虛擬現(xiàn)實助力職業(yè)教育

史佳慶

企業(yè)級VR 一體機(jī)PICO Neo3 Pro

5月20日，天津市國家會展中心的虛擬現(xiàn)實智慧教學(xué)展位吸引了一群觀眾爭相體驗。今日未來信息技術(shù)有限公司的崔彥崗幫助體驗者們戴上VR眼鏡，并逐一示范解說，如何沉浸式拆裝檢測新能源汽車。

展臺之外，一群年輕人正在虛擬仿真模式下熟練地進(jìn)行電阻器測量、冰點儀使用、潤滑油的更換與加注等操作……這是江西應(yīng)用技術(shù)職業(yè)學(xué)院舉行的2023年單獨招生考試，也是江西省用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進(jìn)行職業(yè)技能測試的新嘗試。

近年來，隨著技術(shù)進(jìn)步，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用更加多元、場景更加廣闊。教育部高中課程標(biāo)準(zhǔn)信息技術(shù)學(xué)科核心專家組成員、人民教育出版社特聘專家、首都師范大學(xué)教授樊磊接受《瞭望東方周刊》采訪時表示：“虛擬現(xiàn)實技術(shù)已成為教育數(shù)字化中連接物理世界和數(shù)字世界的橋梁。”

助力安全培訓(xùn)

3月18日，在魯南化工2號辦公樓安全培訓(xùn)教室內(nèi)，坐滿了帶著VR眼鏡的參訓(xùn)人員——這里是山東能源化工板塊首個VR智能安全培訓(xùn)教室。

眼動追蹤技術(shù)能提供注視點渲染能力，即保持視線中心清晰度，以降低邊緣渲染復(fù)雜度、降低渲染負(fù)載，可實現(xiàn)輔助瞄準(zhǔn)等交互應(yīng)用。面部追蹤技術(shù)則可以使用戶在虛擬現(xiàn)實世界中的虛擬形象擁有“ 神同步”的豐富表情。

在新投用的VR智能安全培訓(xùn)教室里，通過掃碼登錄，30個參訓(xùn)人員可同步沉浸式學(xué)習(xí)。摘下VR 眼鏡的醇氨事業(yè)部安全員王兵表示，一次VR體驗式警示教育，效果強(qiáng)過10次的傳統(tǒng)方式教育。

通過虛擬現(xiàn)實智能安全培訓(xùn)，參訓(xùn)人員可對危化品典型事故復(fù)盤分析、掌握事故演化過程、找準(zhǔn)事故誘發(fā)源頭、理清安全責(zé)任鏈條、檢視自身問題不足，從而高效率提升安全意識和技能。

據(jù)介紹，山東能源化工板塊所采用的VR眼鏡，來自北京小鳥看看科技有限公司（以下簡稱PICO）。

“我們目前的技術(shù)已實現(xiàn)裸手交互，支持雙手26自由度追蹤和4種系統(tǒng)預(yù)設(shè)手勢，通過捕捉用戶雙手、感知手指動作，可實現(xiàn)手勢同步互動操作。”PICO企業(yè)服務(wù)亞太負(fù)責(zé)人劉凱告訴《瞭望東方周刊》，用戶不必拿手柄，僅憑雙手就可在虛擬世界中實現(xiàn)交互，例如呼喚菜單、點擊、拖拽和校準(zhǔn)等。

不僅如此，PICO還搭載了前沿的眼動追蹤和面部追蹤技術(shù)。

其中，眼動追蹤技術(shù)能提供注視點渲染能力，即保持視線中心清晰度，以降低邊緣渲染復(fù)雜度、降低渲染負(fù)載，可實現(xiàn)輔助瞄準(zhǔn)等交互應(yīng)用。面部追蹤技術(shù)則可以使用戶在虛擬現(xiàn)實世界中的虛擬形象擁有“神同步”的豐富表情。

民航迎來“智修時代”

在海南航空，維修人員正通過VR眼鏡和傳感器手柄，對波音737、波音787和空客A320等機(jī)型的拆裝項目進(jìn)行操作實訓(xùn)。

作為該項目的技術(shù)提供方，山東六牛網(wǎng)絡(luò)科技有限公司總經(jīng)理胥志剛告訴《瞭望東方周刊》，隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展和普及，中國民航業(yè)迎來了“智修時代”。

據(jù)介紹，受訓(xùn)者可在具有沉浸感與交互性的虛擬環(huán)境中，通過人機(jī)交互設(shè)備和場景里所有物件實時交互，進(jìn)行多種航空器材的維修培訓(xùn)操作。

