虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高職教學(xué)中的應(yīng)用研究

史麗燕

（鄭州信息科技職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 450046）

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述

虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）技術(shù)也被稱為沉浸式多媒體，是一種通過(guò)智能設(shè)備及傳感器等，模擬產(chǎn)生一種可交互的虛擬三維世界環(huán)境的新技術(shù)，給使用者提供聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)、觸覺(jué)等直觀、逼真的感受，如同身臨其境。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)融合了計(jì)算機(jī)人工智能、計(jì)算機(jī)圖形圖像、傳感等技術(shù)，是一門高度交叉的技術(shù)。其具有3個(gè)重要特性：沉浸性、交互性、構(gòu)想性。VR技術(shù) 作為完全沉浸的設(shè)備，能夠讓使用者全身心地投入其中，感受場(chǎng)景的變化。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是人機(jī)交互內(nèi)容、交互方式的革新。

在我國(guó)現(xiàn)階段，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)正得到越來(lái)越多的重視。2016年9月，習(xí)近平主席在G20峰會(huì)上指出：“以互聯(lián)網(wǎng)為核心的新一輪科技和產(chǎn)業(yè)革命蓄勢(shì)待發(fā)，人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)等新技術(shù)日新月異，虛擬經(jīng)濟(jì)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)的結(jié)合，將給人們的生產(chǎn)方式和生活方式帶來(lái)革命性變化。”國(guó)家也相繼出臺(tái)了相關(guān)政策支持VR技術(shù)產(chǎn)業(yè)。例如：2015年起，虛擬現(xiàn)實(shí)進(jìn)入國(guó)家重點(diǎn)支持的高新技術(shù)領(lǐng)域目錄；2016年3月，十三五規(guī)劃綱要將虛擬現(xiàn)實(shí)列為重點(diǎn)支持的新興支撐產(chǎn)業(yè)；2016年9月，工信部和發(fā)改委將VR技術(shù)納入智能硬件產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新專項(xiàng)行動(dòng)等等。目前，各行各業(yè)都在努力探索如何應(yīng)用VR技術(shù)，幫助自身產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)變與提升[1]。“虛擬現(xiàn)實(shí)+教育”也是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。已有高校逐步開(kāi)展相關(guān)課題的研究。高職院校的各個(gè)專業(yè)在學(xué)科建設(shè)中，也可引入VR技術(shù)來(lái)提升教學(xué)效果，如：機(jī)械專業(yè)、汽車專業(yè)等。隨著VR技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，VR技術(shù)在高職教育領(lǐng)域?qū)?huì)發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高職教學(xué)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

高職院校教育更加注重課程的實(shí)踐性與應(yīng)用性，大多數(shù)課程是在實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地完成。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界，通過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)讓使用者產(chǎn)生身臨其境的交互視景的仿真[2]。因此虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)完全和高職教育的特點(diǎn)相吻合。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高職教學(xué)中以下優(yōu)勢(shì)。

