虛擬現(xiàn)實(shí)認(rèn)知驅(qū)動(dòng)下的實(shí)踐類課程設(shè)計(jì)

牛耕

摘要： 為了解決各學(xué)校中學(xué)生因教學(xué)設(shè)施不足而難以進(jìn)行實(shí)踐類課程的現(xiàn)狀，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用在實(shí)踐教學(xué)領(lǐng)域，因此對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)認(rèn)知驅(qū)動(dòng)下的實(shí)踐類課程設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。首先通過(guò)分析虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)得到虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用在實(shí)踐課教學(xué)中的優(yōu)點(diǎn)，得到虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用在實(shí)踐課教學(xué)中的必要性。然后設(shè)計(jì)虛擬現(xiàn)實(shí)認(rèn)知驅(qū)動(dòng)下的實(shí)踐類課程教學(xué)方案，分別從教學(xué)總體計(jì)劃和教學(xué)實(shí)踐過(guò)程兩方面來(lái)設(shè)計(jì)。最后通過(guò)設(shè)計(jì)應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的實(shí)踐課程設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的實(shí)踐課程設(shè)計(jì)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的虛擬現(xiàn)實(shí)認(rèn)知驅(qū)動(dòng)下的實(shí)踐類課程所得到的效果優(yōu)于傳統(tǒng)實(shí)踐課程方法。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí);認(rèn)知驅(qū)動(dòng);實(shí)踐類課程;課程設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G642? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）13-0136-02

實(shí)踐類課程在大部分專業(yè)中都是很重要的一個(gè)課程內(nèi)容，在一些如偏向技術(shù)的專業(yè)中甚至超過(guò)了理論課程的地位。且現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展需求更偏向于實(shí)踐類人才，這致使很多學(xué)校開(kāi)始重視實(shí)踐課程。但是由于教學(xué)設(shè)施的不足、學(xué)校擴(kuò)招嚴(yán)重等方面的原因，大部分的實(shí)踐類課程都無(wú)法有效地實(shí)現(xiàn)，這使得很多學(xué)生無(wú)法在學(xué)校中培養(yǎng)動(dòng)手操作的能力，更無(wú)法在已有技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新，這樣實(shí)踐課程難以實(shí)施的教學(xué)現(xiàn)狀嚴(yán)重地制約了我國(guó)高校學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。但是在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)逐漸開(kāi)始應(yīng)用于實(shí)際的現(xiàn)在，人們找到了能夠培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手操作能力的新方法[1]。在虛擬現(xiàn)實(shí)空間中練習(xí)操作技能，能夠有效地解決大多數(shù)高校實(shí)踐設(shè)施不完整的狀況，既能夠給學(xué)生帶來(lái)實(shí)踐機(jī)會(huì)，也能規(guī)避實(shí)踐教學(xué)中的意外事故。而且，比起真正的動(dòng)手操作，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠增加學(xué)生的操作機(jī)會(huì)，使學(xué)生在反復(fù)的操作中磨練技術(shù)，培養(yǎng)實(shí)踐練習(xí)的興趣和成就感。因此本文就虛擬現(xiàn)實(shí)認(rèn)知驅(qū)動(dòng)下的實(shí)踐類課程設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。首先簡(jiǎn)要概述虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的三個(gè)特點(diǎn)，并根據(jù)這些特點(diǎn)得出虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用在實(shí)踐教學(xué)中優(yōu)點(diǎn)和便捷之處。然后根據(jù)教學(xué)總體設(shè)計(jì)和教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)得到虛擬現(xiàn)實(shí)認(rèn)知驅(qū)動(dòng)下的實(shí)踐類課程教學(xué)設(shè)計(jì)方案，并給出具體的基于虛擬現(xiàn)實(shí)認(rèn)知的實(shí)踐類課程教學(xué)計(jì)劃和實(shí)踐課程教學(xué)步驟。最后設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的實(shí)踐課程是否比傳統(tǒng)的實(shí)踐課程更具備優(yōu)越性。

