VR/VA 虛擬場景在學生實訓中的運用

李真彥?馬旭?張書怡?田宇?方艷花

摘要；目前，我國教育正日益重視對學生的實際操作技能的培養。但是，在實際操作中存在著場地限制、操作危險性、設備數量不足、設備更新不及時、師資不足等諸多制約。為了更好地培養學生的動手能力，本研究突破了學科的界線，把VR/VA 虛擬現實技術引入到實訓教學中，為學員搭建了一個交互、VR/VA 虛擬化、直觀的學習平臺。VR/VA 虛擬教學技術不受空間和時間的限制，更高的仿真設備的安全性，VR/VA 虛擬教學環境的實時更新，以適應社會的發展，并能充分調動學生的學習積極性、創造性和主動性。通過對VR/VA 虛擬現實技術和教學實務操作課程的深入結合，可以促進教學改革，并在教學中實現持續的突破和創新。

關鍵詞：VR；VA；虛擬場景；實訓教學

一、VR/VA 虛擬場景在學生實訓中的運用現狀

所謂VR/VA 虛擬技術，它以沉浸感、交互性、用戶參與環境、敘述三大要素為基礎，通過讓學生的學習過程變得有趣、有趣，在教育和教學中有著巨大的發展空間。在教學過程中運用VR/VA 虛擬現實技術，可以把沉浸式教學與傳統的教學相結合，并借助教育輔助的可視化手段，使學生獲得觸覺、視覺、聽覺等多種感官體驗。本文綜述了VR/VA 虛擬現實技術在實訓中的應用。20世紀60年代，美國首次采用VR/VA 虛擬現實技術，目的是為了引起受眾的關注。從80年代開始，VR/VA 虛擬現實技術已成為職業教育和訓練的熱點。挪威為了提高航海專業中學員的實務操作技能，采用微軟 Kinect傳感器對學員在甲板作業過程中的真實運動軌跡進行分析。波蘭以叉車的實際操作為實例，將VR/VA 虛擬現實技術運用于學校技能實訓教學中，經實踐證明，與傳統的叉車教學相比，該課程節省了大量的時間，而且通過VR/VA 虛擬教學，學員對叉車的認識也得到了進一步的了解。波蘭也采用了最新的工業4.0模式，通過可重組生產系統和VR/VA 虛擬現實技術對學生進行實際操作能力的訓練。總之，國外近幾年來，通過運用VR/VA 虛擬現實技術，加強了學生對知識的認識，提高了學生的綜合實踐能力，提高了院校的核心競爭力。

我國的VR/VA 虛擬現實技術還處在起步階段，在實訓教學中的應用還比較薄弱，同時也存在著許多問題：目前，VR/VA 虛擬現實技術已經不能完全取代傳統的實訓教學，新舊技術并存的時期如何實現優勢互補，新舊交替階段如何實現對接與過渡；由于VR/VA 虛擬現實仿真的實訓教學一直被限制在學校的教學中，并未與企業的研究開發部門進行聯系。為此，本文對傳統的實訓與VR/VA 虛擬現實技術的優缺點進行了比較，指出了該技術在實訓中的應用前景和優越性，指出了該技術在實訓中的應用：在教學中要注意“傳統”和“新型”的轉換和融合，建立“校、企、研”三方協作平臺，為實訓教學的實施提供支撐。

二、VR/VA 虛擬場景在學生實訓中運用所面臨的問題

（一）實踐教學與現實需要脫節

隨著社會、經濟的發展，工業的結構也在不斷地調整，企業所使用的技術也在不斷地更新和發展，而有些學校的教學內容卻還停留在原來的教學內容上，并沒有隨著工作的需要而進行相應的調整，也沒有能夠按照企業的要求進行實訓項目的設計和開發，造成培養出來的學生在職業能力上無法滿足企業的實際需要。目前，我國高職實踐教學中仍存在著許多問題，主要在于自身定位不明確、不能與時俱進，無法適應當今社會和經濟發展對人才的需求。

（二）實訓計劃經費不足

有些實訓工程的施工，設備復雜，原料昂貴，材料消耗巨大，而目前學校經費來源比較單一，以自籌和專項經費為主，因此很多實訓項目都是以走走過場為目的，取消了部分實訓課程，讓學員們在教室里聽課，很少有實際操作的機會，不利于培養學生的職業技能，與實訓教學目的背道而馳。

