智慧化虛擬學習空間建設構想

田萌 岳克東

[摘要]? 首先從論述教育培訓發展需求入手，分析國內外虛擬學習空間建設的研究和應用現狀，發現了該領域建設存在的問題，提出了針對性的解決辦法，既建設“智慧化虛擬學習空間”;而后對“智慧化虛擬學習空間”進行了總體設計、技術設計及數據庫設計;最后，對“智慧化虛擬學習空間”的優勢進行了總結，并對未來教育培訓與信息技術結合發展進行了展望。

[關鍵詞]? 虛擬學習空間;智慧化;應用現狀

[中圖分類號]? TP31? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2021）30-0160-02

一、引言

隨著教育培訓理念的更新和發展，學習者對知識獲取的需求逐漸由被動變為主動，課堂教學已無法滿足個性化的學習需求?；谠诰€課程的遠程教學已經成為教學的一種新常態，但由于受空間環境的限制，傳統的基于網頁的遠程教育平臺依靠文字描述和簡單的平面動畫已無法引起學生的學習興趣和積極性;由于時空分離，無法提供身臨其境的學習環境，無法實現教者和學者之間的情感交流，大大降低了學習的主動性;由于無法提供真實的實驗教學環境，缺乏實時的學習情境創設、師生互動、群體社交情境，故難以維持學生的學習興趣，不利于學生對知識的深度理解。而虛擬現實在虛擬學習情境創設、多用戶協同、人機交互等方面具有得天獨厚的優勢，為解決遠程教學空間困境、提升遠程教學效果提供了契機。

二、虛擬學習空間研究和應用現狀分析

近年來，人工智能、大數據及虛擬現實技術快速發展和逐步成熟，在國內外各個領域均有廣泛的應用，尤其在教學領域的優勢尤其明顯，注入信息技術要素的學習空間建設模式層出不窮，儼然成為當前學習空間發展的主要潮流，是教學與信息化深度融合的具體體現。

在國外，如波士頓的Osso VR公司，開發了基于Oculus Rift/Touch和HTC Vive等虛擬現實技術平臺的一系列可以創建虛擬手術室的軟件，在虛擬手術室，醫生可以放心地進行更多更為復雜的手術操作;芝加哥的Level EX公司研發了一款名為Airway EX的虛擬手術系統，該系統結合人體組織動力學、內窺鏡裝置光學和移動流體等逼真的模擬技術，通過逼真的效果提升醫生的手術技巧;Salix Pharmaceuticals公司研發了一個交互式虛擬現實平臺，可以指導醫師確定病患腸道易激綜合癥（IBS）的原因等。

北京大學“晶體形態分析及礦物鑒定虛擬仿真實驗教學”項目，不僅模擬了各種稀有礦物質標本供學生觀察學習、自主鑒定，還實現了晶體結構拆分、晶體形態分析等微觀世界的操作，這種方式架起了地質工程專業實驗微觀和宏觀的橋梁，有效解決了傳統教學的難題;武漢理工大學“顯示設備虛擬設計與驗證系統”實驗項目，實現了顯控臺、艦長桌兩個設備的虛擬設計與驗證，學生基于此系統在三維環境中進行虛擬設計與人機工程驗證實驗，不僅優化了設計方案，學習了結構動力學分析、人機工程評價、散熱性能分析等知識點，更大大減少了物理模型的制作，有效縮減了實驗周期和實驗成本。

由以上案例可知，虛擬學習空間的建設應用已非常成熟和廣泛，尤其是在技能培訓方面的作用非常明顯，但在干部教育培訓教學中應用的實例還不多見。隨著教學工作向縱深發展，單一技術應用對教學服務的輔助不再凸顯，人工智能技術驅動的技術交叉與融合正逐步滲透到教育領域，將對網絡學習空間的數字教育資源、人機交流與對話、管理與決策三個子系統產生影響，這些影響將使學習空間的架構和功能產生變化，使干部教育培訓產生變革，這些是當前亟須解決的重要問題之一。

三、智慧化虛擬學習空間構建設計

為解決上述問題，我們需要進一步實現干部教育培訓工作與技術的深度融合、多種技術的交叉融合，構建智慧化虛擬學習空間。項目建設以需求為導向，以應用為重點，利用虛擬仿真技術，以“理、虛、實”一體化的教學培訓方式，構建學科知識庫、虛擬仿真軟件及智慧化學習管理平臺等，為學習者提供能隨時隨地進行虛擬仿真的學習環境，讓教師在虛擬環境中開展培訓，增強培訓效果。

（一）總體設計

結合業務需求及當前技術發展應用實際進行智慧化虛擬學習空間的總體架構設計，整體架構如圖1所示：

智慧化虛擬學習空間主要包括以下組成部分：

信息展示層：針對知識的展現形式不同，用戶可通過信息屏、全息慕、智能終端、教學大屏、引導屏等提供統一的展示窗口，并支持各類移動智能終端進行訪問。

智慧應用層：智慧應用層主要包括知識智庫、學員畫像、知識獲取、虛擬學習空間、智慧主題教室、統一集成平臺等軟硬件相結合的應用，為學習者提供智慧化的學習服務。

平臺支撐層：為平臺提供各類基礎系統保障，包括統一的應用支撐平臺、數據支撐平臺、大數據分析平臺、數據交換共享平臺以及VR/AR運行支撐引擎等。

基礎運行環境：為系統運行提供基礎環境保障，包括基礎云服務平臺、基礎網絡環境以及教室基礎設施等。

感知層：主要用于實現用戶與系統有效交互和溝通功能，是智慧化虛擬學習空間的感知媒介，主要包括：AR/VR設備、語音識別、智能手機、攝像頭、教學設備、傳感器等。

培訓場所設施層：培訓場所設施主要是為智慧化虛擬學習空間創建的感知環境，主要包括多功能教室、虛擬空間教室、實訓室以及其他設施設備。

安全保障體系：按照基礎設施、數據訪問、應用等不同層次設計和建設項目的安全保障體系。