虛擬現實技術在開放教育學生實踐課程學習中的應用研究

摘要：隨著開放教育的不斷發展，實踐類課程逐漸豐富和完善，但也面臨著諸多挑戰，亟須新的變革方向。基于此，文章探討了在開放教育學生實踐課程學習中引入虛擬現實技術的可行性，并提出了一種基于虛擬現實技術的實踐課程學習模式。通過構建和應用虛擬實踐學習環境，滿足學生的實踐操作需求，增強學習體驗感。同時，通過虛擬設備的實踐數據收集，完善學生學習評價體系，從而提高實踐課程的學習質量。

關鍵詞：虛擬現實技術；開放教育；實踐課程；學習模式；應用研究

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）02-0091-03 開放科學（資源服務） 標識碼（OSID） ：

0 引言

開放教育是一種面向教育對象、教育理念和教育資源全面開放的終身教育模式。國家開放大學在教育部領導下統籌全國開放教育體系建設，以現代信息技術為支撐，面向全民提供終身教育及服務，推動“人人皆學、處處能學、時時可學”[1]。開放大學機構遍布全國各省、市、縣，截至2024年8月，在籍學生達456.7 萬人，共開設專業181個，課程總數達到1.8萬門[2]。

我國自20世紀80年代起開始對虛擬現實技術進行研究，并在研發與應用過程中逐步取得了一定成效。在教育行業中，虛擬現實技術也得到了較多應用。例如，浙江大學電氣工程學院設計的遠程虛擬實驗系統能夠實現遠程實驗及設備的共享使用；北京科技大學研發的交互式汽車模擬培訓系統投入使用后取得了良好效果[3]；上海開放大學應用MR技術打造沉浸式學習空間，開發了機械裝配課程，依托MR混合現實三維數據可視化呈現方式[4]。2019年，中共中央辦公廳和國務院辦公廳印發《加快推進教育現代化實施方案（2018-2022年） 》，明確提出“開展國家虛擬仿真實驗教學項目建設”的要求。2023年，在世界數字教育大會上，教育部部長懷進鵬指出，全國約有55%的職業學校教師開展了混合式教學，并探索運用虛擬仿真技術和資源創設教學場景，以解決實習實訓中的難題[5]。在虛擬現實技術的推動下，學校教育逐步呈現線上與線下一體創生、虛擬與現實深度融合的特點[6]。

然而，開放大學的實踐課程教學受限于成本、場地等因素，難以滿足學生多樣化的實踐學習需求。虛擬現實技術的出現為解決這一問題提供了新的思路。

1 開放教育學生實踐課程學習面臨的挑戰

隨著互聯網的飛速發展，國內各大學習平臺提供了海量開放共享的學習資源，如國家層面建立的國家教育資源公共服務平臺、國家精品在線開放課程等；高校、學術機構推出的清華大學學堂在線、國家開放大學名師經典課等；企業或商業組織推出的中國大學MOOC、網易公開課、智慧樹、新浪公開課等。這些資源內容豐富，涵蓋廣泛，為學習者提供了圖文、視頻、音頻、直播課等多樣化的選擇，滿足了隨時隨地學習的需求。然而，大多數學習仍然停留在電腦或手機屏幕前，學習方式更多是單向的、被動地接受，深度體驗感較弱。在新鮮事物層出不窮的當下，不同學習者的學習需求不斷改變和提升，開放教育的學習模式面臨著一些新的挑戰。

1.1 學生基礎素質差異

學生基礎素質的差異導致學習效果參差不齊。開放教育以非全日制學生為主，與一般全日制教育不同，其學生來源廣泛，涵蓋各行各業及不同年齡層，認知基礎、接受能力和思維能力存在較大差異。此外，學生需要工學兼顧，學習時間安排也不盡相同。在多重因素的影響下，學生之間的學習效果會出現明顯差異。對于學習基礎較弱的學生而言，這種差異可能會進一步打擊其學習積極性，影響學業的完成進度。

1.2 學校硬件條件限制

學校硬件條件的限制使許多實踐類課程難以進行實操練習。根據開放教育各專業的教學計劃，實踐課程占有一定比例，這需要設備和場地的支持，并且需要投入大量的設備和耗用品。例如，建筑專業需要施工工地、施工設備和建筑耗材；機電專業需要加工車間、加工機床和零件胚料；化工專業需要實驗室、化學儀器和化學耗材；農業專業需要試驗田、實驗種苗和種植耗材等。此外，還需考慮設備器材的損耗、維修和報廢等問題，這對資金和場地有限的市縣級開放大學來說是一個巨大挑戰。在這種情況下，一些實踐課程不得不被理論化處理，學生的實踐學習效果較差，學習體驗感不足。

