虛擬現實技術與職業教育結合的發展路徑研究

[摘? ? ? ? ? ?要]? 職業教育是我國技能型人才的主要培養渠道。深入探討職業教育現階段存在的教材質量不佳、教師結構性矛盾、師資能力不足、專業設置不合理、課程枯燥等問題，提出將虛擬現實技術與職業教育結合的方法，改善職業教育發展現狀，為我國培養高水平、高素質的技能型人才。針對職業教育目前存在的短板，推進教育信息化大環境下虛擬現實技術與職業教育的融合創新發展，使職業教育能夠發揮其最大作用。鑒于此，提出了三個改善創新的方向：向傳統教材注入VR技術，實現虛擬現實課程;將虛擬現實技術應用于教師培訓領域，提高職前教師培訓質量;應用虛擬教學代理，開發沉浸式生態課程等高品質課程。最后得出虛擬實訓平臺的開發將是今后虛擬現實技術與教育結合的主要發展方向這一結論。

[關? ? 鍵? ?詞]? 職業教育;教育信息化;虛擬現實技術;創新發展

[中圖分類號]? G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2022）22-0160-03

一、引言

職業教育是我國教育體系的重要組成部分，是培養技術技能型人才的主渠道。現階段我國職業教育依然存在一些問題，如教材單一、教師的結構性矛盾、專業設置不合理、課程枯燥等。大數據技術、云計算技術等新興信息技術引發了教育模式的變革，教育信息化成為當下教育發展的大方向。其中，虛擬現實技術讓使用者擁有沉浸交互的體驗感。職業教育強調實踐性，注重培養學生的職業技術能力，非常容易因訓練場所、實驗設施、實驗安全等因素，導致教學效果大打折扣，而虛擬現實技術的虛擬操作性、沉浸式體驗感和交互性，能夠實現職業教育中對模擬實踐教學的需要。為此，本文對如何有效將虛擬現實技術應用于職業教育，提升職業教育質量，為國家培養更多更優秀的職業技術人才展開論述。

二、虛擬現實技術的基本概述

虛擬現實技術起源于計算機圖形學，經過多年的演變成為一項新興的前沿技術。虛擬現實技術是一個高度融合的整合體，融合了當代仿真學、人機交互學、傳感學等多個學科領域，落腳點在于構建三維立體環境使用戶獲得更好的沉浸式體驗。科幻小說家溫鮑姆（S. G. Weinbaum）幻想了主角在戴上特制眼鏡后進入另一個奇妙的世界，這是最早的虛擬現實構想。頭戴式顯示器可以與用戶身上的穿戴式傳感器相連，用于訓練軍事人員完成各種危險任務。虛擬現實技術已成為社會關注的熱點，研究其能否與職業教育教學結合，將有效促進職業教育的發展。一方面，我們要根據研究成果，總結虛擬現實的基礎性技術并預測未來的顛覆性技術，根據職業教育的特點，分析虛擬現實技術的適用性。另一方面，我們要根據虛擬現實技術的發展趨勢，依據學習理論闡述虛擬現實技術與職業教育會有怎樣的創新發展。

三、虛擬現實技術在教育領域中的應用

虛擬現實技術在近幾年有長足的發展，從最初的服務軍事部門到現在逐漸向民用領域過渡，展現了它應用范圍的廣度。虛擬現實技術是一種面向應用的技術，現在涉及的領域包括教育、建筑、娛樂和旅游等。

（一）美國虛擬現實技術在教育教學中的應用

美國將VR技術使用在教育領域，利用大數據技術、云計算技術等新型技術和頭戴式交互式顯示器等硬件設備，使虛擬環境更加豐富、立體，增強用戶的沉浸感。

1.虛擬現實技術應用于職業教師職前培訓領域

TeachlivE是美國中佛羅里達大學利用虛擬現實技術開發的實訓系統，該系統創造了一種虛實融合的教學環境，提高教師職業技能訓練的成效。曹彥杰是國內第一個研究美國中佛羅里達大學TeachLivE模擬課堂實驗室的人。TeachLivE模擬課堂實驗室預設不同教育水平的虛擬學生，教師實習生在使用系統時可根據實際情況選擇學生。為通過系統認證，他們需通過三個階段課程考核，這就是教師教育中運用TeachlivE的具體步驟與方法。虛擬現實技術構建了一個高度仿真的模擬課堂，能快速提升教師教學、管理和反饋技能。