（三）實訓條件尚待改善

實踐基地是教育教學中進行職業技能培訓與素質培養的必要前提，是辦出特色、提高質量的基礎。當前，絕大多數高職的實習基地基本都是基于“小而全”、“自力更生”模式，實踐基地的建設不能滿足高校的發展需要。此外，各高職在實際訓練中所使用的器材明顯缺乏、技術落后、更新緩慢，無論在數量上、在技術上都無法滿足高職人才培養的要求，這會使實習教學效果下降。比如，目前高職后勤管理專業中，很多高校已有的實訓設備和硬件實訓設備尚未完全適應現代物流企業的“準真實”教學環境，很難適應高職專業教學的綜合能力培養。很多學校都在進行校外實習基地的建設，但都是走個過場，大學生課外實踐活動受多種客觀條件的制約。工讀交替、頂崗實習、校企結合、產、學、研結合等領域的深度不夠，畢業生在現代企業中從事相關的專業技能培訓也不是一帆風順。這主要是由于：一方面，企業擔心接收實習生會對企業的正常生產產生負面影響，使公司的內部和技術秘密泄露，從而導致企業蒙受損失；另一方面，很多公司招收實習生，也只是讓他們在公司里轉轉，或者讓他們去做一些比較簡單的技術培訓，很難保證他們有充分的就業機會。

（四）實訓存在安全風險

在機械、電子、電氣、醫藥生產等領域進行實踐教學仍有安全隱患。造成安全問題的因素很多，有老師的因素，也有學生自己的因素。部分實習老師沒有經過系統的安全訓練，在某種程度上會缺少安全理論知識、技能和安全工作經驗；此外，由于實習老師數量不足，學員與實習老師的比例往往不合理，一名實習導師要負責的學員太多，難以對每個學員的作業行為進行全方位的監控，從而造成了安全隱患。在學生中，因自身的安全意識、自我防護、防范意識差，操作不當、操作不當等因素均有引發安全事故的風險；另一方面，由于存在著嚴重的安全意識，忽視了職業能力的培養，導致了許多實習崗位的喪失。

三、院校實訓中VR/VA 虛擬現實技術應用的優越性

（一）打破時間和空間的界限

在很多院校，由于實習環境的制約，目前已有的教學器材難以適應學員的實際訓練需要。通過使用VR/VA 虛擬現實技術，使傳統的課堂教學時間和空間都得到了極大的突破，使學生在VR/VA 虛擬世界中獲得了更為豐富的體驗。一方面，通過VR/VA 虛擬現實技術構建VR/VA 虛擬學習環境，使學生能夠更好地了解物體的內在結構，從而更好地了解所學的知識。比如，建立一個VR/VA 虛擬的汽車引擎維護學習系統，使學員能夠更好地了解引擎的構造與功能，并能更好地理解整個保養流程。同時，在實際教學中，有些實驗過程和結果難以在短期內得到有效的展示，利用VR/VA 虛擬現實技術，可以很好地解決這些問題，使課堂教學更加高效。比如，在過去的農業、林業、林業等學科中，許多專業實踐活動都是按季節規律進行的，每年也只有一定的時間和一定的時間。如花卉栽培，動物繁殖，育種等。利用VR/VA 虛擬現實技術，可以解決這個問題，建立一個不受季節和時間約束的VR/VA 虛擬現實系統，縮短了訓練中的生物生長期，并著重研究了每個重要的知識和它們之間的關系。

（二）改進教學氛圍

許多高職往往面臨著資金短缺的窘境，導致實訓基地難以建立，訓練器材的更新也難以適應社會發展的需要，難以適應現實的教學需要。與實訓基地的建設投入相比，利用基本的網絡設備、軟件技術，可以研制出既方便又實用的VR/VA 虛擬現實系統，既節省了資金，又豐富了教學資源。此外，為滿足目前企業裝備快速更新的趨勢，在實訓基地中適當應用VR/VA 虛擬現實技術進行實訓教學是不錯的選擇，即便是在原有基礎上進行改進和完善，投入也不會太多。通過使用VR/VA 虛擬現實技術，在實際生產中進行模擬訓練，使學員不再受到設備、場地等限制，隨時隨地進行實驗操作學習和實際操作訓練，就像是在真實的環境中學習一樣，讓學員能夠更好地了解所學的知識。

（三）防范因作業而引起的安全隱患

對一些風險較大、難度較大的實訓項目，可以通過VR/VA 虛擬培訓，讓學員們熟悉崗位的操作要領和技術要求，然后將其組織到實際的環境中進行實訓，既確保了培訓的安全性，又使學員有了實習的機會，同時也解決了一些實際中很難實施的實際問題。比如，VR/VA 虛擬電氣操作培訓系統，能避免由于學生的操作失誤而導致的觸電事故、人身傷亡；通過VR/VA 虛擬手術，可以防止因學生操作不當而導致的醫療事故；通過VR/VA 虛擬化學實驗，能夠有效地防止因化學反應而引起的燃燒和爆炸對人體的傷害。

（四）加強實訓的效果

將多媒體技術與VR/VA 虛擬現實技術相結合，創造出一個具有人文關懷的學習環境。它既可以提升學生的學習興趣，又可以激發他們的學習積極性。隨著教學方法和教學手段的變化，許多高職院校紛紛設立了各類專業VR/VA 虛擬實驗室。比如，在電子線路的教學中，利用VR/VA 虛擬現實技術，可以使學生對電路的結構、狀態、功能有一個直觀的認識，并可以對其進行相應的電路部件進行操作，并進行相關的實驗。再比如，通過VR/VA 虛擬的電子商業系統，可以為學生提供一個產品的數碼模型，讓學生通過網絡進入VR/VA虛擬的店鋪，從不同的角度觀察產品，并親自選擇物品，體驗購物的過程。在校期間，學生可以親身體驗工作環境，感受工作氣氛，進行相應的工作技能培訓，積累“工作經驗”，以便在畢業后迅速適應工作需要。

