VR技術在高校實訓教學中的應用研究

陳國玉

(撫州幼兒師范高等專科學校 江西撫州 344000)

高校教師如何在大學生不出校門的情況下實現實訓教學呢？實訓教學需要實訓場景，而實訓教學真實的實訓場景大多在校外，這樣大規模的校外實訓與現實產生矛盾，而虛擬仿真VR技術具有模擬真實的實訓場景的特征，因此，將VR技術融入高校實訓教學將突破時空的限制，達到真實場景相似的效果。

1 虛擬現實技術研究綜述

國內外學者對虛擬現實技術進行了大量的研究，比較有代表性的有楊青和鐘書華的關于國外虛擬現實技術發展及趨勢的研究綜述[1]，文章論述了虛擬現實技術的發展歷程、虛擬現實關鍵技術、虛擬現實系統分類、虛擬現實系統的組成和虛擬現實技術主要應用領域，在虛擬現實系統的組成部分指出其由硬件和軟件系統組成，虛擬現實技術主要應用領域可用于文化娛樂領域。國內學者近年來主要研究虛擬技術的應用方面，比如：呂細巧關于計算虛擬現實技術及其應用研究[2]，文章分析了虛擬現實技術的內涵、現狀及應用的關鍵技術等；北京體育大學劉靜然研究了虛擬現實技術在殘疾人康復健身指導中的應用研究，文章主要得出結論是虛擬現實技術研發可以為殘疾人康復健身提供指導技術[3]；上海大學張婷婷的關于VR技術在交互電影與游戲領域的應用研究綜述[4]，文章論述了近年來VR技術在影視游戲領域的應用主要包括VR電影、VR 宣傳片、VR 紀錄片、VR 游戲等，另外也研究了VR在教學領域的應用，比如體育游戲、公共安全教育的沉浸式VR游戲等。另外，有學者研究VR技術在領域的應用，例如：陳衛東博士學位論文關于沉浸式虛擬學習環境設計與學習評價研究[5]、雷婷婷博士論文關于虛擬現實技術在商業建筑室內互動設計研究[6]，等等。在高校其他學科的應用研究也不乏精品之作，比如：福建師范大學張愛民研究了VR 技術在高校思想政治教育中的應用[7]，通過研究VR技術在高校思想政治教育的現狀，提出其應用的現實性，從而提出VR技術應用于高校思想政治教育的路徑；楊沁的關于虛擬現實技術在電子商務中應用研究，文章對虛擬技術與電子商務的關聯進行了研究[8]。

2 基于VR技術的高校實訓教學理論基礎和開發工具

2.1 基于VR技術的高校實訓教學的理論基礎

理論是實踐的先導，良好的理論使實踐少走彎路，因此VR技術如何融入高校實訓教學要有理論的指導。

2.1.1 認知主義

認知主義的核心觀點是主張人的認知結構是影響學習的重要原因，改進教學手段首要的是考慮如何改變學生的認知結構，否則對學習者所起的作用不大。我們知道，知識的獲得過程首先是獲得感性認識，再由感性認識上升到理性認識，以實現認識的第一次飛躍，然后再由理性認識回到實踐，在實踐中進一步檢驗，實現認識的第二次飛躍。因此，第一次飛躍是前提和基礎，那么如何有效實現認識的第一飛躍？獲得感性認識是關鍵，傳統教學以平面形式展示，學生的感知是一維的，對有些學生來說，接受效果不理想，感知的速度較慢，若是多維空間的感知，則會大大加快感知的速度。而VR是虛擬現實技術剛好符合這一特點。

2.1.2 “經驗之塔”理論

該理論主張經驗分為做的經驗、觀察的經驗和抽象的經驗，其中處于“塔底”的經驗最直接，越往“塔頂”越抽象。“塔底”的經驗獲得是關鍵，如果沒有處理好，“塔頂”的抽象經驗就會受很大影響。因此，該理論主張用多媒體等直觀工具進行的教學和實訓，以使學生快速活動“塔底”最直接的經驗，如果在多媒體實訓教學中嵌入VR技術，對學生獲得直接經驗將更為有利。

