新冠疫情下基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺建設(shè)研究

田萌

摘要：實(shí)訓(xùn)教學(xué)是當(dāng)前業(yè)務(wù)技能培訓(xùn)的主要方式，2020年新冠肺炎席卷全球，如何培養(yǎng)高危應(yīng)急業(yè)務(wù)人才是實(shí)訓(xùn)教學(xué)研究的新課題，本文分析了傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)教育存在問題，并結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)特點(diǎn)提出基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺建設(shè)構(gòu)想，并對功能架構(gòu)、技術(shù)架構(gòu)、物理部署及課程組織進(jìn)行了描述。

Abstract： Practical training is the main method of current business skills training. In 2020， COVID-19 sweeps the world. How to train high-risk emergency business personnel is a new topic in practical teaching research. This paper analyzes the problems of traditional practical education and combines the virtual reality technical characteristics to proposes the concept of the construction of a practical training teaching platform based on virtual reality technology， and describes the functional architecture， technical architecture， physical deployment and course organization.

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí);實(shí)訓(xùn)教學(xué);功能架構(gòu);技術(shù)架構(gòu)

Key words： virtual reality;practical teaching;functional architecture;technical architecture

中圖分類號：TP391.9? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）21-0001-04

0? 引言

實(shí)訓(xùn)教學(xué)是當(dāng)前業(yè)務(wù)技能培訓(xùn)的主要方式，它是通過模擬實(shí)際的工作場景和環(huán)境，進(jìn)行實(shí)際的操作演練的教學(xué)活動(dòng)，實(shí)訓(xùn)教學(xué)重點(diǎn)是學(xué)生參與式、體驗(yàn)式的學(xué)習(xí)，是提升學(xué)生在專業(yè)技能、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、工作方法、團(tuán)隊(duì)合作等方面的主要手段。目前，國內(nèi)眾多高職院校、培訓(xùn)機(jī)構(gòu)均建設(shè)了實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)境，各類實(shí)訓(xùn)課程在教學(xué)活動(dòng)的比重逐漸增加。

如今新冠肺炎肆虐全球，世界各國對如此類事件的處置應(yīng)對人才需求劇增，傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)的資源和模式已無法滿足現(xiàn)階段培訓(xùn)需求，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是實(shí)訓(xùn)環(huán)境為實(shí)景搭建，部分案例和高危事件無法進(jìn)行沉浸體驗(yàn)，知識理解難度大;二是受場地和培訓(xùn)時(shí)間限制，學(xué)生無法隨時(shí)隨地進(jìn)行學(xué)習(xí)和教學(xué)資源的獲取;三是實(shí)訓(xùn)基礎(chǔ)環(huán)境設(shè)施維護(hù)和更新需要投入大量的人力物力和財(cái)力;四是教學(xué)管理模式相對落后，數(shù)據(jù)信息采集效果不佳。

中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳印發(fā)的《加快推進(jìn)教育現(xiàn)代化實(shí)施方案（2018-2022年）》中針對實(shí)訓(xùn)教學(xué)方面提到，“著力構(gòu)建基于信息技術(shù)的新型教育教學(xué)模式”、“開展國家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目等建設(shè)”等內(nèi)容。從中我們不難看出，改革現(xiàn)有實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式，構(gòu)建集仿真體驗(yàn)與信息化教學(xué)管理以于一體的實(shí)訓(xùn)平臺在必行。

1? 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)簡介

虛擬現(xiàn)實(shí)（英文名稱：Virtual Reality，縮寫為VR）誕生于20世紀(jì)初，隨著技術(shù)不斷的迭代發(fā)展目前已進(jìn)入理論成熟及廣泛應(yīng)用階段，該階段主要表現(xiàn)為技術(shù)高速發(fā)展，系統(tǒng)非常成熟，在各個(gè)領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用。VR技術(shù)具有沉浸性、交互性、感知性、構(gòu)想性、自主性等特點(diǎn)，能有效的解決傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)存在的問題。

利用VR技術(shù)，學(xué)生可進(jìn)入虛擬化的實(shí)訓(xùn)環(huán)境，將學(xué)習(xí)環(huán)境由物理空間轉(zhuǎn)移至信息化空間中，其構(gòu)想性可根據(jù)培訓(xùn)需求任意構(gòu)建場景，設(shè)計(jì)任意的流程，而培訓(xùn)機(jī)構(gòu)僅需要花費(fèi)維護(hù)服務(wù)器、VR設(shè)備、PC等基礎(chǔ)設(shè)備以及實(shí)訓(xùn)腳本的更新費(fèi)用。同時(shí)，VR技術(shù)還可與教學(xué)管理系統(tǒng)進(jìn)行對接，完成學(xué)生管理、課堂管理以及教學(xué)資源的調(diào)用，實(shí)現(xiàn)整體實(shí)訓(xùn)教學(xué)的信息化管理。

