虛擬現實技術(VR)在職業學校教育教學中滲透

李萌 蔣莉

摘要：由于科學技術水平的發展，虛擬現實技術在科技、教育、信息、游戲等領域發展迅速。虛擬技術與教育的結合，將會使教育形式發生巨大變化。該文針對職業學校虛擬現實現狀及需求分析，利用3dmax、u3d及“創想世界”軟件初步實現了VR在虛擬校園、虛擬實驗室、虛擬思政課堂等方面的滲透。

關鍵詞：虛擬現實;職業教育;開發;滲透

中圖分類號：G434? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）14-0162-02

1 背景

虛擬現實（VR）是一種新的計算機技術，它是利用計算機模擬生成構建模擬三維空間，讓大家模擬體驗，沉浸其中，仿佛身臨其境[1]。它是在計算機生成的虛擬環境中利用人們自然感知以及人為控制實現人和計算機互動的技術。

由于科學技術水平的發展，這一技術也取得了很大發展并迅速在軍事、教育、傳媒、娛樂、醫療等各個領域得到了飛速發展運用[2]。佩戴VR眼鏡、運用控制柄等專業操控設備，就可以在虛擬的仿真空間里根據需要進行尋找、選擇、移動等操作，實現虛擬與現實高度融合。這就是一種嶄新的高科技，而且這項技術正在悄悄得改變著我們的學習和娛樂方式。

VR與教育活動的結合，將會在徹底改變傳統教育教學模式的過程中發揮巨大作用。VR技術所創建的虛擬學習環境，給人們提供了一個可以自主學習，自由探究的寬松環境，激發著人們學習的潛能和求知的沖動。雖然VR技術并不可能徹底代替傳統教學形式，但它以后的趨勢是明顯的，潛能是巨大的。伴隨VR技術不斷成熟，它將對教育領域產生廣闊而深遠的影響。

2 VR虛擬現實在教育教學的優勢

VR虛擬現實在教育教學的優勢體現于以下方面。

1）豐富資源激發自主學習

當這種嶄新的形式出現以后，豐富的虛擬資源大量出現，人們就會出于好奇主動去探究各種資源了，自然而然人們的學習主動性和積極性得到了激發。VR將傳統的被動學習模式變為主動型的學習體驗，學習的效果也是可以想象的。

2）浸入式體驗提升教學效率

虛擬現實技術的是教學形式的升級和內容的擴展。VR讓人們實現在教學中就可以浸入在宇宙中、歷史長河里、波濤大海上，根據需要選擇與歷史對話，與未來交流。這種全新的模式改變了人們常規的學習模式，激發了人們的強烈的知識渴求，培養了人們的想象力和創造力。同時，VR技術通過模擬建立的虛擬環境，讓人們在虛擬的環境進行模擬操作，也正好解決了很多在實際操作中不容易實現的內容以及一些在實際操作中有著高危險性或高成本的操作。

3）資源共享節約教學成本

VR模式可以在初次開發以后通過引入和重復調用實現虛擬資源的共享，VR還可以將傳統式課堂教學中高昂的設備成本以及巨大的資源損耗降至最少，使教學環境資源成本費降低，讓人們在VR中完成全部的學習實踐同時極大降低教學各種常規成本[3]。

3 推動VR技術在教育教學中的應用

最近，VR這一新生事物已被納入教育重點發展規劃之中。在2019年，教育部發布《2019年教育信息化和網絡安全工作要點》一文以及2020年教育部發布《關于開展“網上重走長征路”暨推動“四史”學習教育的工作方案》的通知中強調指出要大力發展VR技術在教育教學中的應用研究工作，推動大數據、VR、AR等新技術在教育教學中的深入應用[4]。

與此同時，各地主管部門也在教育領域積極推動VR技術。據最新相關報道，北航、清華、復旦等高校已建成了多個相關VR實驗室。清華大學已將虛擬現實相關課程納入到了計算機必修課程之中，同時利用VR技術實現了汽車發動機檢測VR實訓室。北師大計算機中心還用 VR技術為保護歷史古跡開發了“北京胡同”VR體驗系統、“秦兵俑”觀摩系統等。上海交大、復旦大學等頂尖高校也有許多VR虛擬系統在開發建設當中。

隨著我們國家對教育的重視和資金投入的加大，目前各類院校的信息化水平得到極大提升[5]。VR技術雖然在國內很多高校中得到了越來越多的開發和應用，但針對普通學校特別是職業學校的應用現實相距甚遠，相關配套的和學校教學密切結合的VR項目應用基本為零。

職業學校的專業門類眾多，需求多樣，VR的浸入性和交互性特點對于學生實際技能的訓練提高是非常有效的。然而調查結果顯示，這些運用基本沒有。所以，VR技術在職業類學校教學中的應用顯得尤為急切緊迫。

虛擬現實技術在教育教學開發實現所要儲備的條件包括以下方面：

1）設備端。包括顯示技術、定位技術、識別技術三個方面。

顯示技術，目前有三種類型的VR顯示設備：外置頭顯，一體機，手機套。其中VR眼鏡要用到計算機系統;定位技術，包括外置激光定位、外置視覺定位、內置視覺定位。VR中圖像的生成依賴于定位實現，這涉及頭部定位和手柄定位兩個方面技術;識別技術，系統需要精準地識別操控者的各種動作、狀態，包括手勢、姿態、表情等。

