訓平臺就成為關鍵。一般而言，實訓虛擬平臺開發應符合專業人才培養要求，與崗位環境情景相符，逼真的反映實訓內容。首先，虛擬實訓平臺的開發需要來自企業的專業設計人員參與制定，使實訓教學與企業崗位對接。其次，虛擬實訓平臺的模塊結構要合理，能充分反映崗位要求。最后，虛擬實訓平臺的檢測功能要靈敏，當一項訓練任務完成后，能有效地對操作過程中的誤操作進行點評和提示，及時糾正不規范的操作或錯誤的操作，給出最佳方案[4]。

四、結論

作為一項新興的科學技術，虛擬現實技術還處于應用與不斷完善階段，與實訓、培訓等領域也正開始適應、磨合，在實際應用中，還存在很多需要解決的理論與技術上的問題。但隨著教育改革的深入和虛擬現實技術理論的不斷完善和發展，實訓內容、實訓手段、實訓模式都將發生深刻的變革，傳統的校內、校外實訓基地模式將向著校內、校外實訓基地與虛擬現實實踐實訓相結合的教育模式發展，必將開拓應用性、創造性人才培養的新格局，開創高職教育發展的新未來。

參考文獻:

[1]李耀麟，等.虛擬實驗的研究現狀及其發展前景[J].隴東學院學報，2009，(2):118-121.

[2]劉偉.基于虛擬現實技術的企業展項的設計[J].現代電子技術，2009，(24):49.

[3]寇霞.虛擬現實在中職旅游專業實訓教學中的應用[J].新課程研究，2010，(3):148-149.

[4]李金國，等.虛擬現實技術應用于高職模具實訓教學的有效性探究[J].職教論壇，2010，(3):69-71.

[責任編輯 陳鶴]