VR 技術(shù)在高職教學中的應用

張晨愷

摘要：隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的新媒體技術(shù)源源不斷的融入到現(xiàn)代教育中。多媒體技術(shù)、計算機網(wǎng)絡技術(shù)等出現(xiàn)給傳統(tǒng)的教學模式帶來了革命性的影響。目前，虛擬技術(shù)作為新媒體技術(shù)的代表近年來被廣泛的應用到了社會的各大領域，其中也包括了職業(yè)教育教學領域。其特有的直觀性、沉浸性、互動式的教學體驗大大的提高了教學質(zhì)量，更有效的促進了學生實踐能力的發(fā)展和提高。本文從虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基本內(nèi)涵、主要特征出發(fā)，研究VR 技術(shù)在高職仿真課堂中的應用。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實;高職;仿真

VR（VirtualReality）技術(shù)也就是虛擬現(xiàn)實技術(shù)，是二十世紀八十年代末期發(fā)展起來的一項新技術(shù)，是當前較為活躍的研究領域。[1]該項技術(shù)綜合了計算機圖形處理技術(shù)，圖像處理與模式識別，智能技術(shù)，傳感技術(shù)，語言處理與音響技術(shù)，網(wǎng)絡技術(shù)等多門學科，將數(shù)字化信息變?yōu)槿藗兯芨惺艿降木哂懈鞣N表現(xiàn)形式的多維信息。隨著社會的不斷發(fā)展，該項技術(shù)在各個領域中都得到了較大的發(fā)展，其中包括了醫(yī)學、軍事、航空、教育等，尤其是在教育領域發(fā)展最為迅速。

隨著全國各大高職院校規(guī)模不斷擴大，各種教學設施朝著不斷向著現(xiàn)代化、信息化的方面改革，傳統(tǒng)的教學資源已經(jīng)不能適應現(xiàn)代高職教學的需求。所以，很多學校都在將VR 技術(shù)融入到課堂教學中，VR 技術(shù)所具有的良好交互性、直觀性、場景逼真性等優(yōu)勢，很好地解決了教與學面臨的困境;同時VR 技術(shù)也能一定程度上解決了部分專業(yè)內(nèi)容對場地、材料、設施設備、人員等的限制性要求，有效的解決了學生基礎薄弱、學習積極性不足的問題。

1、虛擬現(xiàn)實技術(shù)概述

1.1虛擬現(xiàn)實技術(shù)概念

VR（VirtualReality）技術(shù)是通過電子技術(shù)、計算機技術(shù)、圖像處理技術(shù)、多媒體應用技術(shù)、傳感器技術(shù)、人機接口技術(shù)、和仿真技術(shù)等各項技術(shù)融合生成逼真的視、聽、觸覺一體化的虛擬環(huán)境，可以直接觀察、操作、觸摸、檢測周圍環(huán)境及事物的內(nèi)在變化，并能與之發(fā)生“交互”作用。它是屬于一種可以設計和體驗的計算機虛擬仿真系統(tǒng)。使用者不僅能夠通過虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)感受到在客觀物理世界中所經(jīng)歷的“身臨其境”的逼真性，而且能夠突破時間和空間以及其他客觀的限制，目前在商業(yè)、醫(yī)學、教育、影視、軍事等多種領域都有在應用。

1.2虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特征

虛擬現(xiàn)實技術(shù)綜合應用了多種現(xiàn)代信息技術(shù)將各種自然環(huán)境中的感官體驗有效地還原到虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中，模擬人在自然環(huán)境中的各種感官，通知可以根據(jù)使用者、使用環(huán)境等不同，及時調(diào)整參數(shù)，可以說其創(chuàng)建的虛擬環(huán)境是與現(xiàn)實非常接近的，同時又可以通過直接觀察、操作、觸摸或檢測周圍環(huán)境及事物，與之發(fā)生“交互”作用。該技術(shù)具有以下特點：

1）沉浸性（Illusion of Immersion）——沉浸指的是用戶在使用該系統(tǒng)時，自我感知系統(tǒng)與虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的融入情況。當虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)所營造的虛擬環(huán)境使用戶自身感知系統(tǒng)難以分辨其真假時，用戶會把自身當成環(huán)境的一部分，自身的角色將從一個旁觀者變?yōu)閰⑴c者，提高學生主動學習的積極性。

2）交互性（Interactivity）——虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)通過使用一系列輸入輸出設備（如數(shù)據(jù)手套、手柄、自由行走跑步機、頭盔、氣味發(fā)生器、數(shù)據(jù)衣、數(shù)據(jù)背包等）提高系統(tǒng)的可操作性，用戶的身體動作和語言都可以實時傳入虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，并通過系統(tǒng)運算及時通過輸出設備進行反饋，實現(xiàn)用戶與虛擬世界的事物實時互動。

