虛擬現實認知驅動下的實踐類課程設計

牛耕

摘要： 為了解決各學校中學生因教學設施不足而難以進行實踐類課程的現狀，將虛擬現實技術應用在實踐教學領域，因此對虛擬現實認知驅動下的實踐類課程設計進行研究。首先通過分析虛擬現實技術的特點得到虛擬現實技術應用在實踐課教學中的優點，得到虛擬現實技術應用在實踐課教學中的必要性。然后設計虛擬現實認知驅動下的實踐類課程教學方案，分別從教學總體計劃和教學實踐過程兩方面來設計。最后通過設計應用虛擬現實技術的實踐課程設計與傳統的實踐課程設計的對比實驗，驗證本文設計的虛擬現實認知驅動下的實踐類課程所得到的效果優于傳統實踐課程方法。

關鍵詞：虛擬現實;認知驅動;實踐類課程;課程設計

中圖分類號：G642? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）13-0136-02

實踐類課程在大部分專業中都是很重要的一個課程內容，在一些如偏向技術的專業中甚至超過了理論課程的地位。且現代社會的發展需求更偏向于實踐類人才，這致使很多學校開始重視實踐課程。但是由于教學設施的不足、學校擴招嚴重等方面的原因，大部分的實踐類課程都無法有效地實現，這使得很多學生無法在學校中培養動手操作的能力，更無法在已有技術的基礎上進行創新，這樣實踐課程難以實施的教學現狀嚴重地制約了我國高校學生實踐創新能力的培養。但是在虛擬現實技術逐漸開始應用于實際的現在，人們找到了能夠培養學生動手操作能力的新方法[1]。在虛擬現實空間中練習操作技能，能夠有效地解決大多數高校實踐設施不完整的狀況，既能夠給學生帶來實踐機會，也能規避實踐教學中的意外事故。而且，比起真正的動手操作，虛擬現實技術能夠增加學生的操作機會，使學生在反復的操作中磨練技術，培養實踐練習的興趣和成就感。因此本文就虛擬現實認知驅動下的實踐類課程設計進行研究。首先簡要概述虛擬現實技術的三個特點，并根據這些特點得出虛擬現實技術應用在實踐教學中優點和便捷之處。然后根據教學總體設計和教學過程設計得到虛擬現實認知驅動下的實踐類課程教學設計方案，并給出具體的基于虛擬現實認知的實踐類課程教學計劃和實踐課程教學步驟。最后設計對比實驗，驗證本文設計的基于虛擬現實技術的實踐課程是否比傳統的實踐課程更具備優越性。

1虛擬現實技術應用在實踐課教學中的必要性

虛擬現實技術又被稱為VR技術，是一種依托于計算機技術實現的能夠模擬視覺、聽覺、觸覺的虛擬環境設計，使人們能夠在通過計算機設計的虛擬環境中產生一種身臨其境的感受，這種感受又被稱為虛擬現實認知。虛擬現實認知通常具備三個特征：沉浸性、交互性和構造性。其中，沉浸性是指這種虛擬顯示技術能夠構造出逼真的環境，使人們完全沉浸在虛擬環境中。交互性指用戶能夠以自身的想法與虛擬環境下的模擬景象進行互動，并得到真實的反饋[2]。構造性指這種逼真的景象與互動完全是憑借計算機憑空構造出來的，而不是真正的景象，因此虛擬現實技術完全可以構造出現實中不存在的場景或人物，只需要發揮想象力，而不必遵循真實性。現實的各高校中因實驗場地、實驗器具、實驗材料等方面的原因，很難進行完整的實踐課教學，而如果將虛擬現實技術應用在教學領域，就可以使學生在虛擬現實空間中完成動手操作的實踐課程，解決傳統教學過程中實際操作機會不多的情況，為實踐類課程提供了一個科學的解決方法。而且很多專業的實踐課程需要很長的時間來驗證實踐結果，而現實中無法等待的時間可以通過計算機系統數據的計算來得到[3]。有些實踐課如化學實驗具備一定的危險性，而通過虛擬現實技術進行實踐課可以有效地規避這些危險，實現更加安全可靠的實踐教學，避免對人體或儀器造成損傷。實踐課結束之后，任課老師可以直接將虛擬現實儀器中保存的實踐結果導入自己的辦公電腦，直接在計算機上批改時間刻度作業成果，并給出相應的評價和建議。因此可以得知，將虛擬現實技術應用在實踐課教學中是十分必要的。

