基于VR技術在殘疾大學生實訓課程中的應用

文/李亞男 黨志敏

目前，隨著在特殊教育學校接受高等教育的殘疾大學生人數不斷增加，特殊教育學校對殘疾大學生的培養標準也越來越高，教學模式也在一直不斷的進行探索，課程設計也針對不同殘類的殘疾大學生進行相應的設置。實訓課程的目的是讓殘疾大學生更好的將已學習的理論知識應用于實踐，即在現實的場景中，在教師的指導下，掌握實物的內部結構、工作原理、操作性能，繼而能夠獨立完成整個實訓任務或在團體任務中獨立完成某一項的任務。但在現實教學過程中，特殊教育高等學校的某些專業由于受場地的限制、教學設備的不足、殘疾大學生的生理障礙等原因，無論是就學校的實訓目的來說，還是在殘疾大學生的實訓效果來說，都無法達到學校所要求的標準。鑒于目前存在的這種問題，本文提出一種基于VR技術的方法，VR為教學提供了一種新型的手段，目前在國內外已被廣泛的應用在高等教育行業，以及特殊教育行業。并將VR技術融合到殘疾大學生的實訓課程中去，從而既達到殘疾大學生良好的實訓效果，又達到了特殊教育高等學校開設相應實訓課程的標準和目的。

1 VR技術概述

虛擬現實（Virtual Reality，VR）技術是仿真技術的一個重要方向，是仿真技術與計算機圖形學、人機接口技術、多媒體技術、傳感技術和網絡技術等多種技術的融合，是一門富有挑戰性的交叉技術。VR技術可以構建和體驗虛擬世界中的模擬環境，交互式、沉浸式多維實時動態場景模擬，具有多種信息融合和場景模擬，可產生交互行為。具體地說, 就是采用計算機技術生成逼真的視覺、聽覺、觸覺一體化的特定范圍的虛擬環境, 用戶借助必要的設備以自然的方式與虛擬環境中的對象進行交互作用、相互影響，從而產生親臨等同真實環境的感受和體驗。

隨著高性能智能手機等終端設備，以及低成本VR光學眼鏡的推廣，VR開始進入高速發展期。虛擬現實有3個特征，即沉浸性、交互性、構想性，是一個學科高度結合交叉的科學技術領域。

虛擬現實技術涉及眾多門類的學科并整合了很多相關技術。VR技術是未來科技發展的方向之一，未來，在教育領域有極大的應用推廣空間，在特殊教育高等學校，可以為殘疾學生創造更加自主的學習條件，尤其在實訓課程當中，為殘疾大學生的實訓提供更加真實的場景。

2 殘疾大學生實訓課程中的學習現狀及存在的問題

本文所描述的殘疾大學生指的具有肢體障礙的在讀殘疾大學生。

《計算機組裝與維修》課程是計算機應用技術專業開設的專業課之一，包括計算機硬件的工作原理、選購、維護，計算機各個部件的安裝與拆卸，計算機硬盤分區、系統安裝、系統優化、配置、應用程序的安裝，以及計算機硬件故障和軟件故障的檢測與維修等。在實訓過程中主要存在以下問題。

2.1 實訓內容綜合復雜，實訓條件不充分

《計算機組裝與維修》課程的實訓包含的內容較復雜。在計算機各部件的安裝與拆卸、故障檢測、維修方面來說，包括的各種計算機硬件及檢測維修設備，在特殊教育高等學校沒有充分大量的設備零件供所有殘疾大學生操作，一些重要的數據恢復等設備一般學校只有1臺，不可能滿足所有班級的學生進行實際操作。

2.2 實訓教學效果較差，無法激發學生的學習興趣

目前，《計算機組裝與維修》課程在實訓過程中，教師在對相關實訓內容操作演示時，是分組進行的，教師對當前組進行演示時，其他組員處于自學狀態，甚至產生消極厭學的心理。從而造成實訓時間嚴重拖延，并且學生實訓的效果較差，無法達到實訓的目的。

2.3 實訓教學方法單一，不夠深入

教師通常用采用PPT來講解《計算機組裝與維修》中的工作原理、各種設備的結構及安裝，學生無法深入到設備內部，尤其是部分肢體殘疾的學生受身體障礙的原因，無法向正常學生一樣自如的行走、搬拿工具，實訓質量不高。

2.4 特殊教育高等學校與普通高等教育學校的實訓資源無法共享

目前來說，各特殊教育高等學校的實訓質量依賴的更多的是自己學校的實訓基地的設備水平、師資水平，特殊教育高等學校的實訓設備較之普通高校的實訓設備差距較大，而特殊教育高等學校的殘疾學生不可能借助普通高校的實訓設備去實訓，因此，不利于實現特殊教育高等學校和普通高校之間實訓資源的共享。

3 VR技術應用在殘疾大學生實訓課程中的優勢

3.1 節約物品采購成本

在特殊教育高等學校，主要建設虛擬現實實訓室，建設VR實驗室的成本遠遠低于各專業實訓物品和設備的成本。比如醫學專業，部分實驗材料是有使用年限和次數的，而且成本太高，如果采用VR虛擬實訓，在虛擬解剖、虛擬手術方面極大降低了成本，而且最基本的VR眼鏡最低價格甚至不足百元，VR資源開發使用的也都是人人都有的智能手機。