1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用在實(shí)踐課教學(xué)中的必要性

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)又被稱為VR技術(shù)，是一種依托于計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的能夠模擬視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)的虛擬環(huán)境設(shè)計(jì)，使人們能夠在通過(guò)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的虛擬環(huán)境中產(chǎn)生一種身臨其境的感受，這種感受又被稱為虛擬現(xiàn)實(shí)認(rèn)知。虛擬現(xiàn)實(shí)認(rèn)知通常具備三個(gè)特征：沉浸性、交互性和構(gòu)造性。其中，沉浸性是指這種虛擬顯示技術(shù)能夠構(gòu)造出逼真的環(huán)境，使人們完全沉浸在虛擬環(huán)境中。交互性指用戶能夠以自身的想法與虛擬環(huán)境下的模擬景象進(jìn)行互動(dòng)，并得到真實(shí)的反饋[2]。構(gòu)造性指這種逼真的景象與互動(dòng)完全是憑借計(jì)算機(jī)憑空構(gòu)造出來(lái)的，而不是真正的景象，因此虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)完全可以構(gòu)造出現(xiàn)實(shí)中不存在的場(chǎng)景或人物，只需要發(fā)揮想象力，而不必遵循真實(shí)性。現(xiàn)實(shí)的各高校中因?qū)嶒?yàn)場(chǎng)地、實(shí)驗(yàn)器具、實(shí)驗(yàn)材料等方面的原因，很難進(jìn)行完整的實(shí)踐課教學(xué)，而如果將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用在教學(xué)領(lǐng)域，就可以使學(xué)生在虛擬現(xiàn)實(shí)空間中完成動(dòng)手操作的實(shí)踐課程，解決傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)程中實(shí)際操作機(jī)會(huì)不多的情況，為實(shí)踐類課程提供了一個(gè)科學(xué)的解決方法。而且很多專業(yè)的實(shí)踐課程需要很長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)驗(yàn)證實(shí)踐結(jié)果，而現(xiàn)實(shí)中無(wú)法等待的時(shí)間可以通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的計(jì)算來(lái)得到[3]。有些實(shí)踐課如化學(xué)實(shí)驗(yàn)具備一定的危險(xiǎn)性，而通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行實(shí)踐課可以有效地規(guī)避這些危險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)更加安全可靠的實(shí)踐教學(xué)，避免對(duì)人體或儀器造成損傷。實(shí)踐課結(jié)束之后，任課老師可以直接將虛擬現(xiàn)實(shí)儀器中保存的實(shí)踐結(jié)果導(dǎo)入自己的辦公電腦，直接在計(jì)算機(jī)上批改時(shí)間刻度作業(yè)成果，并給出相應(yīng)的評(píng)價(jià)和建議。因此可以得知，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用在實(shí)踐課教學(xué)中是十分必要的。

2虛擬現(xiàn)實(shí)認(rèn)知驅(qū)動(dòng)下的實(shí)踐類課程教學(xué)設(shè)計(jì)方案

2.1虛擬現(xiàn)實(shí)總體教學(xué)計(jì)劃設(shè)計(jì)

在進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)認(rèn)知驅(qū)動(dòng)下實(shí)踐類課程教學(xué)的過(guò)程中，既需要掌握和鞏固相關(guān)的理論知識(shí)，也需要通過(guò)實(shí)際操作來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力。因此，在進(jìn)行基于虛擬現(xiàn)實(shí)認(rèn)知驅(qū)動(dòng)下的實(shí)踐類課程教學(xué)時(shí)，需要從理論和實(shí)踐兩方面設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)過(guò)程。虛擬現(xiàn)實(shí)認(rèn)知驅(qū)動(dòng)下實(shí)踐類課程教學(xué)的教學(xué)地點(diǎn)多選擇在多媒體機(jī)房，實(shí)踐時(shí)間各專業(yè)各科目都不相同，通常為2-20個(gè)課時(shí)。教師需要在進(jìn)入實(shí)訓(xùn)機(jī)房的前一節(jié)課對(duì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐課程中的理論培訓(xùn)，并布置實(shí)踐目標(biāo)和實(shí)踐任務(wù)。在實(shí)踐過(guò)程中，教師不能離開(kāi)，需要全程在一旁監(jiān)督和指導(dǎo)，直至所有學(xué)生完成實(shí)踐作業(yè)。課程結(jié)束后，教師需要將虛擬現(xiàn)實(shí)空間中保存的實(shí)踐作業(yè)導(dǎo)出，在計(jì)算機(jī)上給學(xué)生評(píng)分并給出相應(yīng)的評(píng)價(jià)和指導(dǎo)。具體的教學(xué)計(jì)劃如表1所示。

如表1所示，基于虛擬現(xiàn)實(shí)認(rèn)知的實(shí)踐類課程教學(xué)主要分為三個(gè)階段，分別是理論課程、虛擬儀器使用操作課程以及實(shí)踐課程，這三個(gè)階段有不同的教學(xué)計(jì)劃和教學(xué)目標(biāo)，教師需要根據(jù)不同的教學(xué)目標(biāo)引導(dǎo)學(xué)生掌握教學(xué)過(guò)程中的重難點(diǎn)，并最大限度地完成教學(xué)計(jì)劃。

2.2虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)踐教學(xué)步驟設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的教學(xué)實(shí)踐過(guò)程只包括使用虛擬現(xiàn)實(shí)儀器時(shí)的實(shí)踐過(guò)程，具體的教學(xué)步驟如下表所示。

