虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在中職教育中的應(yīng)用

李詩(shī)芯（天津公用技師學(xué)院 天津 300380）

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在中職教育中的應(yīng)用

李詩(shī)芯
（天津公用技師學(xué)院 天津 300380）

介紹了虛擬現(xiàn)實(shí)的概念及其在職業(yè)教育中的應(yīng)用實(shí)例，探討了虛擬駕駛系統(tǒng)在應(yīng)用中反映出的教學(xué)規(guī)律與教學(xué)理論。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；中職教育；應(yīng)用

隨著多媒體計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、人工智能技術(shù)、場(chǎng)景生成技術(shù)、仿真技術(shù)等的飛速發(fā)展，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件來(lái)創(chuàng)設(shè)虛擬現(xiàn)實(shí)已經(jīng)成為可能。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)憑借其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，已被越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于教育教學(xué)中，不斷為學(xué)生創(chuàng)造更好的學(xué)習(xí)環(huán)境。中職教育也將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)引入自身教學(xué)中，并取得了很好的效果。

虛擬現(xiàn)實(shí)的內(nèi)涵

（一）定義

虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，簡(jiǎn)稱(chēng)VR，又譯作靈境、幻真），也稱(chēng)靈境技術(shù)或人工環(huán)境。虛擬現(xiàn)實(shí)利用計(jì)算機(jī)技術(shù)將現(xiàn)實(shí)世界通過(guò)數(shù)據(jù)處理以三維立體形式呈現(xiàn)，并與使用者產(chǎn)生視、聽(tīng)、觸一體化交互環(huán)境。人可以通過(guò)使用各種特殊裝置將自己“投射”到這個(gè)環(huán)境中，并操作、控制這個(gè)環(huán)境中的事物，進(jìn)行著認(rèn)知與情感意識(shí)流動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)特殊目的。

（二）基本特征

對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)的基本特征，不同文獻(xiàn)提出了不同的看法，但概況起來(lái)有三個(gè)，即沉浸感、交互性和構(gòu)想性。

沉浸感 又稱(chēng)臨場(chǎng)感，指用戶(hù)通過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)多途徑的感官與系統(tǒng)互動(dòng)，產(chǎn)生身臨其境的感受。人與虛擬環(huán)境融為一體，讓使用者相信這與現(xiàn)實(shí)世界一樣。

交互性 包含兩層意義，一方面，使用者對(duì)虛擬環(huán)境內(nèi)實(shí)物的操作感受符合現(xiàn)實(shí)中的感知規(guī)律，如物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律等；另一方面，使用者可以在環(huán)境中得到實(shí)時(shí)性的反饋，如使用者進(jìn)行虛擬駕駛時(shí)手直接抓取操作物，這時(shí)手不但有握著東西的感覺(jué)，并可通過(guò)發(fā)出動(dòng)作，使場(chǎng)景產(chǎn)生實(shí)時(shí)的變化。

構(gòu)想性 強(qiáng)調(diào)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為使用者提供探索的空間，通過(guò)相應(yīng)提示讓使用者在環(huán)境中深化概念、萌生創(chuàng)意，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)更多的規(guī)律和有效的操作。

虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用于中職教育的價(jià)值

（一）彌補(bǔ)教學(xué)條件的不足

職業(yè)院校的實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)模式大多沿襲師徒模式，即教師與學(xué)生“一對(duì)多”的形式。但當(dāng)學(xué)徒人數(shù)達(dá)到5人以上時(shí)，由于實(shí)訓(xùn)工具有限，教師精力不足等原因，教學(xué)效果大大降低。而利用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，則可彌補(bǔ)這些條件的不足，學(xué)生可獲得與真實(shí)實(shí)訓(xùn)一樣的體會(huì)。在虛擬汽車(chē)維修室環(huán)境中，學(xué)生可以在虛擬的汽車(chē)部件上進(jìn)行檢查、維修的全過(guò)程。系統(tǒng)可對(duì)學(xué)生操作效果進(jìn)行及時(shí)反饋，并講解有關(guān)知識(shí)點(diǎn)。這樣就緩解了因缺乏實(shí)訓(xùn)教具及缺少教師指導(dǎo)造成學(xué)生實(shí)訓(xùn)動(dòng)手操作量太少的問(wèn)題。

（二）激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)