2.2 基于VR技術的高校實訓教學的開發工具

基于VR技術的高校實訓教學的開發工具是復雜的，該課題研究為了節約成本，進行資源整合，注冊UPVR 全景平臺，該平臺可以實現全景VR 圖，首先課題組購置了全景相機，選取部分紅色教育基地為實訓教學場景，例如選取南昌八一起義紀念館，對紀念館進行拍攝，然后將圖片上傳到UPVR全景平臺，對不同場景合成全景圖。在此平臺中，有合成創建全景圖模塊，可以直接上傳圖片或從素材中選取，然后對全景資料進行填寫，比如全景名稱、全景描述、關鍵詞、全景分類等，再進行創建；也可以運用創建模板進行創建。當然全景平臺是需要成為會員的，會員等級越高，功能越齊全。該平臺可以對全景圖進行制作和編輯，在開場部分，可以設置一些動漫圖形進行渲染，系統上有各種動漫圖，需要根據全景圖的內容來添加，以便相匹配，可以吸引大學生對VR圖認知的強烈欲望，從而達到思政實訓教學的效果。在有多個場景的VR制作中，可用指示圖標識，比如左右看場景圖形等。為了顯示是課題組所作，可以打上LOGO，以利于推廣使用VR全景圖，也避免引起知識產權的爭議。

如果只有單反相機，如何制作全景圖呢？這里需要利用PTGUI軟件進行合成。首先選取單反相機拍攝四周的圖片，找準圖像進行上傳，設置寬度和高度，注意寬度和高度的像素比一定要是2∶1，否則就不能合成全景圖，然后利用PTGUI 軟件合成全景圖。課題組在制作紅色教育全景圖時全取多個點進行拍攝，然后制作多個VR全景圖，然后進行初始場景的設置和場景的更換，然后實現多個VR全景圖的切換，完成后對VR全景圖添加圖文，在全景中插入外鏈，比如插入熱點，也可以插入環物、模型和視頻，在紅色教育全景圖可以插入講解的視頻，這要讓高校學生更容易掌握其內容。開發環境流程如圖1所示。

圖1 基于VR技術的開發工具

當然，UPVR全景平臺不是唯一的選擇，課題組部分成員也采用其他平臺對全景圖進行處理，但這里需要強調的是首要的關鍵是全景圖的制作，因為平臺運行的是全景圖，全景圖生成后便可以傳送到相關平臺進行展示，課題組也選取了720云平臺進行展示，效果同樣很好。720 云制作的VR 全景圖可以傳到微信等進行現場實訓教學，在有多媒體的教室進行授課，以彌補現實實訓教學的不足。

有條件的高校可以自己開發VR 全景制作平臺，這樣可以實現需要的功能，并且可以對平臺進行推廣，可以將VR 全景制作平臺制作成手機客戶端App 進行推廣，實現VR全景制作運行便利化。甚至可以設計制作和運行VR一體化的模式，這樣大大提高了VR全景制作運行的效率，具體如圖2所示。

從圖2中可以發現，設計自動合成VR全景圖的手機客戶端App 和設計運行VR 全景的手機客戶端App是關鍵，因此高校需要招聘編程技術人才，以便自主研發App，如果能夠用手機客戶端App 控制VR 全景相機，并自動合成VR全景圖，這樣制作的效率將大大提升，那么VR 全景圖市場化就不成問題。現實市場中VR全景相機幾乎沒有用手機客戶端App進行控制，這樣需要借助其他平臺進行人工合成VR全景圖，既受其他平臺技術的限制，效率也不高。市場經濟的特點決定了便利化和大眾化的發展趨勢，因此VR全景圖的制作和運行應該朝著這樣的發展方向前進，才能經得住市場的考驗而不被淘汰。

3 基于VR技術的高校實訓教學的應用

該課題大多數有思政教師組成，通過紅色教育板塊、優秀傳統文化板塊等，用VR技術展示部分場景，大學生可以不出校門感知真實的環境，完全能夠實現裸眼3D 的效果，這樣既可做到有效應對疫情的影響，又可以大大節約成本。在VR思政實訓課堂中，南昌八一起義紀念館等紅色教育基地，可以使學生感知革命先輩克服艱難險阻、勇于斗爭的精神，從而自覺地將紅色精神傳承下去；通過對王安石紀念館的VR展示，使學生了解我國優秀傳統文化，增強文化自信。