如表2所示，學(xué)生在進(jìn)入虛擬現(xiàn)實(shí)機(jī)房后需要首先熟悉其并聽(tīng)從教師的指導(dǎo)分派教學(xué)任務(wù)。在虛擬實(shí)踐時(shí)，教師需一直在一旁指導(dǎo)和觀察，并在首次實(shí)踐結(jié)束之后給出評(píng)價(jià)和總結(jié)[4]。因虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)施的特性，該實(shí)踐無(wú)須擔(dān)憂實(shí)驗(yàn)器材，因此可以反復(fù)操作，直到操作方法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。每一次的實(shí)踐操作之后，學(xué)生都需要在評(píng)價(jià)表上進(jìn)行自評(píng)，多次操作后觀察評(píng)價(jià)表，判斷是否有進(jìn)步。

3實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

有一些學(xué)者認(rèn)為使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行的實(shí)踐課程效果不如真實(shí)的實(shí)踐課程，因此為了能夠準(zhǔn)確地對(duì)比使用兩種方式的實(shí)踐課程教學(xué)成果，分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并通過(guò)實(shí)踐課成績(jī)的比較得到結(jié)論。

3.1實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作

首先在某高校中選取一個(gè)需要進(jìn)行實(shí)踐課程的班級(jí)，將這個(gè)班級(jí)隨機(jī)平均分為兩部分，其中實(shí)驗(yàn)組使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行教學(xué)，而對(duì)照組使用傳統(tǒng)的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組分別使用各自的實(shí)驗(yàn)道具進(jìn)行一次實(shí)驗(yàn)操作，然后進(jìn)行實(shí)踐課操作成績(jī)的考核。之后實(shí)驗(yàn)組按照自己的步驟完成整節(jié)課，再單獨(dú)進(jìn)行一次課后考核。對(duì)比兩次考核中實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的成績(jī)。學(xué)生的實(shí)踐課成績(jī)由三位具備評(píng)分能力的教師共同判斷，滿分為100分，取三位教師的平均分?jǐn)?shù)作為該學(xué)生的最終成績(jī)。為了保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，在做完一組實(shí)驗(yàn)后，另外選擇其他四個(gè)同樣需要實(shí)踐教學(xué)的班級(jí)，以同樣的步驟分別依次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以實(shí)驗(yàn)時(shí)間段前后順序，將這五個(gè)班級(jí)分別標(biāo)號(hào)為A班、B班、C班、D班、E班。

3.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將三個(gè)班級(jí)各學(xué)生的成績(jī)進(jìn)行匯總計(jì)算，得到的各組學(xué)生的平均成績(jī)?nèi)绫?所示。

如表3所示，在各組學(xué)生的平均成績(jī)中，一次實(shí)驗(yàn)操作結(jié)束后，實(shí)驗(yàn)組的平均成績(jī)普遍低于對(duì)照組。這表示在相同條件下，單一的一次實(shí)踐操作，使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)的成果確實(shí)低于傳統(tǒng)實(shí)踐課程的教學(xué)成果。但是在使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的實(shí)踐課課堂上，會(huì)進(jìn)行多次反復(fù)操作，而傳統(tǒng)的實(shí)踐課課堂無(wú)法擁有這樣的條件，這導(dǎo)致整堂課結(jié)束后，使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)的成果普遍高于傳統(tǒng)實(shí)踐課程的教學(xué)成果。因此可以得知，使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)效果較傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)效果更好，具備一定的實(shí)際價(jià)值。

4結(jié)束語(yǔ)

近幾年虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)被廣泛應(yīng)用后，開(kāi)始進(jìn)入實(shí)踐教學(xué)領(lǐng)域，但是很多人都對(duì)使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)的成果感 到擔(dān)憂。因此本文對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，引出了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用在實(shí)踐教學(xué)中的重要性。在此基礎(chǔ)上對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)認(rèn)知驅(qū)動(dòng)下的實(shí)踐類課程教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)了虛擬技術(shù)實(shí)踐教學(xué)與傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，得到了本文方法更具備使用價(jià)值的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王影，楊先彬.基于VR技術(shù)的建筑受限空間起重機(jī)械布局控制方法研究[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2020（8）：171-174.

[2] 戴昊，陳鯤，邵心元，等.基于VR技術(shù)的高壓變電站設(shè)備發(fā)熱性缺陷智能模擬分析[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2020（6）：188-191.

[3] 李文文，劉書(shū)朋，王中陽(yáng).壓縮感知實(shí)現(xiàn)快速超分辨熒光顯微成像[J].激光技術(shù)，2020，44（2）：196-201.

[4] 位文廣，韓俊鶴，付玉洲.一種兩步相移數(shù)字全息的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證[J].激光技術(shù)，2020，44（1）：86-90.

【通聯(lián)編輯：光文玲】