2.1 改善教學(xué)條件，不受時(shí)間空間的限制

在高職教學(xué)的實(shí)訓(xùn)課程中，經(jīng)常會(huì)存在著設(shè)備落后、設(shè)備數(shù)目不夠、場(chǎng)地不足、經(jīng)費(fèi)不夠等因素，使教學(xué)實(shí)驗(yàn)無(wú)法進(jìn)行或無(wú)法達(dá)到預(yù)期效果。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以彌補(bǔ)由于這些因素造成的影響。例如利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬的生產(chǎn)創(chuàng)造實(shí)踐環(huán)境，使用這種環(huán)境學(xué)生不再受到設(shè)備、場(chǎng)地等限制，學(xué)生可以像在真實(shí)環(huán)境中訓(xùn)練學(xué)習(xí)一樣進(jìn)行操作。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，構(gòu)造虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境，同樣可以使學(xué)生深入到事物或?qū)ο蟮膬?nèi)部，觀察對(duì)象結(jié)構(gòu)，加深對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解。例如，在構(gòu)建虛擬汽車發(fā)動(dòng)機(jī)維修學(xué)習(xí)系統(tǒng)中，學(xué)生不僅可以認(rèn)識(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和功能[3]，還可以進(jìn)一步了解整個(gè)逼真的維修過(guò)程。在農(nóng)林類專業(yè)教學(xué)中，很多專業(yè)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)課程都需要遵循季節(jié)性規(guī)律來(lái)進(jìn)行，一年中可能只能在某一個(gè)季節(jié)做特定的實(shí)訓(xùn)。如花卉栽培、動(dòng)物繁殖、育種等。教學(xué)借助于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，利用創(chuàng)建出來(lái)的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行實(shí)訓(xùn)，將不再受時(shí)間以及季節(jié)的限制，同時(shí)可以縮短實(shí)際實(shí)訓(xùn)中各種生物生長(zhǎng)期時(shí)間，學(xué)生將把關(guān)注重點(diǎn)放在各個(gè)關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)及其聯(lián)系上。再例如學(xué)生可以進(jìn)入虛擬發(fā)電廠系統(tǒng)內(nèi)，深入觀察發(fā)電機(jī)的每個(gè)部件的工作情況以及每個(gè)部件之間的相互聯(lián)系，可以觀察到整個(gè)發(fā)電過(guò)程，包括內(nèi)部器件的工作過(guò)程。通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以在很短的時(shí)間內(nèi)給學(xué)生觀察到需要幾十年甚至上百年才能觀察的變化過(guò)程。例如，生物學(xué)中的孟德?tīng)栠z傳定律，用果蠅做實(shí)驗(yàn)往往要幾個(gè)月的時(shí)間，而虛擬技術(shù)在一堂課內(nèi)就可以實(shí)現(xiàn)。

2.2 實(shí)驗(yàn)危險(xiǎn)系數(shù)降低

在藥物類、電子電工類、機(jī)械類、生產(chǎn)類專業(yè)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)課程存在一定的安全隱患。如果利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建設(shè)相應(yīng)的環(huán)境，可以大大降低危險(xiǎn)的發(fā)生。如利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建造的電工操作訓(xùn)練系統(tǒng)，可以避免因操作失誤而造成的觸電事故、人身傷亡[4]；如虛擬外科手術(shù)系統(tǒng)，可以避免由于操作失誤而造成醫(yī)療事故；如虛擬化學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，可以避免由于化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的燃燒、爆炸帶來(lái)的人身傷害等等。

2.3 形象的虛擬人物

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)[5]可以利用技術(shù)很容易在教學(xué)環(huán)境中構(gòu)造虛擬的歷史人物、名人、偉人、教師、學(xué)生等各種人物，提供人性化的生動(dòng)的學(xué)習(xí)環(huán)境，學(xué)生可以與在線的虛擬教師、學(xué)生進(jìn)行交流，讓學(xué)生在自然、祥和的氣氛中學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的積極性和學(xué)習(xí)趣味性。

2.4 處于市場(chǎng)前沿的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)基地

隨著各大高校教學(xué)方法、教學(xué)手段的不斷改革，大量的職業(yè)院校相繼建立了各種專業(yè)的虛擬實(shí)驗(yàn)室。例如利用虛擬的電子商務(wù)系統(tǒng)，可以為商品建立數(shù)字模型，讓學(xué)生在網(wǎng)上訪問(wèn)虛擬世界中的商店，可以從各個(gè)方向?qū)徱暽唐罚瑫r(shí)可以動(dòng)手挑選商品，真實(shí)地體驗(yàn)購(gòu)買商品的流程。學(xué)生在學(xué)校期間就能接觸到模擬的真實(shí)的工作環(huán)境，感知逼真的工作氛圍，不僅訓(xùn)練相應(yīng)的崗位技能，同時(shí)讓學(xué)生積累一定的“工作經(jīng)驗(yàn)”，為畢業(yè)后能夠很快適應(yīng)工作崗位要求提前做好充分的準(zhǔn)備。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用在高職教學(xué)中面臨的問(wèn)題