通過基于VR技術的高校實訓教學的效果分析發現，絕大多數大學生非常喜歡VR實訓教學，這種沉浸式教學模式學生更易快速獲得感性認識，通過在VR中插入講解視頻，可以使大學生更好地理解場景內容，從而更快達到理性認識，實現認識的第一飛躍。實訓課后教師可布置一些任務，比如寫一篇論文，這樣又可以鍛煉學生的寫作能力，從收集的論文質量來看，學生通過VR實訓學習后寫作思路更加清晰、觀點更加準確、論證更加有力。

4 基于VR技術的高校實訓教學的應用效果

通過對VR技術在高校思政實訓教學應用效果調查發現，84%大學生高度認同可接觸到多場景方面對學習具有積極作用，具體如圖3所示。

圖3 接觸到多場景方面對學習是否具有積極作用

絕大部分大學認為VR技術在增強學習體驗及獲得多感官體驗方面具有積極作用，具體如圖4所示。

圖4 VR技術在增強學習體驗及獲得多感官體驗方面是否具有積極作用

在對應用VR 技術的高校實踐課程的改進方案中，主張將設備操作盡量簡化或安排專門課程學習占絕大多數，具體見圖5。

圖5 VR技術的高校實踐課程的改進方案

5 推進VR技術應用于高校實訓教學的對策建議

高校實訓教學采用VR 形式是大勢所趨，學校層面應該制定相應的制度來促進VR 技術應用于高校實訓教學，高校教師需要轉變思維方式，自覺學習VR技術，將其運用到實訓教學中，高校學生也需要主動適應和學習VR技術，增強感性認識，培養自主學習能力。

5.1 學校制定制度促進VR技術應用于高校實訓教學

對于高校而言，實訓教學是必要的，尤其是國家對高校教育工作高度重視的背景下，如何實現有效的高校教育教學，是擺在高校面前的重大課題，因此高校需要從制定層面來推動教育教學。高校教育是理論性強的工作，抽象性較強，對部分大學生而言，在接受過程中可能會感到倦怠，因此，為了提高大學生學習的積極性，需要增加感性知識，而VR本身的特征決定了其在感性認知中的重要作用，將VR技術融入高校教育教學特別是實訓教學將成為必然選擇。高校可以從資金和人才等方面制定相關制度予以支持，例如：高校可以每年預算一定比例的經費用于實訓教學，將懂VR技術的人才充實到教師隊伍中，促進VR技術與實訓教學有機結合。另外，學校也可以建設VR技術實訓教學館，學生入館進行線上線下體驗，增強實訓效果。

5.2 高校教師需要轉變思維方式

高校教師教學和科研主要集中在教育理論方面，大多數教師由于缺乏理科背景，難以把握信息技術，因此在課堂教學中將過多精力放在學理的闡述上，學生很容易疲憊，特別是從事紅色教育、優秀傳統文化教育的教學，如何讓大學生穿越時空，感知歷史文化，這就需要實訓教學，而虛擬仿真VR技術本身的特征決定了其能夠承擔這一任務，因此高校教師需要學習如何制作VR全景圖，如何讓VR全景圖呈現在實訓教學中。

5.3 高校學生要主動適應和學習VR技術

高校學生需要根據時代發展，積極主動適應和學習VR 技術，適應基于VR 技術思政實訓的教學模式，學會總結規律，從感性認識上升到理性認識，建構自我知識體系，以便將來在工作中更好地指導實踐。大學生也可充分利用一些信息技術與課程相結合的網絡平臺進行學習，增強自主學習的能力。例如：大學生可以利用智慧樹平臺進行實訓學習，在智慧樹平臺中，有仿真試驗課，通過注冊成為會員，適當繳費的方式進入平臺學習，體驗真實的場景，達到快速掌握知識的目的。

6 結語

虛擬現實VR技術本身的特征決定其在實訓教學的中的地位，將VR技術融入高校實訓教學突破了時空的限制，降低了教學的成本和增強了感知教學的效果，隨著時代的發展，VR 技術更加成熟，因此將其應用于教學會有遠大光明的前景，但不能片面地將教學技術化，高校實訓教學最終需要回歸立德樹人的根本育人主旨。