1.3 學習過程評價不足

學習過程評價不足導致教師難以準確認定學生的知識技能掌握情況。由于客觀條件的限制，實踐課程被理論化處理，課堂實踐內容減少，教師難以收集學生在實踐操作方面的信息，形成性評價不足。評價方式往往只能依賴最終的書面實踐報告，這使得學生在該課程中的整體評價依據不夠全面。這種情況不僅影響了學生課程學習任務的完成效果和學習成績，還可能對其后續專業學習的態度產生不良影響。

2 虛擬現實技術應用在開放教育學生實踐學習中的可行性

在信息化、數字化、智能化快速發展的今天，虛擬現實技術日漸成熟，其沉浸性、交互性和靈活性的特點在教育界得到了廣泛應用。在開放教育實踐課程學習中應用虛擬現實技術，能夠為實踐課程學習提供新的學習方式，彌補傳統實踐課程學習中的不足，增強學生的學習體驗感，進一步提升實踐課程的學習效果。

2.1 提供良好的互動學習體驗

虛擬現實技術的沉浸性可根據教學計劃安排，為學生構建接近真實的虛擬學習場景。學生佩戴虛擬現實設備后，可完全沉浸在學習場景中，如虛擬的機械加工車間、建筑工地或化學實驗室等，給予學生身臨其境的感受。而虛擬現實技術的互動性則允許學生在虛擬場景中與實操設備、操作物料、文字符號以及AI語音等進行實時互動，幫助學生順利完成學習任務，提升學習成就感和實踐參與度。此外，虛擬現實技術的靈活性為個性化學習提供了可能，其在線、實時的功能能夠滿足學生不同的時間安排，解決集中授課帶來的困境。

2.2 解決學校硬件條件難題

虛擬現實技術以其虛擬仿真的特性，可以將實踐課程所需的場景、設備和物料“搬進”虛擬空間。各地開放大學不再局限于自身的場地條件，僅需一個虛擬現實設備場地，按需配置VR設備、投影設備和傳感設備等，即可建立實踐課程的虛擬教室。這種模式不僅大幅減少了各專業實踐課程對場地、設備和耗材的投入，有效解決了硬件條件的難題，同時還降低了操作風險和設備損壞風險，為學生提供一個高質量、安全的實踐學習環境。

2.3 提供學習過程評價的數據支持

虛擬現實設備能夠記錄學生在學習操作過程中的行為表現數據。在學生進行交互操作時，虛擬現實設備可以記錄每位學生的操作順序、任務完成進度、每個步驟的操作時長、操作失誤情況以及重復操作情況等相關數據，并保存操作過程錄像。一方面，這些數據可用于實時交互反饋，提醒學生及時糾正錯誤操作，幫助其更好地掌握操作步驟和技巧；另一方面，教師可通過匯總生成的學生全過程操作數據及影像記錄，對學生的學習任務完成質量和學習態度進行評價，為最終的課程考核提供科學依據。

3 虛擬現實技術在開放教育學生實踐學習中的應用實施

虛擬現實技術在開放教育實踐課程學習中的應用實施，本文以開放教育專科機電一體化專業金工實習課程為例，探討虛擬情境實踐學習的應用實施流程。該課程的實施根據課程教學計劃安排，充分考慮機電專業學生的素質差異和學習需求，構建盡可能完善的學習場景和任務情境。通過教師的細致講解和演示，鼓勵學生積極完成操作練習和學習任務，并通過合理的過程評價機制完成對學生的形成性評價。具體流程圖如圖1所示。

3.1 課程實踐場景構建

根據金工實習課程教學計劃，學生需要了解金屬主要加工方法的工藝特點、設備及其應用，掌握鉗工、車工、銑工、焊工的基本操作技能，并熟悉相關設備及工、夾、刃、量具的使用方法。在虛擬場景構建中，首先需完成車間環境、操作設備、裝配加工零件等虛擬物體的建模，零件模型示例如圖2所示；其次，考慮到學生素質能力的差異，制作盡可能詳細的操作引導提示，幫助學生更容易掌握正確的操作流程；再者，根據課程章節安排，設置階段性的操作考核任務，例如每個任務要求完成某種形狀零件的裝配或加工操作，作為課程形成性考核的評分依據；最后，可設置自由練習場，提供多種類的加工零件庫供學生選擇，讓學生能夠根據自身需求進行自由練習。