2.虛擬現實技術應用在人工智能領域

隨著人工智能技術的發展，智能管家、語音助手等虛擬人物生活管理軟件也與教育教學有效融合在一起。人工智能在教育領域中得到深入發展，James C. Lester結合了虛擬現實技術和人工智能技術，創造了虛擬教學代理。虛擬教學代理是學生跳脫于現實世界之外的虛擬導師，它與機器人最大的不同是其可以模仿人類的情感和學生進行交互，讓學習變得更有吸引力。虛擬教學代理是一種學習工具，通過創設真實的上課情境幫助學習者更加沉浸地學習。學習者可以根據自己的需要選擇不同等級的虛擬教學代理，如初級學習者可以將教學代理視為真正的老師，聽他授課;中級學習者可以把虛擬教學代理當成交互式學習的學習對象;高級學習者可以把虛擬教學代理當成自己的學生，通過對虛擬教學代理講授課程內容獲得自我能力的提高。

3.虛擬現實技術應用在生物醫學領域

虛擬現實技術最早就是應用在生物醫學領域，研究生物醫學領域的一些獨創性項目也會對教育教學的發展起到積極作用。克里斯教授針對分布式多用戶虛擬環境建造一個虛擬生態教學環境的課程——EcoMUVE，它旨在支持學生對生態系統概念和環境發展過程的學習。該課程利用虛擬現實技術創設出一個仿真的虛擬現實環境，學生可以在這個虛擬仿真環境中運用課程講授的知識和資源對虛擬的居民進行醫學詢問，根據他們不同的病癥給出相應的醫療建議，有利于學生進行實踐、實訓。EcoMUVE沉浸式生態課程的特征有以下幾點：以學生為導向的學習、自主探究、基于角色的教學、沉浸在虛擬環境中的體驗。實驗通過收集學生的學習態度，對學習內容的掌握以及教師反饋，認為適用該技術后，學生的學習積極性和對內容的理解都有所提高。克里斯教授在EcoMUVE課程的基礎上加上位置移動技術建設了新課程——EcoMOBILE。EcoMOBILE課程主要解決以環境為主要因素的問題，如讓學生帶上FreshAiR（一種增強現實應用程序）的移動無線設備，讓學生在池塘實地考察，觀察覆蓋在池塘水面上的虛擬畫面，學習并且理解水質檢測的方法。

（二）我國虛擬現實技術在教育教學中的應用

我國目前將虛擬現實技術與職業教育結合主要依賴于VR和AR技術，具體表現形式為構建虛擬學習環境、利用VR游戲教學、利用AR進行職業教育培訓。

1.構建虛擬學習環境

虛擬學習環境的具體表現形式有虛擬課堂、虛擬實驗室等。構建虛擬學習環境從學生角度來說，有利于學習者身臨其境地體驗課堂;從教師教學角度來說，有利于將復雜的課堂內容簡單化，更易于學生理解。以高二物理“原子彈與核裂變原理”這節課的內容構建虛擬學習環境，用三維模型設計出一個大框架，制作一個展示原子彈內部結構的模型，還可以利用AR技術展示核裂變的過程，將抽象的內容變得通俗易懂。除了對基礎知識進行虛擬建構，也可以在其他地方設計模型，為了將學習者的注意力集中在本節課的重點和難點，在三維模型構建的過程中，可以有重點地對整個仿真環境進行取舍。如講原子彈的外部構造時，可以適當減少對內部構造和操作流程的虛擬環境制作，用簡單的場景反襯實體模型，劉俐利認為這是設計的“相關性原則”。