從總體上看，VR/VA虛擬現實技術是一種新興的信息技術，在教育和教學中得到了廣泛的運用，既豐富了傳統的教學媒介，又拓展了技術的延伸，為教育實踐教學提供了有力的支撐；學員們不用再受到訓練場所、訓練器材等方面的約束，不用太過擔心訓練時間緊張、訓練過程中的安全隱患，可以自由地在VR/VA虛擬學習世界中自由遨游，享受優質的教學資源，從而提升學習的效率。隨著VR/VA虛擬現實技術在教育實踐中的運用，將為教育教學的改革與發展帶來新的契機。

四、VR/VA 虛擬場景在學生實訓中的運用建議

（一）適當的VR/VA虛擬現實系統的選用

VR/VA 虛擬現實系統的設計與開發，所需的軟件和硬件平臺也是完全不同的。高職院校應根據實訓條件，根據實訓目的、培訓經費、技術實力等因素，合理選用適合自己的實訓教學。

（二）要正確對待VR/VA 虛擬和真實之間的關系

VR/VA 虛擬現實技術的實質就是人與電腦之間的交流，它為人類提供了多種服務。無論使用何種VR/VA 虛擬現實技術，都與現實世界有著很大的區別，因為它并不能為學生們提供真正的視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等方面的信息。在實踐教學中，必須正確處理VR/VA 虛擬實訓與VR/VA 虛擬實訓之間的關系，而不應忽略“真實實訓”和“VR/VA 虛擬實訓”的重要作用。

（三）加強教師與學生之間的感情溝通

科技能夠提高人們的學習、生活、工作的效率和方便，但也會導致人們的懶散和過度依賴，削弱了人們的自主思維和探索精神。VR/VA 虛擬現實技術與高職教育相融合的過程中，也會產生這種技術對人文精神的沖擊，使其在某種程度上減弱了師生的情感交流，并不能促進學生的情感發展。由于VR/VA 虛擬現實技術在教學中的應用，要求在計算機和網絡終端等多種軟件和硬件的支持下，使教師與學生之間的直接聯系更加復雜。由于VR/VA 虛擬現實技術的存在，教師與學生的溝通受到一定程度的限制，從而影響了教師與學生的情感交流。

（四）進一步加強VR/VA虛擬現實技術的應用

當前，VR/VA 虛擬現實技術在我國的應用還不夠廣泛，對軟件和軟件技術的需求比較大，VR/VA虛擬技術的設備比較復雜，成本比較高；其次，VR/VA虛擬模擬系統的質量還需要進一步完善。專業的軟件開發隊伍很難掌握其本質；由于目前高職院校的師資力量較弱，難以研制和開發出一套完整、結構良好的教學軟件。第三，沒有一個統一的行業標準，開發人員各自在自己的領域內使用各自的技術，很難形成一個統一的行業標準，而且因為缺乏一個統一的體系，所以最終的產品在性能和技術指標上會有很大的差異。

（五）完善后期的管理和維修工作

只有保證VR/VA 虛擬現實教學體系能夠正常運行，合理使用，才能使其在教學中的技術優勢得到最大程度的發揮。但在實際應用中，很多學校僅僅將建成的VR/VA虛擬現實教學系統當作擺設，沒有專門的人員進行維護。究其原因，在于學校相關部門對VR/VA虛擬現實教學系統的管理與維護工作缺乏足夠的重視，對其進行管理與維護也沒有嚴格的標準。有些地區僅僅將VR/VA虛擬現實教學體系建成作為一種“面子工程”，沒有相應的后續維護計劃，對于提高高職實訓的教學質量沒有太大的幫助。

（六）調查研究應用效果

從研究到實際運用，VR/VA 虛擬現實技術經歷了一段相當長的歷史，至今仍處在積極的探索和發展中。VR在教育、培訓等領域的應用還有很長的路要走，兩者之間的關系還很復雜，但也有很多技術和理論上的問題。

五、結束語

隨著VR/VA 虛擬現實技術的不斷發展，實踐訓練的內容和訓練形式也會發生變化。將VR/VA 虛擬現實技術和實務操作課程相結合，將會推動教學改革，并在教學中實現持續的突破和創新。目前，關于 VR技術在實訓教學中的實踐效果的研究還很少，比如 VR技術在實踐中的應用、內容的整合、手段的豐富、實訓的效果等方面還需要進一步的探討和探討。

作者單位：李真彥 馬旭 張書怡 田宇 方艷花 云南城市建設職業學院

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李真彥（1980.01-），男，白族，云南昆明，本科，工程師，研究方向：信息計算及智能系統。