基于虛擬教學平臺的開發和探究

陳宇翔 陳良 趙佑初

摘 要：從虛擬教學實際出發，進行了課前問卷，軟件開發和實訓反饋的模式，對虛擬現實技術在高職教育方面進行了全方面的探討。同時通過對虛擬教學平臺簡單的二次開發，讓讀者更好地了解虛擬現實的技術的開發流程，讓其更好地了解虛擬軟件以后并進行針對性的教學。并通過實訓對比數據，來對虛擬現實技術進行一個完善的解讀。

關鍵詞：虛擬現實技術 虛擬教學平臺開發 虛擬實訓 嚴肅的游戲

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）12（a）-000-03

隨著信息的進步，虛擬教學使教學視野大為拓寬；教學空間從某一特定的物理空間延伸到虛擬的賽伯空間：教學資源的界限從少量有限伸展到大量無限。其中虛擬現實技術可以營造出一個學生“自主學習”的大環境，將傳統的“以教促學”的學習方式轉變為學習者通過自身與信息環境的相互作用來獲得知識、技能的新型學習方式[1]。Koedinger K. R在匹茲堡三所高中代數課的實驗中采用了名叫PAT的虛擬輔導系統，得到實驗班的470名學生的標準化測驗平均成績比對照班的高出15%的結論[2]。而曹彥杰教授從VR技術在美國教師教育中的應用研究中發現：利用虛擬現場經驗替代傳統現場經驗，在促進實習教師從教育理論到教育實踐轉換的過程中具有獨特的優勢[3]。由于高職院校辦學經費有限、實訓設備昂貴等原因，導致實訓資源短缺和實訓學時不夠的問題難以解決，從而導致實訓教學開展不到位，嚴重影響了高職院校人才培養的質量及其進一步提高[4]。虛擬現實技術給學生提供了一種增強“存在感”的體驗，這導致學生對學習的參與度和興趣直線上升。雖然虛擬現實技術在教育學方面的應用所產生的效果并不是很理想，所應用的規模并不是很大，其中的技術和理論都需要更多的研究[5]。但未來的發展前景卻是讓人充滿憧憬的。

傳統的教學環境往往不能滿足那些喜歡體驗活動和使用新技術的學生的學習需要。該文講解一個包含教學基礎知識的游戲平臺的新模式。當學生使用這個平臺時，他們會發現學習是一件有趣的事情，這就是所謂的嚴肅的游戲。

1 VR虛擬現實應用的問卷調查

通過問卷星選擇萬向職業技術學院機電一體化專業2016級和2017級212名學生為研究對象，采用問卷調查方式來觀察學生對虛擬現實教學和傳統教學方法的看法，其調查結果如圖1所示。

通過圖1中的數據對比，可以發現絕大多數學生都是想參加虛擬教學的，并對虛擬教學是否會增加教學效果持肯定的的意見。但其中存在疑問的是虛擬教學真的比傳統教學好嗎？這個問題相信不僅僅存在于學生中，包括大多數老師都存在這個疑問！所以該文會通過VR虛擬教學軟件的開發和設計過程來讓大家初步了解一下虛擬教學平臺。

2 虛擬教學軟件的開發

2.1 虛擬教學數據模型的建立

要完成一個測量虛擬仿真軟件的設計，首先要對實物進行學習，以確保開發出來的軟件內容的正確性和完整性；其次要對真實的實物進行尺寸測量以及拍攝真實的照片，以便下一個節點的進行。同時，為了確保仿真對象的真實性，如圖2所示。

2.2 虛擬模型的設計和導入

要完成一個軟件，開發前的腳本和軟件規劃是很重要的，它直接關系到軟件的開發方向，保證軟件的正確性。腳本如同一部電影的劇本，直接關系到軟件的好壞，并且能讓開發人員開發的效率顯著提升，如圖3所示。

由于該文運用到了unity3D二次開發平臺，運用Excel的編輯功能簡化了操作，同時減少了大量的工作量。通過自己對對腳本的設計自己來開發教學軟件。

2.3 虛擬“Game”教學游戲的設計

“Game”教學設計分為兩部分，第一部分是普通視頻的虛擬仿真教學，通過視頻教學步驟來學習基礎步驟，并通過一些課后虛擬仿真練習來加深學生學習效果，如圖7所示。第二部分通過一些帶有游戲性質的仿真比賽來提高學生的參與度，刺激學生在學習方面的活躍度，如圖4所示。

3 虛擬教學的實際應用

在實際應用中，從機電專業抽出73名同學分成了2個組進行實驗組的對比，第一組采用傳統的教學模式，采用20%的理論上課+80%的場地實訓模式進行實訓教學形式。第二組采用虛擬仿真教學+傳統教學相結合的模式，采用50%的虛擬實訓+50%的傳統實訓的教學形式。

由于傳統實訓設備有限，在第一組大約60%的學生在等不到設備的時候無所事事，開始玩手機和聊天。第二組由于有虛擬設備參與，可以分組進行實訓（一組進行實訓時，其他人在機房進行虛擬實訓），無論效率和學習的積極性都有大幅提高，基本沒有出現學生無所事事的情況。最后在實訓科目的考核上，第二組明顯成績比第一組的同學高出20%左右。

最后學生反饋，傳統實訓在理論環節上安排的時間太少，學生往往還沒有完全掌握就開始實訓，實驗設備太少，大部分時間都在等待別人的設備使用完畢，大部分的時間都浪費了。而虛擬實訓和傳統實訓相結合充分把學生的空閑時間利用起來，讓學生對知識點有更多的學習時間，但是缺點是虛擬仿真環境和實際操作還是有一定差異，無法立刻進行轉換，缺少實際操作的情況下，對一些設備還是無法得心應手。另外由于學生對新鮮物體的好奇心，把一部分時間浪費在開括虛擬系統的新功能，無法有效的進行學習，而忽略了一部分知識點的學習。但總體來說在傳統實訓中加入虛擬實訓還是利大于弊的。

4 結語

虛擬教學技術是未來教學方向的發展趨勢，它在增加學生學習效率和參與度方面有著很大的潛力。它給學生一種全新的教學體驗，讓學生在玩中學，大大緩解了學校實訓設備不夠和經費問題，給枯燥的傳統教學注入了一股新鮮活力。同時通過實驗數據對比可以看出引入虛擬實訓設備后，學生的學習成績也得到了大幅提高。

參考文獻

[1] Koedinger KR，Anderson J R，Hadley WH，et al.Intelligent Tutoring Goes to School in the Big City[J]. International Journal of Artificial Intelligence in Education，1997， 8（8）：30-43.

[2] 沈愛蓮.虛擬現實技術在高職汽車電子類課程教學中的應用研究[J].湖南理工學院學報：自科版，2011， 24（4）：90-92.

[3] 曹彥杰.虛擬現實技術在美國教師教育中的應用研究——以中佛羅里達大學為例[J].比較教育研究， 2017（6）：93-102.

[4] 彭高宏.虛擬現實技術在高職“虛擬課堂”中的應用[J]. 液壓氣動與密封，2017，37（7）：9-12.

[5] Brent Gregory， Sue Gregory， Denise Wood， et al. How are Australian higher education institutions contributing to change through innovative teaching and learning in virtual worlds？[D]. Hobart University of Tasmania，2011.