3）構(gòu)想性（Imagination）——虛擬現(xiàn)實不僅僅是將自然的環(huán)境因素真實的還原到系統(tǒng)中，也突破時間和空間，跨越宏觀或者微觀世界，將用戶的創(chuàng)意具體化，隨意地構(gòu)想客觀不存在的甚至是不可能發(fā)生的環(huán)境。解開現(xiàn)實世界中的種種條件制約，激發(fā)人們的創(chuàng)新思維。

1.3虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的分類

根據(jù)虛擬現(xiàn)實技術(shù)所傾向的特征的不同， 可將虛擬現(xiàn)實技術(shù)劃分三大類：

1）桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)

這類虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)僅僅依靠個人計算機或圖形工作站等設備，在輸出端營造虛擬的環(huán)境，同時依靠數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣等輸入設備與系統(tǒng)進行互動，將顯示器作為觀察虛擬世界反饋的窗口，另外再加以軟件的輔助使用戶產(chǎn)生一定的投入感。

此類虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的優(yōu)點在于成本相對較低，屬于較為初級的虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應用，因此沉浸的效果較為一般。

2）沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)

這類虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)通常采用頭盔式顯示器、洞穴式立體顯示等設備，盡可能的隔絕外部自然環(huán)境對用戶的影響，將用戶的視覺、聽覺封閉在虛擬環(huán)境中，同時利用數(shù)據(jù)手套等輸入設備將用戶的觸覺也封閉在虛擬環(huán)境中。通過這些技術(shù)將使用者完全置身于虛擬環(huán)境中，實現(xiàn)一種完全的沉浸體驗。

3）共享式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)

這是一種基于網(wǎng)絡連接的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，在這種系統(tǒng)中可以支持多個用戶在同一個虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中進行相互溝通或共同與系統(tǒng)溝通，實現(xiàn)信息共享或者協(xié)作完成某項工作的目的。

2、虛擬現(xiàn)實技術(shù)應用

將虛擬現(xiàn)實技術(shù)融入高職院校的教學中，可以使學生的理論、實踐學習環(huán)境更為生動、逼真， 將知識更為形象的展現(xiàn)在學生面前，更有效的激發(fā)創(chuàng)新思維。該技術(shù)將在多方面對傳統(tǒng)教學產(chǎn)生積極影響：

2.1虛擬現(xiàn)實課堂

課堂是授課的基本單元， 依據(jù)不同教學內(nèi)容組建相對應的虛擬現(xiàn)實課堂，通過計算機硬件和軟件在計算機上實現(xiàn)課堂上的知識點具體化、形象化。通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以突破時間、空間的限制，將原本只能簡單面描述的現(xiàn)象、自然演變過程等更直觀的展現(xiàn)出來。在教學中有很多知識所反應的事物雖是客觀存在的，但無法一一呈現(xiàn)在學生面前，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可再現(xiàn)之， 為學生提供生動、逼真、感性的虛擬學習材料，幫助學生理解。

例如授課課件以及視頻的虛擬現(xiàn)實化，比如在機電類專業(yè)的教學過程中，實物展示、加工維修、拆裝等內(nèi)容通常利用圖片、視頻或者真實物體來進行教學，由于學生觀摩的位置角度的影響、參與度不足或者實物不方便拆卸等因素的限制使教學效果較為不理想。然而，通過將教學所用的視頻或課件融入到虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中，可以實現(xiàn)每一個學生都進行設備的拆裝學習，同時選擇適合自己學習的角度進行學習，更為直觀的掌握零件結(jié)構(gòu)認知、裝配結(jié)構(gòu)認知等知識點。

2.2虛擬現(xiàn)實實訓

實訓教學是職業(yè)教育中的重中之重，將虛擬現(xiàn)實技術(shù)與高職類教學實訓相結(jié)合，依托虛擬現(xiàn)實設施設備以及配套的專業(yè)類軟件，可以解決傳統(tǒng)實訓過程中遇到的一些問題，同時取得更好的實訓效果。

鑒于高職類專業(yè)的特殊性，部分專業(yè)的實訓設施、設備價格昂貴，且占地面積巨大，同時設備更新?lián)Q代速度較快，如不及時更新、維護設備將對教學效果產(chǎn)生較為嚴重的影響，因此當學校資金不足時，部分學校只能租用或者借用設施設備進行實訓教學，通過這種方式能夠解決資金不足的問題但也不能達到較好的教學效果。如果利用VR 技術(shù)創(chuàng)造生產(chǎn)現(xiàn)場模擬的實踐環(huán)境，實訓教學不再受場地、設備限制，同一套設備可以滿足多門課程教學的實際需求。