動(dòng)機(jī)是激發(fā)、引導(dǎo)和維持行為的內(nèi)部過(guò)程。動(dòng)機(jī)不僅在激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)方面很重要，而且對(duì)學(xué)生從通過(guò)活動(dòng)接受的信息中學(xué)到知識(shí)同樣重要。在調(diào)查中職生的學(xué)習(xí)風(fēng)格時(shí)發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)于形象的、生活化的、互動(dòng)的知識(shí)極為敏感，常通過(guò)多方面的感知學(xué)習(xí)技能。在虛擬環(huán)境中，學(xué)生直接進(jìn)入虛擬現(xiàn)實(shí)所生成的環(huán)境中，與計(jì)算機(jī)環(huán)境進(jìn)行直觀交流，從而豐富感性認(rèn)識(shí)，加深對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解。虛擬環(huán)境的聲、圖、文并茂，可以使教學(xué)過(guò)程變得生動(dòng)活潑，大大提高學(xué)生的感知水平和學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)增強(qiáng)了，學(xué)生才會(huì)展開(kāi)更高級(jí)的認(rèn)知活動(dòng)學(xué)習(xí)，記憶更多知識(shí)。

（三）加強(qiáng)學(xué)生在學(xué)習(xí)活動(dòng)中的思考和創(chuàng)新

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)沉浸性與交互性的特點(diǎn)，使得學(xué)生和虛擬環(huán)境成為了互相作用、互相影響的一個(gè)整體的兩個(gè)方面。它營(yíng)造了“自主學(xué)習(xí)”的環(huán)境，學(xué)生通過(guò)自身與信息和環(huán)境的相互作用來(lái)習(xí)得知識(shí)和技能。同時(shí)，這種相互作用促使學(xué)生在解決問(wèn)題的過(guò)程中探索新型學(xué)習(xí)方式。而且，虛擬技術(shù)系統(tǒng)能夠?yàn)閷W(xué)生提供必要的實(shí)時(shí)反饋，使學(xué)生可自主地、個(gè)性化地發(fā)展學(xué)習(xí)技能。

（四）提高教學(xué)安全性、節(jié)約實(shí)訓(xùn)工料

對(duì)職業(yè)院校的生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)來(lái)說(shuō)最為重要的就是安全。數(shù)控機(jī)床仿真實(shí)訓(xùn)，不會(huì)因?yàn)閷W(xué)生操作失誤造成設(shè)備本身?yè)p壞，如撞刀、毛坯報(bào)廢等；仿真實(shí)訓(xùn)中的聲、光、文字警報(bào)可以對(duì)學(xué)生的操作錯(cuò)誤進(jìn)行提醒和糾正，也能保證實(shí)訓(xùn)效果和學(xué)生自身安全。應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還可節(jié)約原材料、工卡量具、儀表設(shè)備等。如在數(shù)控仿真實(shí)訓(xùn)中，虛擬材料替代實(shí)際材料，虛擬冷卻液替代實(shí)際冷卻液，可極大降低實(shí)習(xí)消耗，且刀具不會(huì)因?yàn)檫M(jìn)給量過(guò)大而損壞。

汽車(chē)駕駛模擬器在教學(xué)中的應(yīng)用

汽車(chē)駕駛模擬器是一種能真實(shí)、正確模擬汽車(chē)駕駛動(dòng)作，獲得實(shí)車(chē)駕駛感覺(jué)的仿真設(shè)備，通過(guò)汽車(chē)駕駛模擬系統(tǒng)提高駕駛培訓(xùn)績(jī)效。現(xiàn)結(jié)合我院使用的汽車(chē)駕駛模擬系統(tǒng)進(jìn)行探究說(shuō)明。

（一）使用汽車(chē)駕駛模擬器的目的

培訓(xùn)以“理論+模擬+實(shí)車(chē)”形式開(kāi)展，通過(guò)汽車(chē)駕駛模擬器的應(yīng)用使學(xué)生產(chǎn)生先行駕駛經(jīng)驗(yàn)，目的是減少實(shí)車(chē)培訓(xùn)時(shí)間、降低培訓(xùn)成本、提高培訓(xùn)效率。

（二）應(yīng)用汽車(chē)駕駛模擬器的理論基礎(chǔ)

汽車(chē)駕駛教學(xué)活動(dòng)是已有經(jīng)驗(yàn)的傳遞式教學(xué)，它以圖示理論、遷移理論、反饋理論為基礎(chǔ)。多個(gè)理論的結(jié)合促成了汽車(chē)駕駛模擬器在駕駛培訓(xùn)中的應(yīng)用。學(xué)生在模擬駕駛過(guò)程中的認(rèn)知過(guò)程如圖1所示。

“已有經(jīng)驗(yàn)”到“圖示預(yù)期”：已有經(jīng)驗(yàn)包括駕駛動(dòng)作的要領(lǐng)；動(dòng)作參數(shù)的變量（方向、力量、速度）；動(dòng)作感知序列。在學(xué)生頭腦中形成輪廓性的圖示預(yù)期。所謂圖示是人們所學(xué)知識(shí)在頭腦中形成概括化的概念，已有經(jīng)驗(yàn)的傳遞通過(guò)教師講授獲得。