2.基于VR和AR的教育游戲研究

教育游戲可以在一定程度上增加學習的趣味性，并使學習者的學習積極性維持在一個較高的水平上，參與性提高了，學習效率就會高，學習結果自然就會有所提升，這體現了教育的多樣性和豐富性。在對昆蟲的學習中，教育游戲還可以幫助學習者克服內心的恐懼。融合了增強現實技術的教育游戲更有環境沉浸感，學習者可以在特定環境下進行學習。風靡全球的Pokemon Go游戲就是利用基于位置的增強現實，使人們感受到戶外學習的樂趣。現在我們把這項技術運用到教育實踐中，例如對生態環境的探索，通過預先將演示內容鏈接到學習資料中，開啟特定掃碼軟件讀取資料信息時就會出現實時影像，即各式各樣不同的三維生物模型。

3.基于AR的新型職業教育研究

職業教育是教育的一個重要環節，將虛擬現實技術運用到職業教育中是推動教育發展的重要進步。歐洲率先將增強現實技術運用于職業教育，開展了LARGE Project和ARAVET Project等項目，既能為用戶提供職業教育培訓，又能創造符合用戶需求的仿真教育平臺。喬興媚等人研究了AR技術會影響職業教育發生怎樣的教學模式變革。可穿戴的AR設備可以模擬精細作業場景，彌補因現實的限制而導致的實踐不足。當操作有行業標準要求時，我們可以在模擬場景的關鍵節點上設置AR觸發裝置，一旦操作者有操作失誤或者不符合操作規范的行為出現，AR觸發節點就會自動報警，提示用戶并且給出修改意見。這種實時觸發的AR技術可以讓用戶熟悉本行業的操作規范。

（三）虛擬現實技術應用于教育的適用理論

隨著近年來越來越多的虛擬現實技術與職業教育結合的項目和范例出現，一些適用的學習理論也應運而生。胡智標認為“一項新技術能否應用到教育領域，除了技術本身要具備一定的適用性，還要得到相關學習教育理論的支撐，才能使技術應用實現最理想的效果”。

1.建構主義學習理論

建構主義學習理論的核心是搭建一種環境來輔助學習者對知識進行了解和掌握。那么如何搭建環境、搭建一種怎樣的環境就至關重要。虛擬現實技術可以充分吸收現實世界的資源，將這些資源映射到虛擬空間中，富含了豐富的資源和場所，這就更能匯集學習資源來滿足構建的要求，也符合皮亞杰的“把實驗室搬到課堂中去”的主張。

2.自主學習理論

自主學習理論是以學習者為學習的主導者，教師作為學習的輔助者和引導者，幫助學習者自主探索世界。在學習者探索世界的過程中，學習需求會自然而然顯露出來，而虛擬現實技術可以為學習者提供豐富的學習資源和學習場所，滿足學習者在不同時間產生的學習需求，彌補教師因為知識能力缺陷和反應不及時而造成的輔助學習失效。

3.具有認知理論

傳統的教學方式之所以被稱為“填鴨式教學”，就是因為它只注重知識的總量和傳輸，并沒有深入研究怎樣教學才能使學習者真正領悟和內化所學知識。具有認知理論注重學習者身心合一，認為身體和意識是不能分開的。身體是世界經驗和人類自身經驗溝通的橋梁，我們不能脫離身體只談意識。虛擬現實技術與教育職業結合的重要目的就是為了增強學習者身臨其境的體驗感，以此加強學習者獲取知識的積極性以及對抽象復雜事物的理解力。隨著虛擬現實技術的發展和豐富，現代教育教學可以將VR/AR/MR等技術交叉使用，采用混合式教學方法。混合式教學方法的優勢是“虛擬實驗室”，那些在現實中很難完成的實驗（如對月球的探索）和存在一定操作風險的實驗（如易燃易爆化學物質的合成）都可以在混合式教學的虛擬實驗室下完成，提升學習者的學習體驗。

四、虛擬現實技術與職業教育結合的創新發展

職業教育是我國教育發展歷程中不可或缺的一部分，我們必須要構建完整的職業教育體系，做到上能銜接高等教育，下能對接基礎教育。崔宇馨等人認為，我國職業教育出現存量不足的現象，社會結構失衡可能導致技術型人才市場的斷層，所以優化職業教育教學模式，更新職業教育教學方法，將虛擬現實技術等新技術與職業教育結合，向職業教育教學注入新血脈的任務刻不容緩。