以海南航空上線的航空機(jī)務(wù)維修虛擬現(xiàn)實培訓(xùn)系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)還原了實際工作手冊的操作步驟，可自動監(jiān)測航空維修人員操作、判斷操作是否正確，并對錯誤操作進(jìn)行警告和提示。

“在這個數(shù)字孿生的虛擬環(huán)境里，學(xué)員可規(guī)避真實維修操作中的風(fēng)險，并實現(xiàn)飛機(jī)航前、航后和短停等多場景、多頻次的規(guī)范操作培訓(xùn)，從而提高機(jī)務(wù)維修的質(zhì)量與效率。”胥志剛說，這意味著維修更高效、訓(xùn)練更便捷、航班更準(zhǔn)點、飛行更安全。

這樣的項目開發(fā)并不容易，胥志剛稱，僅技術(shù)層面就克服了不少難題。“一是飛機(jī)模型重構(gòu)工作量大，需要精細(xì)到每一個螺絲釘，我們通過一比一建模和3D掃描設(shè)備（收集零件模型數(shù)據(jù)）的方式，歷經(jīng)數(shù)月才完成數(shù)據(jù)收集；二是培訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計難度大，經(jīng)過分析核心風(fēng)險管控項目后，我們最終確定以地勤繞機(jī)檢查和發(fā)動機(jī)拆裝為開發(fā)項目。”

多地積極探索

“實驗是達(dá)成素養(yǎng)與技能目標(biāo)的重要途徑，對學(xué)生技能素養(yǎng)的提升具有不可替代的作用。做實驗可幫助學(xué)生更深入地理解實驗項目的科學(xué)原理、技術(shù)突破及應(yīng)用創(chuàng)新，激發(fā)學(xué)生自主創(chuàng)新的意識和興趣。”樊磊告訴《瞭望東方周刊》。

近年來，隨著教育數(shù)字化發(fā)展，不少院校及企業(yè)借助虛擬仿真、增強(qiáng)現(xiàn)實、全息影像等新型數(shù)字技術(shù)，構(gòu)建出基于真實崗位情境的虛擬仿真實驗室、實訓(xùn)室，有效改善了教學(xué)實訓(xùn)中一些“高投入、高難度、高風(fēng)險及難實施、難觀摩、難再現(xiàn)”的場景應(yīng)用。

“教育行業(yè)引入虛擬現(xiàn)實技術(shù)，開拓了學(xué)生的學(xué)習(xí)空間。現(xiàn)在的教學(xué)內(nèi)容很豐富，不再局限于書本、幻燈片和黑板，被動傳輸式學(xué)習(xí)變成了激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和保持學(xué)生注意力的主動式探索學(xué)習(xí)，大大降低了跨學(xué)科的門檻。”北京理工大學(xué)計算機(jī)學(xué)院教授黃天羽告訴《瞭望東方周刊》，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的使用可以提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，有利于教育資源更公平配置。

事實上，早于2019年，北京市首個5G網(wǎng)絡(luò)下虛擬現(xiàn)實技術(shù)教學(xué)服務(wù)項目已在朝陽區(qū)實驗小學(xué)幸福校區(qū)投入使用。學(xué)生們戴上VR眼鏡，就能在全景視頻中“游歷”，開展沉浸式學(xué)習(xí)。

而在更早的2010年，北京大學(xué)人體解剖教學(xué)就引入了“虛實結(jié)合”的人工智能教學(xué)模式。隨著系統(tǒng)發(fā)展，該校已開發(fā)出虛擬現(xiàn)實數(shù)字人體教學(xué)、交互式AR教材、個性化醫(yī)學(xué)虛擬診療操作教學(xué)等項目。

“教育行業(yè)引入虛擬現(xiàn)實技術(shù)，開拓了學(xué)生的學(xué)習(xí)空間。現(xiàn)在的教學(xué)內(nèi)容很豐富，不再局限于書本、幻燈片和黑板，被動傳輸式學(xué)習(xí)變成了激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和保持學(xué)生注意力的主動式探索學(xué)習(xí)，大大降低了跨學(xué)科的門檻。”

2021年6月，北京理工大學(xué)“虛擬仿真思政課體驗教學(xué)中心”正式落成。憑借最新的數(shù)字化虛擬仿真技術(shù)和大規(guī)模學(xué)習(xí)空間，該中心成為全國高校首個實現(xiàn)思政課智能交互、沉浸式的“虛仿”學(xué)習(xí)平臺。

2022年，已完成一期工程并投入使用的江西南昌中國首個國家職業(yè)教育虛擬仿真示范實訓(xùn)基地內(nèi)，學(xué)生們在老師的指導(dǎo)下，戴上VR設(shè)備，借助配套手柄，即可了解釀酒工藝。