以新冠肺炎檢查處置流程實(shí)訓(xùn)為例，我們可以仿真還原機(jī)場口岸等現(xiàn)實(shí)場景，并對防護(hù)設(shè)備、檢測設(shè)備、人員等進(jìn)行仿真建模，形成虛擬實(shí)訓(xùn)環(huán)境。實(shí)訓(xùn)學(xué)員通過虛擬現(xiàn)實(shí)交互設(shè)備（如VR頭盔、眼鏡等等）進(jìn)入虛擬環(huán)境，在系統(tǒng)的提示下按照流程一步步完成操作學(xué)習(xí)，同時(shí)也可以進(jìn)行操作的演練和考核，在這期間教師可以進(jìn)行課程的管控和數(shù)據(jù)的采集。此外，實(shí)訓(xùn)學(xué)員還可以在不到場的情況下部署相應(yīng)的交互設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)，打破時(shí)空限制隨時(shí)隨地進(jìn)行練習(xí)操作。系統(tǒng)一方面不存在真實(shí)場景的危險(xiǎn)性，另一方面還可以構(gòu)想其他的場景和流程，靈活性高。

2? 平臺設(shè)計(jì)

2.1 功能架構(gòu)

實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺分為教師端功能和學(xué)員端功能。體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.1.1 教師端功能

學(xué)員信息維護(hù)功能：對學(xué)員用戶的登陸賬號、密碼進(jìn)行增加、修改、刪除等操作。

課程設(shè)置功能：設(shè)置學(xué)員端的培訓(xùn)內(nèi)容、培訓(xùn)時(shí)間、培訓(xùn)方式等，包括教學(xué)直播和現(xiàn)場考核倆種方式。教學(xué)直播：可以選擇進(jìn)入系統(tǒng)教學(xué)或教學(xué)模式，通過投屏的方式引導(dǎo)所有學(xué)員開展教學(xué)培訓(xùn)。其中系統(tǒng)教學(xué)主要通過引導(dǎo)教學(xué)的方式，介紹系統(tǒng)的操作和使用方式，包括場景介紹、儀器拿放、按鍵操作等。教學(xué)模式則基于培訓(xùn)腳本，通過文字、語音、動(dòng)畫等形式，介紹輻射探測儀器設(shè)備的使用方法、標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)流程、安全注意事項(xiàng)等，一步一步引導(dǎo)培訓(xùn)學(xué)員進(jìn)行輻射探測，適用于入門和初級探測培訓(xùn)。現(xiàn)場考核：給所有學(xué)員發(fā)送考核任務(wù)，開始考核。

考核評價(jià)功能：對培訓(xùn)學(xué)員進(jìn)行綜合評價(jià)，結(jié)果數(shù)據(jù)歸檔等。

統(tǒng)計(jì)查看功能：對學(xué)員的考核成績進(jìn)行查看、統(tǒng)計(jì)和分析等操作。

2.1.2 學(xué)員端功能

系統(tǒng)登錄功能：系統(tǒng)啟動(dòng)后，須輸入用戶名、密碼進(jìn)行登陸驗(yàn)證，如驗(yàn)證通過則進(jìn)入系統(tǒng)開始培訓(xùn)體驗(yàn)，如驗(yàn)證不通過，則彈出提示對話框“用戶名、密碼錯(cuò)誤，請重新輸入”。

系統(tǒng)教學(xué)功能：通過引導(dǎo)教學(xué)的方式，介紹系統(tǒng)的操作和使用方式，包括場景介紹、儀器拿放、按鍵操作等。

教學(xué)模式功能：基于培訓(xùn)腳本，通過文字、語音、動(dòng)畫等形式，介紹輻射探測儀器設(shè)備的使用方法、標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)流程、安全注意事項(xiàng)等，一步一步引導(dǎo)培訓(xùn)學(xué)員進(jìn)行輻射探測，適用于入門和初級探測培訓(xùn)。

練習(xí)模式功能：在沒有任何引導(dǎo)提示，基于自身知識積累完成所有操作步驟，達(dá)到鞏固和加深的目的，適用于具有一定系統(tǒng)使用經(jīng)驗(yàn)的學(xué)員進(jìn)行自主練習(xí)。該模式?jīng)]有考核壓力也允許用戶有出錯(cuò)的機(jī)會，用戶可選擇“操作提醒”功能，系統(tǒng)將提醒當(dāng)前用戶該執(zhí)行的操作以及注意事項(xiàng);同時(shí)，當(dāng)用戶出現(xiàn)違反安規(guī)的操作，或是不按標(biāo)準(zhǔn)流程操作時(shí)，系統(tǒng)通過文字、語音的形式自動(dòng)告警，糾正用戶的不當(dāng)操作。