此外，利用課余時間學生可以自主選擇學習時間、學習內(nèi)容，甚至可以重復進行實訓可，提高知識的掌握程度。利用VR 技術(shù)，學生自助選擇虛擬系統(tǒng)中的實訓模塊，也不會產(chǎn)生材料損耗，設備維護成本增加等問題。例如復雜設備的拆裝，利用VR 技術(shù)不僅實現(xiàn)產(chǎn)品模型以裝配圖和爆炸圖的形式出現(xiàn)， 同時在學生自行實訓的過程中也不需要專業(yè)教師的陪同，及時拆裝失敗也不會影響系統(tǒng)的再次使用。更重要的是在通過虛擬實訓過程可以避免風險，使實訓更安全。

2.3虛擬現(xiàn)實實訓基地

虛擬現(xiàn)實實訓基地的打造，可以解決高職類學校各專業(yè)，特別是機械類專業(yè)面臨的校內(nèi)外實訓基地數(shù)量不足、質(zhì)量不高，校企合作很難實質(zhì)性融入，學校投入難、學生實踐管理難等問題。

實訓基地大致布局為：圍繞綜合功能分區(qū)、硬件建設及VR 教學實訓軟件與配套教學資源的安裝與部署等建設需求，含六大區(qū)域，即專題展示區(qū)、全景教學區(qū)、桌面實訓區(qū)、沉浸體驗區(qū)、體感交互區(qū)及虛擬仿真區(qū)。

基地基礎功能是：

（1）多專業(yè)綜合實踐平臺 基地根據(jù)不同課程配備相適應的虛擬交互設備，以各專業(yè)人才培養(yǎng)方案為依據(jù)定制開發(fā)VR 軟件、資源等內(nèi)容，可全面滿足各類專業(yè)的實踐需求。

（2）人才培訓平臺 結(jié)合專業(yè)教師資源、課程資源，可承接周邊院校學生及社會人士的VR 技術(shù)技能培訓，不斷滿足社會對VR 領域人才的需求。

（3）VR 資源開發(fā)平臺 基地和校企合作單位、VR 技術(shù)開發(fā)企業(yè)等合作開發(fā)VR 教學資源，老師參與共同研發(fā)VR 軟件和配套資源及承接相關(guān)VR 資源開發(fā)需求;學生可獲得實習實踐崗位。

（4）VR 展示體驗平臺 基地對本地中小學生、企事業(yè)單位開放，學校對VR 技術(shù)應用、實踐的成果展示，作為學校創(chuàng)新職業(yè)教育發(fā)展品牌的傳播窗口。

3、在高職教學中使用VR 技術(shù)的意義

1）學生掌握知識的效率與其對知識學習的主動性、積極性有很大的關(guān)聯(lián)。學生學習過程中如果只是單純的通過教師的講授來獲得知識，這樣得來的知識需要后期反復鞏固才能形成長期記憶。但是，如果是在學習過程中學生自行發(fā)現(xiàn)的問題，同時又利用自己收集的資料以及別人的幫助來解決問題，從中學到的知識會留下非常深刻的印象。所以，在高職教學中使用VR 技術(shù)，為學生提供真實的學習環(huán)境，在虛擬的環(huán)境中隨意的發(fā)揮自己的想象，去發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，這樣學生可以充分地將自己原有的知識和現(xiàn)在所學的知識相融合，通過新舊知識的連接，去獲得更新的知識。因此，與創(chuàng)痛教學方式相比，在現(xiàn)代教學中融入虛擬現(xiàn)實 技術(shù)能夠很好地給學生創(chuàng)建新穎的教學“情境”，提高學生對知識學習的主動性。

2）在傳統(tǒng)的實踐教學過程中，學生一旦遇到失敗，就會很容易產(chǎn)生自卑的情緒，或在實訓開始時就畏懼失敗，致使實訓過程心里負擔過重，影響知識點的學習及技能的掌握，有更甚者會對學習失去信心，懷疑自己的能力。將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應用于高職院校的課堂教學中，在實訓環(huán)節(jié)大大減輕學生的心里負擔，由于實訓過程都是程序編制的虛擬過程，學生不用擔心結(jié)果操作失敗會造成什么樣的后果，如果失敗只需重置系統(tǒng)重新開始即可，提高的學生動手操作的積極性，消除了學生負面情緒對學習過程的影響。

3）對于一些較為抽象的知識，傳統(tǒng)的教學方式只能通過教師的語言、肢體以及一些平面的圖形、影像資料來表述，虛擬現(xiàn)實技術(shù)則為這些知識點提供了一種新的、更為直觀的表述方式。

4、結(jié)束語

將虛擬現(xiàn)實技術(shù)融入高職教育教學過程，目的在于化教學過程、改善教學場景，充分利用該項技術(shù)優(yōu)勢，節(jié)約教學成本，提高教學效率，滿足學生個性化學習需求，從而實現(xiàn)高效教學，該項技術(shù)必將對教育教學水平的提高產(chǎn)生深遠的影響。

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