3.2 提高學生的學習興趣

在傳統的實訓課程中，學生主要通過教師的操作演示來掌握操作技能，尤其受設備缺乏的情況下，當教師以分批演示的方式授課時，其余無法觀看教師演示的學生處于停滯狀態，極易分散注意力，或在實訓室做與實訓無關的事情。將VR融合到實訓課程中，學生可以切身在虛擬的世界里體驗現實生活中的實訓內容，相比教師單一的PPT授課、分組演示實訓操作內容，借助VR技術更容易提高學生的學習興趣，提高教師的授課效率及學生的學習效果。

3.3 增強實訓效果

借助VR虛擬仿真教學平臺，學校不必再花費高昂的費用購買大量醫學設備、實驗材料，以及機械零部件。借助VR技術，利用VR軟硬件設備，即可體驗到與現實世界中一樣的實訓感受。實訓過程更加立體、清晰，更加增強實訓效果。

3.4 提高實訓的自主性

基于VR的實訓課程里，教師和學生可以自由控制實訓的速度，在VR軟件中可以反復進行操作訓練，沉浸式交互式的VR實訓環境，可以讓大學生根據自己的實訓進度安排實訓內容，大大提高了學生實訓的自主性，增強了靈活性，提高了實訓質量。

3.5 提高殘疾大學生的實訓安全性，降低了實訓的操作難度

《計算機組裝與維修》課程的實訓難度對殘疾大學生來說相對較大，部分肢體障礙的大學生在實訓過程中操作困難，一定程度上受身體的原因所產生的危險系數也非常高，殘疾學生在實訓過程中存在受傷的可能性。利用VR技術，學生在VR虛擬環境中經過反復訓練，可在一定程度上降低對實物操作的危險性，而且在實訓開始前，教師可以利用VR技術對學生開展實訓操作的安全教育工作，在VR虛擬軟件中，讓學生沉浸式交互式的體驗實訓過程中由于錯誤操作而產生的后果，從而提高實際實訓過程中的安全性。

4 VR技術在殘疾大學生實訓課程中的應用及策略

（1）學校搭建VR虛擬現實教育平臺，目前可采用IdeaVR，IdeaVR是曼恒數字自主研發的一款支持異地多人協同的VR教育平臺，其強大的內置分布式多人協同系統能夠構建多人的協同工作環境，可以將使用者置于同一個真實的場景中。還有微視酷推出的VR課堂教學系統，目前在很多學校應用，這套系統由教師操作一臺平板電腦主控端、學生佩戴VR眼鏡及IES教育軟件系統組成。教師能夠根據實訓進度進行操作，并且可以實時控制學生VR眼鏡中的實訓內容。

（2）自主研發或采購基于Unity 3D的引擎平臺，全3D的虛擬配置及運動仿真系統實驗平臺，來促進不同專業實訓課程等。同時，學校可根據實際情況采購頭戴式虛擬現實產品、桌面式VR與增強現實設備，比如微軟公司的HoloLens、Meta 2，我國云尚互動公司引入的zSpace Z300等。此外，手持式VR設備非常實用，特別適合為殘疾大學生提供安全教育、休閑娛樂等功能。

（3）目前，VR技術還未完全進入特殊教育高等學校，VR技術與特殊教育高等學校的很多課程還沒有很好的融合，很多教師對VR技術不了解，這就需要學校對參與實訓課程的教師進行VR系統的培訓，使之能夠快速掌握操作環境和步驟，鼓勵教師積極的在教學及實訓課程中應用VR技術繼而去開發VR教學實訓資源。

（4）在《計算機組裝與維修》實訓課程中，借助VR設備和VR軟件，學生通過VR手柄就可以在虛擬環境中學習計算機的工作原理、內部結構，以及實現與現實環境中相同的操作體驗，尤其對于殘疾大學生來說，即提高了他們學習的積極性和興趣，又解決了現實環境中無法實際操作某些實訓項目的困難。學生在這種沉浸式、交互式的VR虛擬實訓環境中，在良好的視覺、聽覺的交互操作體驗下，顯著提高了這門實訓課的實訓效果。

（5）在醫學實訓課中，在人體骨骼識別、穴位識別、醫學解剖、手術等相關領域，均可借助VR技術，在虛擬世界中，虛擬識別骨骼、虛擬識別穴位、虛擬解剖、虛擬手術，在相同的場景，相同的虛擬的環境中可以重復無數次操作，而且學生可以根據自己的實訓進度和掌握的程度自行操作，其沉浸式、交互式的視覺、聽覺、觸覺體驗與實際操作的效果一樣，這樣就為特殊教育高等學校節約購置大量實驗材料的成本，同時也極大的提高了實訓質量。

5 結束語

大數據、人工智能、VR教育被稱為影響未來的三大科技創新方向。隨著科學技術的不斷發展，在大數據、云計算、人工智能、物聯網迅速發展的時代背景下，VR技術與物聯網、大數據、人工智能相融合，一定會讓VR技術在教育領域大有作為。未來，VR技術的應用會逐漸走進高等學校的大門，應用在各個專業的各門課程，學生無論在課堂學習還是實訓課程都會在沉浸性、交互性、構想性的虛擬世界中體驗實時交互的快樂，極大的促進學生的學習積極性及學習興趣，教師的教學模式也將發生顛覆性改變，從而進一步促進個性化的、自主化、體驗化的教學組織方式，更加因材施教。在VR虛擬環境中，個性化的為每一個學生創設教學資源。讓枯燥的文字、圖片變得簡單化、立體化，進而增加學生學習的趣味性和真實感，從而極大的促進專業的發展、教師的發展及學生的發展。