VR 技術在高職教學中的應用

張晨愷

摘要：隨著信息技術的不斷發展，越來越多的新媒體技術源源不斷的融入到現代教育中。多媒體技術、計算機網絡技術等出現給傳統的教學模式帶來了革命性的影響。目前，虛擬技術作為新媒體技術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量，更有效的促進了學生實踐能力的發展和提高。本文從虛擬現實技術的基本內涵、主要特征出發，研究VR 技術在高職仿真課堂中的應用。

關鍵詞：虛擬現實;高職;仿真

VR（VirtualReality）技術也就是虛擬現實技術，是二十世紀八十年代末期發展起來的一項新技術，是當前較為活躍的研究領域。[1]該項技術綜合了計算機圖形處理技術，圖像處理與模式識別，智能技術，傳感技術，語言處理與音響技術，網絡技術等多門學科，將數字化信息變為人們所能感受到的具有各種表現形式的多維信息。隨著社會的不斷發展，該項技術在各個領域中都得到了較大的發展，其中包括了醫學、軍事、航空、教育等，尤其是在教育領域發展最為迅速。

隨著全國各大高職院校規模不斷擴大，各種教學設施朝著不斷向著現代化、信息化的方面改革，傳統的教學資源已經不能適應現代高職教學的需求。所以，很多學校都在將VR 技術融入到課堂教學中，VR 技術所具有的良好交互性、直觀性、場景逼真性等優勢，很好地解決了教與學面臨的困境;同時VR 技術也能一定程度上解決了部分專業內容對場地、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、虛擬現實技術概述

1.1虛擬現實技術概念

VR（VirtualReality）技術是通過電子技術、計算機技術、圖像處理技術、多媒體應用技術、傳感器技術、人機接口技術、和仿真技術等各項技術融合生成逼真的視、聽、觸覺一體化的虛擬環境，可以直接觀察、操作、觸摸、檢測周圍環境及事物的內在變化，并能與之發生“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。使用者不僅能夠通過虛擬現實系統感受到在客觀物理世界中所經歷的“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、醫學、教育、影視、軍事等多種領域都有在應用。

1.2虛擬現實技術的特征

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

1）沉浸性（Illusion of Immersion）——沉浸指的是用戶在使用該系統時，自我感知系統與虛擬現實系統的融入情況。當虛擬現實系統所營造的虛擬環境使用戶自身感知系統難以分辨其真假時，用戶會把自身當成環境的一部分，自身的角色將從一個旁觀者變為參與者，提高學生主動學習的積極性。

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

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

1.3虛擬現實系統的分類

根據虛擬現實技術所傾向的特征的不同， 可將虛擬現實技術劃分三大類：

1）桌面虛擬現實系統

這類虛擬現實系統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境，同時依靠數據手套、數據衣等輸入設備與系統進行互動，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生一定的投入感。

此類虛擬現實系統的優點在于成本相對較低，屬于較為初級的虛擬現實技術的應用，因此沉浸的效果較為一般。

2）沉浸式虛擬現實系統

這類虛擬現實系統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境對用戶的影響，將用戶的視覺、聽覺封閉在虛擬環境中，同時利用數據手套等輸入設備將用戶的觸覺也封閉在虛擬環境中。通過這些技術將使用者完全置身于虛擬環境中，實現一種完全的沉浸體驗。

3）共享式虛擬現實系統

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

2、虛擬現實技術應用

將虛擬現實技術融入高職院校的教學中，可以使學生的理論、實踐學習環境更為生動、逼真， 將知識更為形象的展現在學生面前，更有效的激發創新思維。該技術將在多方面對傳統教學產生積極影響：

2.1虛擬現實課堂

課堂是授課的基本單元， 依據不同教學內容組建相對應的虛擬現實課堂，通過計算機硬件和軟件在計算機上實現課堂上的知識點具體化、形象化。通過虛擬現實技術可以突破時間、空間的限制，將原本只能簡單面描述的現象、自然演變過程等更直觀的展現出來。在教學中有很多知識所反應的事物雖是客觀存在的，但無法一一呈現在學生面前，利用虛擬現實技術可再現之， 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實化，比如在機電類專業的教學過程中，實物展示、加工維修、拆裝等內容通常利用圖片、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實系統中，可以實現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構認知、裝配結構認知等知識點。

2.2虛擬現實實訓

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

鑒于高職類專業的特殊性，部分專業的實訓設施、設備價格昂貴，且占地面積巨大，同時設備更新換代速度較快，如不及時更新、維護設備將對教學效果產生較為嚴重的影響，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 技術創造生產現場模擬的實踐環境，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，學生自助選擇虛擬系統中的實訓模塊，也不會產生材料損耗，設備維護成本增加等問題。例如復雜設備的拆裝，利用VR 技術不僅實現產品模型以裝配圖和爆炸圖的形式出現， 同時在學生自行實訓的過程中也不需要專業教師的陪同，及時拆裝失敗也不會影響系統的再次使用。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虛擬現實實訓基地

虛擬現實實訓基地的打造，可以解決高職類學校各專業，特別是機械類專業面臨的校內外實訓基地數量不足、質量不高，校企合作很難實質性融入，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、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，含六大區域，即專題展示區、全景教學區、桌面實訓區、沉浸體驗區、體感交互區及虛擬仿真區。

基地基礎功能是：

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

（2）人才培訓平臺 結合專業教師資源、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 資源開發平臺 基地和校企合作單位、VR 技術開發企業等合作開發VR 教學資源，老師參與共同研發VR 軟件和配套資源及承接相關VR 資源開發需求;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、企事業單位開放，學校對VR 技術應用、實踐的成果展示，作為學校創新職業教育發展品牌的傳播窗口。

3、在高職教學中使用VR 技術的意義

1）學生掌握知識的效率與其對知識學習的主動性、積極性有很大的關聯。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現的問題，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，為學生提供真實的學習環境，在虛擬的環境中隨意的發揮自己的想象，去發現問題，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，與創痛教學方式相比，在現代教學中融入虛擬現實 技術能夠很好地給學生創建新穎的教學“情境”，提高學生對知識學習的主動性。

2）在傳統的實踐教學過程中，學生一旦遇到失敗，就會很容易產生自卑的情緒，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。將虛擬現實技術應用于高職院校的課堂教學中，在實訓環節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，學生不用擔心結果操作失敗會造成什么樣的后果，如果失敗只需重置系統重新開始即可，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，虛擬現實技術則為這些知識點提供了一種新的、更為直觀的表述方式。

4、結束語

將虛擬現實技術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，充分利用該項技術優勢，節約教學成本，提高教學效率，滿足學生個性化學習需求，從而實現高效教學，該項技術必將對教育教學水平的提高產生深遠的影響。

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