3.2 教師課程知識講解及實操演示

教師的講授是課程學習的先導條件，包括理論知識講解和實操演示兩個方面。在理論知識講解方面，學生需要對相關專業知識有基礎的認知，例如金屬材料力學、熱處理方法、零件生產加工工藝、數控機床操作等知識，以便為后續的實操練習奠定基礎。在實踐操作演示方面，教師可以在課程虛擬現實場景內進行零件加工操作演示，例如鉗工、車工、銑工、焊工及數控機床操作等，并通過現場投屏或遠程網絡平臺視頻向學生展示操作流程和要點，使學生對實操內容有初步的認知。此外，對于初次接觸虛擬現實設備的學生，教師還需詳細講解虛擬現實設備及系統的操作使用方法。在實踐操作前，教師應充分說明設備的使用流程，例如如何正確佩戴設備、如何進入學習場景并選擇操作內容、VR界面各功能的講解以及設備使用的注意事項等，幫助學生快速掌握設備的使用方法。

3.3 學生進行虛擬仿真實操練習和過關

在學生實操階段，首先，學生可以根據課程每章節設置的階段性考核任務要求，例如特定零件的裝配、車削加工、銑削加工、材料焊接等，進行實操過關練習。在操作過程中，學生可根據虛擬仿真軟件的操作提示完成考核任務，虛擬現實系統將根據學生加工零件的完成度、精度等信息對操作進行評分。如果學生對自己的成績不滿意，還可以反復練習以刷新成績，同時提高操作的精細度和熟練度。

其次，學生可以在自由練習場景中，從零件模型庫中選擇各類零件進行自主練習，并獲得系統的相應評分。通過自由練習，學生能夠學會舉一反三，更好地適應現實中的各種金工要求，同時增強課程學習的趣味性，讓學生在實踐中樂于探索。此外，在學生自主學習和練習的過程中，教師應提供現場或線上指導，及時解答學生的問題并幫助解決突發狀況。

3.4 數據收集及學習過程評價

在學生實操練習過程中，虛擬現實系統能夠實時收集學生操作的各項數據，并進行實時反饋。例如，系統可以記錄學生加工零件的尺寸數據、材料焊接的完整度、零件裝配的緊密程度等，這些數據均可作為學習任務完成評分的參考依據。為了盡可能細致合理地對學生進行學習過程評分，虛擬系統的評分模塊可為每個任務的每道工序設置一定的參考標準值，系統按照評分公式對學生任務完成情況進行評分。此外，系統還可以記錄學生任務評分的刷新趨勢，以判斷學生的學習進步程度，同時統計學生設備使用頻率以分析其課程實踐參與度。

教師可以結合系統評分、學生學習記錄以及學生日常活躍度等主客觀因素，對學生的學習過程進行合理評價，并綜合學生的書面實踐報告，形成完整的課程成績。

4 結論

本文探討了虛擬現實技術在開放教育實踐課程學習中的可行性，并以具體課程為例，提出了一種基于虛擬現實技術的實踐課程學習模式，旨在提升開放教育學生實踐課程的學習體驗和學習效果。未來，虛擬現實技術與人工智能、大數據、移動互聯、物聯網等技術的結合，將為開放教育帶來智能化、開放共享學習的全新發展機遇。

參考文獻：

[1] 教育部. 教育部關于印發《國家開放大學綜合改革方案》的通知： 教職成〔2020〕6號[A/OL].（2020-08-31）[2024-08-30].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A07/zcs_zhgg/202009/t20200907_486014.html.

[2] 關欣.虛擬仿真技術在數控銑實訓教學中的應用[J].電大理工，2022（4）：33-36.

[3] 王臘梅，肖君.上海開放大學：創建沉浸式學習空間[J].中國教育網絡，2021（5）：69-71.

[4] 劉柳，楊兵，劉容，等.虛擬仿真實訓系統的深度學習影響因素研究[J].現代教育技術，2024，34（7）：113-122.

[5] 余勝泉，湯筱玙.智能時代的人才培養模式改革與創新[J].開放教育研究，2024，30（3）：45-52.

[6] 張世明，袁玥赟，彭雪峰.我國開放大學開放教育資源可持續發展研究[J].中國電化教育，2020（8）：119-126.

【通聯編輯：唐一東】

基金項目：浙江開放大學2022 年高等教育教學改革項目“虛擬現實技術在開放教育學生實踐學習中的應用研究”（主持人：盧韜全；項目編號：XJG202240） 的研究成果