考核模式功能：以任務(wù)的形式，用戶需在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成整個(gè)輻射探測作業(yè)過程。考核結(jié)束后，系統(tǒng)會彈出考核結(jié)果，顯示各環(huán)節(jié)的完成情況和不足的地方，適用于系統(tǒng)熟練人員進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)前的模擬考試。考核評價(jià)分為系統(tǒng)客觀評價(jià)和教師主觀評價(jià)兩種：系統(tǒng)客觀評價(jià)綜合考慮完成時(shí)間、準(zhǔn)確率、誤操作次數(shù)等要素進(jìn)行量化打分;教師主觀評價(jià)是考核結(jié)束后，教師可根據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)輸入點(diǎn)評意見。同時(shí)系統(tǒng)須具備對考核評價(jià)結(jié)果的查看、統(tǒng)計(jì)、分析、比對等功能。

2.2 操作模式

學(xué)員對于平臺操作模式包括以下三種：①單人VR互動(dòng)體驗(yàn)：單人戴VR頭盔進(jìn)行沉浸式交互體驗(yàn)，體驗(yàn)內(nèi)容包括標(biāo)準(zhǔn)業(yè)務(wù)流程、設(shè)備說明、交互操作等。②多人（培訓(xùn)內(nèi)容）VR協(xié)同體驗(yàn)：多人同時(shí)帶VR頭盔進(jìn)行沉浸式交互實(shí)訓(xùn)，內(nèi)容包括標(biāo)準(zhǔn)業(yè)務(wù)流程、設(shè)備說明、交互協(xié)同操作等。③多人VR觀摩：多人同時(shí)帶VR頭盔進(jìn)行沉浸式觀摩學(xué)習(xí)，內(nèi)容包括標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)流程、設(shè)備說明和使用等。

3? 平臺設(shè)計(jì)

3.1 技術(shù)架構(gòu)

平臺的技術(shù)架構(gòu)如圖2所示。

①系統(tǒng)平臺層：包括軟件平臺和硬件平臺，主要模塊及功能詳情如表1所示。②技術(shù)框架層：包括消息處理中心、邏輯處理中心和第三方插件等，主要模塊及功能詳情如表2所示。③應(yīng)用功能層：遵循底層技術(shù)框架，基于交互功能和通訊接口標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行系統(tǒng)功能模塊開發(fā)，主要模塊及功能詳情如表3所示。④應(yīng)用交互層：主要是不同權(quán)限用戶的功能和UI開發(fā)。

3.2 培訓(xùn)環(huán)境部署

實(shí)訓(xùn)場地規(guī)劃設(shè)計(jì)示例如圖3所示。

由圖3，輻射探測VR實(shí)訓(xùn)室場地規(guī)劃3個(gè)區(qū)域：1、2區(qū)域?yàn)閂R交互體驗(yàn)區(qū)，3區(qū)域?yàn)閂R觀摩體驗(yàn)區(qū)。1、2區(qū)域既可以作為兩個(gè)獨(dú)立的單人互動(dòng)體驗(yàn)區(qū)，亦可合并作為1個(gè)雙人協(xié)同體驗(yàn)區(qū)域;3區(qū)為教師控制區(qū)域;4區(qū)域?yàn)槎嗳擞^摩體驗(yàn)區(qū)域。詳情如表4所示。

各區(qū)設(shè)備部署包括：

1、2區(qū)：部署VR交互設(shè)備，用于用戶進(jìn)行沉浸式的實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)和操作;前方各安裝顯示屏幕，實(shí)現(xiàn)教師和其他用戶場外觀摩。

3區(qū)：管理控制終端（PC、智能移動(dòng)終端等），實(shí)現(xiàn)教師對課程的把控和管理。

4區(qū)：如VR眼鏡等沉浸式觀摩設(shè)備，實(shí)現(xiàn)多人同時(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)和觀摩，由教師控制觀摩畫面。

4? 結(jié)束語

如今，虛擬現(xiàn)實(shí)+教育的模式已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，在業(yè)務(wù)技能培訓(xùn)方面優(yōu)勢凸顯。未來，虛擬現(xiàn)實(shí)教育將與人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)一步融合，打造智能化的虛擬學(xué)習(xí)空間，打破時(shí)間空間限制，讓學(xué)習(xí)者更加深入、直觀的沉浸于學(xué)習(xí)中，更好的提升學(xué)習(xí)的體驗(yàn)感和獲得感。此外，我們還需要進(jìn)一步開發(fā)虛擬現(xiàn)實(shí)課程，將知識通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)展現(xiàn)，提升虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)訓(xùn)平臺的應(yīng)用效果，成為實(shí)訓(xùn)教學(xué)的主力軍。

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