……

新機(jī)遇與新挑戰(zhàn)

實踐教學(xué)是教育人才培養(yǎng)中的重要一環(huán)。

2019年3月6日，教育部發(fā)布《關(guān)于公布2018年度國家虛擬仿真實驗教學(xué)項目認(rèn)定結(jié)果的通知》，認(rèn)定296個虛擬仿真實驗教學(xué)項目為2018年度國家虛擬仿真實驗教學(xué)項目。

2022年10月28日，工業(yè)和信息化部、教育部等五部門聯(lián)合發(fā)布《虛擬現(xiàn)實與行業(yè)應(yīng)用融合發(fā)展行動計劃（2022—2026年）》，提出在中小學(xué)校、高等教育和職業(yè)學(xué)校建設(shè)一批虛擬現(xiàn)實課堂，面向?qū)嶒炐耘c聯(lián)想性教學(xué)內(nèi)容，開發(fā)一批基于教學(xué)大綱的虛擬現(xiàn)實數(shù)字課程。

教育部職業(yè)教育與成人教育司司長陳子季稱，虛擬現(xiàn)實技術(shù)將抽象概念具體化，拓展了人類的感知能力，為學(xué)習(xí)者創(chuàng)造了高度開放的時空場景，既符合真實工作場景的需要，又符合教育規(guī)律的學(xué)習(xí)空間，有助于學(xué)習(xí)者形成直面未來發(fā)展要求的能力和素質(zhì)。

航空機(jī)務(wù)維修VR 培訓(xùn)系統(tǒng)技術(shù)人員操作演示中

虛擬現(xiàn)實技術(shù)成為教育行業(yè)發(fā)展的新支撐，為教育帶來了新機(jī)遇。

在黃天羽看來，虛擬現(xiàn)實技術(shù)對教育的支撐至少有三個：“首先，可以幫助學(xué)生更高效掌握知識；其次，通過可視化的方式，虛擬現(xiàn)實技術(shù)可模擬洋流、溫度等，幫助學(xué)生更容易理解知識；第三，數(shù)字技術(shù)連通全球，全世界的人們能即時互動，可擴(kuò)大學(xué)生視野，提升交流能力。”

隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展，相關(guān)設(shè)備的普及，越來越多的教育者開始探索如何利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)改善教學(xué)效果，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗。

“虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)的發(fā)展離不開人才的支撐。在虛擬現(xiàn)實技術(shù)中，如何加快培養(yǎng)虛擬現(xiàn)實技術(shù)專業(yè)高素質(zhì)人才，加強(qiáng)有針對性的服務(wù)，是目前亟待解決的問題。”樊磊告訴《瞭望東方周刊》，虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于教育行業(yè)中，仍面臨著一些挑戰(zhàn)。

“一是硬件，近年來硬件成本雖然下降非常快，但還沒能實現(xiàn)可以讓人一進(jìn)入到虛擬空間中就有極其舒適的體驗，研究顯示，不少使用者在虛擬空間中待半個小時就出現(xiàn)頭暈的情況；二是與虛擬現(xiàn)實技術(shù)相關(guān)的軟件，如三維建模花費時間較久，成本較高；三是虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要應(yīng)用于產(chǎn)品型制作，向服務(wù)型轉(zhuǎn)型還需要很長一段時間來推動。”樊磊說。

關(guān)于虛擬現(xiàn)實技術(shù)未來的發(fā)展，樊磊表示，首先虛擬現(xiàn)實技術(shù)要人性化發(fā)展，增加它的舒適程度；其次是要降低整個系統(tǒng)的成本，增加大量懂教育和技術(shù)的人員去設(shè)計這種需求和服務(wù)；第三是要加強(qiáng)虛擬現(xiàn)實技術(shù)和人工智能技術(shù)的融合，互補(bǔ)發(fā)展；第四是要改變傳統(tǒng)的觀念，不能一味地否定或者拒絕網(wǎng)絡(luò)游戲在教育中的應(yīng)用。

北京航空航天大學(xué)教授、中國工程院院士趙沁平建議，要加強(qiáng)人工智能、虛擬現(xiàn)實等應(yīng)用于教育教學(xué)的相關(guān)研究，關(guān)注人工智能和虛擬現(xiàn)實環(huán)境對學(xué)生身心的影響和對社會的影響。

他呼吁教育、人文社科領(lǐng)域的專家與科技界人士攜手合作，研究“人工智能、虛擬現(xiàn)實+教育”，共同推動智慧教育的發(fā)展，培養(yǎng)面向未來的創(chuàng)新性人才。