2）應用端。包括內容開發、視頻制作、網絡技術。

內容開發，VR教學開發類似游戲開發，大都是使用 U3D、Ue4引擎，3dmax、maya 等三維制作軟件;視頻制作，VR視頻的制作實現有很多可選設備，較多較方便的方式可以用照相機、攝像機、拍攝架實現360全景攝像。還有就是為解決帶寬不夠以及芯片解碼限制需要了解視頻分片編解碼技術以及多攝像頭、多個角度拍攝同一個場景，最終合成3D視頻場景的容積攝影技術;網絡技術，云VR是虛擬現實以后的發展趨勢，因此云端服務器的支持就是必不可缺的一環，這樣云端內容編碼以及云端高效傳輸問題也需要解決。此外未來的虛擬社交將會對網絡傳輸有更高的要求，如何實現網絡多人同步服務，還需要在數據同步方面做更多研究[6]。

4 VR技術在職業學校教育教學中的滲透

通過對職業學校虛擬現實現狀及需求分析，結合學校普遍實際環境和軟硬件條件，我們利用3dmax建模軟件、u3d引擎軟件及“創想世界”引擎軟件初步實現了VR技術開發在職業學校教育教學中以下幾個方面的滲透。

1）虛擬校園漫游。

虛擬校園漫游就是運用三維動畫、三維建模、腳本交互技術，將校園地理位置信息、空間信息、功能信息等結合起來組成一個虛擬的校園環境[7]。用戶可以在其中進行模擬體驗，還可以利用互聯網進行異地遠程訪問系統，并可在虛擬的校園場景中進行自由游覽訪問，從而在遙遠的網絡那頭就可以身臨其境的了解學校的位置、環境、設施等相關信息。VR校園漫游系統對于以后數字校園的建設與研究意義重大[8]。首先，建立的校園VR體驗系統既可以搭建起良好學校設施環境，宣傳校園文化，提高學校的知名度。其次，每年新生在報道前通過對VR校園宿舍、教學樓、食堂等環境的游覽可以提前了解校園的功能、布局等相關信息，促進學生更快適應未來學校學習生活。最后，虛擬校園還可以為校園規劃升級提供重要輔助。如在翻建校園設施、道路或校園改擴建時，我們可以先在虛擬環境中進行評估測試，為校園規劃和設計提供幫助，提高了學校規劃的科學有效性，更好加快校園建設。

2）虛擬實驗室。

虛擬仿真實驗室是利用虛擬技術講教學、實訓、科研、教學內容整合到一起的一項技術。它以計算機圖形學為基礎，結合投影技術、同步技術、聲音技術等融合起來，創造實現了一個完全沉浸式的虛擬學習環境[9]。在虛擬實驗室中，學生既可以在虛擬實驗平臺按課前設計好的步驟進行操作，也根據自己實際需求自主設計實驗內容，拓展教學內容，這樣學習者不但實操能力得到了訓練提高，設計能力、創新能力也有很好的培養。利用虛擬實驗室還可以實現一些高危險或者不易實現的操作，為此我們設計了職業學校中機修專業發動機故障維修實驗、電子專業中高壓電接入實驗、工程裝修專業裝修材質更替實驗等VR課件。這樣不僅減少了實訓耗材費用的支出，而且也降低了實訓中發生危險的可能性[10]。

虛擬實驗室的開發分為以下三個過程，建立實驗模型、操作交互設計、軟件網絡發布三個階段。

① 建立實驗模型。在建立數字模型比例協調和視覺真實性的前提下盡量面少，刪掉多余模型元素，合并同類模型，優化模型，可以很好提高反應速度。模型建好后，要進行不同材質賦予和燈光系統布設。最后烘焙模型，利用插件導出場景[11]。

② 操作交互設計。交互設計包括基本對象位移、旋轉、縮放等交互設置。還包括場景觸發、場景切換、事件觸發等復雜交互設置。

③ 網絡發布。完成操作設置后，需要將程序對象導出，需要網絡運行的要發布到服務器端。學生可通過網絡或本地機隨時隨地使用[12]。

虛擬實驗室研究具有很多傳統實驗室所不具有的特點，作為教育新技術的建設者，我們該大膽的嘗試將虛擬信息技術運用到實驗室進行開發中，將VR實驗室在教學和科研中的作用發揮出來。

3）虛擬現實思政教育。

培養學生健康向上的政治觀念，形成真確的政治意識是學校思政教育的核心目的，。思政教育的發展必須與社會發展同步進行。通過VR思政課堂，VR情景讓學生置身于黨的基本路線和方針之中，真實體驗著黨的光輝歷史。VR思政教育通過視覺、聽覺、觸覺等多種體驗激發著學生的學習情緒和學習興趣。運用VR技術這一現代化技術手段，將思政教育內容融于VR場景之中，很好地提高了教育效果[13]。隨著VR在思政教學中應用，學生的世界觀、人生觀、價值觀在創新的思政教育模式下得以更好實現。在這樣指導思想下，我們結合國家“愛國教育”和“一帶一路”等思政體裁，設計開發了如鄭和下西洋、博物館游覽等虛擬現實教學課件。

通過虛擬現實技術在以上幾個方面教育教學方面的滲透嘗試取得了良好的教育教學效果，以后我們將根據教學實際需要開發更多的VR作品并進行推廣，為職業學校的教育教學發展提供更好服務。

參考文獻：

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[13] 胡小強.虛擬現實技術基礎與應用[M].北京：北京郵電大學出版社，2009.

【通聯編輯：謝媛媛】