（一）虛擬現實技術在職前教師培訓中的應用

虛擬現實技術憑借其獨有的沉浸式體驗和仿真模擬場景等功能，被越來越多地用于軍事、醫療、教育教學、游戲、商業等領域，受眾面越來越廣。虛擬現實技術可以對教師進行職前培訓和仿真教學實踐。模擬教學環境是培訓教師過程中極其重要的構建情景式教學方法，通過模擬真實的課堂環境讓教師能夠提前適應教學方法并熟悉教學流程。現階段，我們要將新技術引入教師培訓，使得教師發展緊跟學生發展，避免出現教師教育技能與學生學習技能不匹配的現象。美國的混合現實教學實訓系統是利用VR技術讓用戶沉浸于一種完全“真實”的課堂環境中，以提升教師的教學技能和學生的學習素養。這個軟件包含不同學術水平的虛擬學生，也有代表教師或父母這樣的虛擬成人。每個虛擬的人都有屬于自己的性格特點，教師可以根據自己的實際需要選擇性實踐，還可以向虛擬家長做出陳述和反饋，也可以舉行模擬家長會。模擬實踐者可以獲得第一手現場教學的經驗，作為以后進行實體課堂教學的基礎。

（二）虛擬現實技術在教材開發中的應用

教育信息化時代開始后，職業教育在教材信息化方面涌現出許多研究成果，如項目化教材、活頁式教材等新型教材。2020年，山東信息職業技術學院率先研發了《機械設計基礎項目化教程》教材。這本教材以結果為導向，在對學生畢業意向進行篩查后，結合學生的需求和市場的需要將教學內容重組，并與虛擬現實技術中的VR和AR技術進行融合，將重點和難點以三維虛擬場景構建的方式呈現在學習者面前，將抽象內容簡單化。例如牛頭刨床系統分析這個項目，它的教學演示內容都用VR技術復制到仿真場景中，學生借助VR眼鏡，在虛擬空間中模擬操作刨床，可以身臨其境感受整個工作過程，達到實踐操作的目的。

（三）虛擬現實技術在課程內容革新中的應用

針對職業教育因專業設置不合理而導致的課程枯燥、實訓課程發展緩慢、學生學習興趣低等問題，可將虛擬現實技術應用于教學資源的設計與開發，包含實訓基地的建設、教師信息化應用能力的提升、虛擬實訓平臺的設計和開發等，而其中的重點是對于模擬教育實訓、虛擬實驗室的開發。這樣既節省場地空間的資源成本，還幫助學生正確運用抽象的學術知識，虛擬仿真實訓平臺不僅可以使教師跟蹤管理教學環節，還能讓學生通過平臺進行在線實訓操作、課后考核等。

五、結語

通過研究可以發現，現階段對虛擬現實技術與職業教育的結合大多集中在教學資源開發方面，尤其是在實踐實訓和虛擬實驗室開發方面，但一些中職學校和職業學校并沒有足夠現金的基礎設施和啟動資金將虛擬現實技術真正運用到課堂中，難以將兩者結合的根本原因是開發的虛擬實訓平臺與職業教育教學的需求差異較大，所以實訓平臺的開發將會是今后虛擬現實技術和職業教育結合的重要發展方向。本文從職業教育的內涵和現狀出發，通過研究職業教育存在的問題，總結了近幾年虛擬現實技術是如何解決這些問題的，提出了虛擬現實技術與職業教育結合的現存短板和未來發展趨勢，為教育信息化時代下我國職業教育的創新發展提出針對性建議。

參考文獻：

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[3]曹彥杰.虛擬現實技術在美國教師教育中的應用研究：以中佛羅里達大學為例[J].比較教育研究，2017，39（6）：93-102.

作者簡介：馮歆然（1998—），女，漢族，河北唐山人，碩士研究生，研究方向：虛擬現實技術與教育融合。