“圖示預(yù)期”到“圖示驗(yàn)證”：學(xué)生通過(guò)汽車(chē)駕駛模擬器，形成“沉浸感”，身臨其境地感受動(dòng)作參數(shù)變量、操作序列等，如轉(zhuǎn)彎時(shí)方向盤(pán)打輪方向、速度、力度，輪廓化概念、動(dòng)作技能變得清晰化。

“圖示驗(yàn)證”到“反饋調(diào)整”：汽車(chē)駕駛模擬器提供與學(xué)生實(shí)時(shí)性的交互，形成良好反饋。如根據(jù)道路狀況給出車(chē)速的反饋；在制動(dòng)過(guò)程中離合器與制動(dòng)踏板的動(dòng)作配合等。根據(jù)反饋，學(xué)生及時(shí)對(duì)圖示進(jìn)行調(diào)節(jié)、糾錯(cuò)。

“反饋調(diào)整”到“圖示概括”：在經(jīng)歷汽車(chē)駕駛模擬器帶來(lái)的“沉浸感”、“交互性”后，學(xué)生形成系統(tǒng)的動(dòng)作技能圖示。

“圖示概括”到“圖示存儲(chǔ)”：在此階段學(xué)生的動(dòng)作技能圖示進(jìn)入長(zhǎng)時(shí)記憶并穩(wěn)固下來(lái)。

“圖示存儲(chǔ)”到“新經(jīng)驗(yàn)”：在實(shí)車(chē)操作應(yīng)用中，學(xué)生的動(dòng)作技能圖示不斷得到驗(yàn)證和強(qiáng)化，最終獲得新的經(jīng)驗(yàn)。

整個(gè)認(rèn)知過(guò)程實(shí)質(zhì)是已有經(jīng)驗(yàn)通過(guò)類(lèi)化經(jīng)驗(yàn)遷移到新經(jīng)驗(yàn)的過(guò)程。汽車(chē)駕駛模擬器是遷移過(guò)程的載體和強(qiáng)化工具，將動(dòng)作技能圖示同化、順應(yīng)、重組。

（三）汽車(chē)駕駛模擬器系統(tǒng)組成

系統(tǒng)是基于虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的軟硬件集成體，結(jié)構(gòu)如圖2所示。它包括駕駛室或駕駛艙、多媒體電腦中央控制系統(tǒng)等硬件系統(tǒng)和支持網(wǎng)絡(luò)的視景仿真軟件系統(tǒng)、汽車(chē)虛擬仿真駕駛系統(tǒng)。汽車(chē)駕駛模擬器可選擇車(chē)型、天氣情況及路況等，以便學(xué)生進(jìn)行各種組合程序訓(xùn)練，完成模擬訓(xùn)練后還能給出最終評(píng)估。

通過(guò)模擬系統(tǒng)，學(xué)生能夠通過(guò)觸覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)等立體地感知駕駛的基本動(dòng)作和反饋，得到“沉浸感”體驗(yàn)。學(xué)生通過(guò)駕駛模擬器系統(tǒng)訓(xùn)練車(chē)輛駕駛技能，能為實(shí)車(chē)訓(xùn)練打下一定的基礎(chǔ)，從而提供駕駛培訓(xùn)效果，最終實(shí)現(xiàn)減少實(shí)車(chē)培訓(xùn)時(shí)間，降低培訓(xùn)成本，提高培訓(xùn)效率。

總結(jié)展望

這一新的媒體技術(shù)不僅能使教學(xué)內(nèi)容變得更加真實(shí)、直觀，并且能夠建立一個(gè)學(xué)生易于參與的虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境。學(xué)生可以持續(xù)接受專(zhuān)業(yè)知識(shí)的熏陶，可以根據(jù)自己的需要反復(fù)進(jìn)行練習(xí)，直至熟練掌握知識(shí)和技能。

作為一項(xiàng)新興的科學(xué)技術(shù)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還處于探索與不斷完善階段，在教育、培訓(xùn)等領(lǐng)域的應(yīng)用也處于適應(yīng)、磨合階段，還存在很多需要解決的理論與技術(shù)問(wèn)題。但鑒于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)本身的特點(diǎn)、優(yōu)勢(shì)，其在職業(yè)教育實(shí)訓(xùn)課程領(lǐng)域的應(yīng)用前景還是相當(dāng)廣闊的，具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

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1672-5727（2011）03-0171-02

李詩(shī)芯（1984—），男，廣西北流人，天津公用技師學(xué)院講師，研究方向?yàn)榻逃夹g(shù)與心理咨詢(xún)。