2虛擬現實認知驅動下的實踐類課程教學設計方案

2.1虛擬現實總體教學計劃設計

在進行虛擬現實認知驅動下實踐類課程教學的過程中，既需要掌握和鞏固相關的理論知識，也需要通過實際操作來培養學生的實際動手能力。因此，在進行基于虛擬現實認知驅動下的實踐類課程教學時，需要從理論和實踐兩方面設計教學目標、教學內容、教學方法和教學過程。虛擬現實認知驅動下實踐類課程教學的教學地點多選擇在多媒體機房，實踐時間各專業各科目都不相同，通常為2-20個課時。教師需要在進入實訓機房的前一節課對學生進行實踐課程中的理論培訓，并布置實踐目標和實踐任務。在實踐過程中，教師不能離開，需要全程在一旁監督和指導，直至所有學生完成實踐作業。課程結束后，教師需要將虛擬現實空間中保存的實踐作業導出，在計算機上給學生評分并給出相應的評價和指導。具體的教學計劃如表1所示。

如表1所示，基于虛擬現實認知的實踐類課程教學主要分為三個階段，分別是理論課程、虛擬儀器使用操作課程以及實踐課程，這三個階段有不同的教學計劃和教學目標，教師需要根據不同的教學目標引導學生掌握教學過程中的重難點，并最大限度地完成教學計劃。

2.2虛擬現實實踐教學步驟設計

本文設計的教學實踐過程只包括使用虛擬現實儀器時的實踐過程，具體的教學步驟如下表所示。

如表2所示，學生在進入虛擬現實機房后需要首先熟悉其并聽從教師的指導分派教學任務。在虛擬實踐時，教師需一直在一旁指導和觀察，并在首次實踐結束之后給出評價和總結[4]。因虛擬現實設施的特性，該實踐無須擔憂實驗器材，因此可以反復操作，直到操作方法達到標準。每一次的實踐操作之后，學生都需要在評價表上進行自評，多次操作后觀察評價表，判斷是否有進步。

3實驗設計

有一些學者認為使用虛擬現實技術進行的實踐課程效果不如真實的實踐課程，因此為了能夠準確地對比使用兩種方式的實踐課程教學成果，分別進行實驗，并通過實踐課成績的比較得到結論。

3.1實驗準備工作

首先在某高校中選取一個需要進行實踐課程的班級，將這個班級隨機平均分為兩部分，其中實驗組使用虛擬現實技術進行教學，而對照組使用傳統的方法進行實驗教學。在實驗過程中，實驗組和對照組分別使用各自的實驗道具進行一次實驗操作，然后進行實踐課操作成績的考核。之后實驗組按照自己的步驟完成整節課，再單獨進行一次課后考核。對比兩次考核中實驗組和對照組的成績。學生的實踐課成績由三位具備評分能力的教師共同判斷，滿分為100分，取三位教師的平均分數作為該學生的最終成績。為了保證實驗結果的準確性，在做完一組實驗后，另外選擇其他四個同樣需要實踐教學的班級，以同樣的步驟分別依次進行實驗，以實驗時間段前后順序，將這五個班級分別標號為A班、B班、C班、D班、E班。

3.2實驗結果分析

實驗結束后，將三個班級各學生的成績進行匯總計算，得到的各組學生的平均成績如表3所示。

如表3所示，在各組學生的平均成績中，一次實驗操作結束后，實驗組的平均成績普遍低于對照組。這表示在相同條件下，單一的一次實踐操作，使用虛擬現實技術進行實踐教學的成果確實低于傳統實踐課程的教學成果。但是在使用虛擬現實技術的實踐課課堂上，會進行多次反復操作，而傳統的實踐課課堂無法擁有這樣的條件，這導致整堂課結束后，使用虛擬現實技術進行實踐教學的成果普遍高于傳統實踐課程的教學成果。因此可以得知，使用虛擬現實技術進行實踐教學效果較傳統實踐教學效果更好，具備一定的實際價值。

4結束語

近幾年虛擬現實技術被廣泛應用后，開始進入實踐教學領域，但是很多人都對使用虛擬現實技術進行實踐教學的成果感 到擔憂。因此本文對虛擬現實技術進行了簡要分析，引出了虛擬現實技術應用在實踐教學中的重要性。在此基礎上對虛擬現實認知驅動下的實踐類課程教學設計進行研究，設計了虛擬技術實踐教學與傳統實踐教學的對比實驗，得到了本文方法更具備使用價值的實驗結果。

參考文獻：

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

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

[3] 李文文，劉書朋，王中陽.壓縮感知實現快速超分辨熒光顯微成像[J].激光技術，2020，44（2）：196-201.

[4] 位文廣，韓俊鶴，付玉洲.一種兩步相移數字全息的設計與實驗驗證[J].激光技術，2020，44（1）：86-90.

【通聯編輯：光文玲】