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高職教學(xué)中擁有一些明顯的優(yōu)勢(shì)，如能改善教學(xué)環(huán)境，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、提高實(shí)踐教學(xué)效率等優(yōu)勢(shì)，但虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一種新興的技術(shù)，目前尚不夠成熟，在教育中的應(yīng)用還處在初級(jí)階段。硬件、素材以及相關(guān)人員是影響VR技術(shù)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的幾個(gè)重要因素。下面主要從以下幾個(gè)方面來(lái)分析虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高職教學(xué)中所面臨的挑戰(zhàn)。

3.1 硬件

目前用戶在使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)時(shí)，VR技術(shù)界面中場(chǎng)景的視覺(jué)不同步，或聲音、運(yùn)動(dòng)不同步等，容易讓人產(chǎn)生暈眩的感覺(jué)。直接影響VR技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用效果。再者，目前市面上的VR技術(shù)硬件設(shè)備價(jià)格仍較高，給其在教學(xué)上的普及帶來(lái)一定難度。VR技術(shù)實(shí)訓(xùn)室的建設(shè)，大量資金投入讓很多學(xué)校望而卻步。

3.2 教學(xué)素材開(kāi)發(fā)

VR技術(shù)教學(xué)資源的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)技術(shù)門檻較高，各專業(yè)教師很難自行設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)對(duì)應(yīng)的虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)資源。盡管目前有些公司提供虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)資源設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)業(yè)務(wù)，但是這些教學(xué)資源難以滿足不同教師個(gè)性化、多樣化的教學(xué)需求。VR技術(shù)有必要改進(jìn)資源開(kāi)發(fā)技術(shù)，方便各專業(yè)教師按照各自需求開(kāi)發(fā)相關(guān)教學(xué)資源，使資源貼近教學(xué)目標(biāo)，融合課程內(nèi)容。

3.3 教學(xué)相關(guān)人員

教師需要轉(zhuǎn)變教學(xué)方式。改變以往的設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，制定教學(xué)策略。例如虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的構(gòu)建、知識(shí)的呈現(xiàn)方式、學(xué)生學(xué)習(xí)任務(wù)的編排等。教師還要做好教學(xué)評(píng)價(jià)工作，對(duì)學(xué)生在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的學(xué)習(xí)，作出有效的學(xué)習(xí)監(jiān)控和評(píng)價(jià)。學(xué)生需轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)方式，更多地主動(dòng)參與進(jìn)來(lái)。學(xué)生將以第一人稱或角色扮演的方式，參與到虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境中[6]。另一方面，虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，知識(shí)點(diǎn)多以豐富多彩的形式傳遞，包括具有感染力的音效、高交互的操作等。這些容易干擾學(xué)生的學(xué)習(xí)注意力，也會(huì)讓原本簡(jiǎn)單的師生關(guān)系變得復(fù)雜[7]。師生之間的交流被虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)所隔離，削弱了師生之間情感的直接交流，阻礙了情感目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

4 結(jié)語(yǔ)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種新興的科技產(chǎn)物，其以逼真的場(chǎng)景、高效的人機(jī)交互等帶給用戶身臨其境的感受。在高職教學(xué)中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有利于實(shí)現(xiàn)情境教學(xué)，增強(qiáng)學(xué)習(xí)體驗(yàn)等，讓高職教育可以得到全新的發(fā)展和創(chuàng)新。目前，由于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還處在初級(jí)發(fā)展階段，在教育中的應(yīng)用還存在一些不可避免的問(wèn)題，如設(shè)備價(jià)格高昂，教學(xué)資源匱乏，學(xué)習(xí)效果不易掌握，大多數(shù)教師還不適應(yīng)使用VR技術(shù)教學(xué)等。高職院校要充分研究和利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特性，根據(jù)學(xué)院本身的教育定位、師資情況和學(xué)生需求，結(jié)合自身的優(yōu)勢(shì)，在教育教學(xué)、組織制度等方面進(jìn)行深入探索。相信隨著VR技術(shù)的穩(wěn)步發(fā)展，其在高職教育領(lǐng)域的發(fā)展前景將變得越來(lái)越廣。