基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的實踐育人體系構(gòu)建與研究

摘"要：虛擬現(xiàn)實技術(shù)采用計算機技術(shù)生成一個特定的虛擬環(huán)境，產(chǎn)生身臨其境的感受和體驗，以多感知、存在感、交互性、自主性等優(yōu)勢在教學(xué)輔助中占有非常重要的地位。實踐育人是高校教育工作的重要載體，是人才培養(yǎng)的必由之路。地學(xué)專業(yè)對實踐性有很高要求，實踐育人是地學(xué)人才培養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文對地學(xué)類專業(yè)實踐教學(xué)進行研究和探索，借助虛擬現(xiàn)實技術(shù)，創(chuàng)新構(gòu)建實踐育人體系，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，培養(yǎng)理論知識和實際應(yīng)用協(xié)調(diào)發(fā)展的復(fù)合型、創(chuàng)新型人才。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實；實踐育人；地學(xué)專業(yè)

中圖分類號：G642""文獻標識碼：A

Construction"and"Research"of"Practical"Education"System

Based"on"Virtual"Reality"Technology

—Taking"Geoscience"Majors"as"an"Example

Dai"Mengxue"Zhao"Feiyu"Chen"Hui

School"of"Geophysics"and"Measurementcontrol"Technology，East"China"University"of"Technology

JiangxiNanchang"330013

Abstract：Virtual"reality"technologynbsp;uses"computer"technology"to"generate"a"specific"virtual"environment，creating"an"immersive"experience"and"feeling.With"advantages"such"as"multi"perception，presence，interactivity，and"autonomy，it"plays"a"very"important"role"in"teaching"assistance.Practical"education"is"an"important"carrier"of"higher"education"work"and"a"necessary"path"for"talent"cultivation.The"geoscience"majors"have"high"requirements"for"practicality，and"practical"education"is"a"key"link"in"cultivating"geoscience"talents.This"article"conducts"research"and"exploration"on"practical"teaching"in"geoscience"majors，using"virtual"reality"technology"to"innovate"and"construct"a"practical"education"system，improve"the"quality"of"talent"cultivation，and"cultivate"compound"and"innovative"talents"who"coordinate"the"development"of"theoretical"knowledge"and"practical"applications.

Keywords：virtual"reality；practical"education；geoscience"majors

一、概述

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的到來，我國高等教育進入信息技術(shù)與課堂教學(xué)深度融合的發(fā)展期。利用技術(shù)創(chuàng)新、理念創(chuàng)新、模式創(chuàng)新，以學(xué)生為中心，形成更加優(yōu)化和適應(yīng)時代發(fā)展的創(chuàng)新型學(xué)習(xí)方式，促進創(chuàng)新型人才培養(yǎng)，支持創(chuàng)新型國家建設(shè)，將成為知識經(jīng)濟時代一種全球性的科技教育戰(zhàn)略。虛擬現(xiàn)實技術(shù)，是采用計算機技術(shù)生成一個特定的虛擬環(huán)境，能形成逼真的視、聽、觸覺一體化效果，產(chǎn)生身臨其境的感受和體驗［1］。虛擬現(xiàn)實技術(shù)以多感知、存在感、交互性、自主性等優(yōu)勢在教學(xué)輔助中占有非常重要的地位［2］。

實踐育人是高校教育工作的重要載體，是人才培養(yǎng)的必由之路［3］。地學(xué)類專業(yè)，包括地球物理學(xué)、勘查技術(shù)與工程、防災(zāi)減災(zāi)科學(xué)與工程、智能地球探測等，是對實踐性有很高要求的工科專業(yè)，實踐教學(xué)是保證教育質(zhì)量的關(guān)鍵［45］。要想培養(yǎng)能夠主動適應(yīng)行業(yè)需求、服務(wù)社會經(jīng)濟發(fā)展的高素質(zhì)應(yīng)用型人才，高校必須充分利用社會和行業(yè)資源，建設(shè)優(yōu)質(zhì)育人體系，在教學(xué)全過程、各環(huán)節(jié)實現(xiàn)產(chǎn)教深度融合，打造包括課程資源、師資力量和實踐平臺在內(nèi)的教學(xué)保障資源，提升人才培養(yǎng)質(zhì)量［67］。然而調(diào)查發(fā)現(xiàn)，地學(xué)類專業(yè)的實踐教學(xué)中還存在理論與實踐教學(xué)不夠融合、能力培養(yǎng)與行業(yè)需求不夠貫通等不足。

因此，本文對地學(xué)類專業(yè)實踐教學(xué)進行研究和探索，借助虛擬現(xiàn)實技術(shù)，創(chuàng)新構(gòu)建實踐育人體系，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，培養(yǎng)理論知識和實際應(yīng)用協(xié)調(diào)發(fā)展的復(fù)合型、創(chuàng)新型人才。

二、實踐育人體系構(gòu)建

本文秉持“學(xué)生中心、產(chǎn)出導(dǎo)向、持續(xù)改進”理念，以“校內(nèi)實驗課程、校外實習(xí)實訓(xùn)、線上虛擬仿真”教學(xué)平臺為依托，以課程建設(shè)、科教融合創(chuàng)新、學(xué)科交叉滲透引領(lǐng)專業(yè)實踐課程體系構(gòu)建。充分貫通“創(chuàng)新項目、學(xué)科競賽、課程設(shè)計”，融“課內(nèi)實習(xí)、野外實習(xí)、專業(yè)綜合實習(xí)、生產(chǎn)科研實習(xí)”為一體，開展混合教學(xué)，拓展能力訓(xùn)練，建立健全實踐育人體系。

（一）聯(lián)動“專業(yè)+”混合式實踐模式，提升學(xué)生創(chuàng)新能力

實施本科生導(dǎo)師制度，為每一位本科生分配指導(dǎo)教師，為學(xué)生設(shè)計能夠培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的實踐課題，在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練平臺、雙創(chuàng)基地等平臺支持下，通過項目實踐，引導(dǎo)學(xué)生由被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)樽灾鲗W(xué)習(xí)、由接受性學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)樘骄啃詫W(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生綜合處理問題的能力。

瞄準“東方杯”全國大學(xué)生勘探地球物理大賽、“創(chuàng)新杯”全國大學(xué)生地球物理知識競賽、全國大學(xué)生測井技能大賽等專業(yè)特色賽事，讓學(xué)生通過參加競賽調(diào)動學(xué)習(xí)積極性，增進交流，提高水平。指導(dǎo)教師同時也可以在競賽中了解行業(yè)動向，總結(jié)教學(xué)不足，增進與學(xué)生的互動，達到“賽教融合”。

注重課程設(shè)計的與時俱進：一方面，結(jié)合指導(dǎo)教師的科研及生產(chǎn)項目，制定與專業(yè)前沿和實際生產(chǎn)相結(jié)合的課題，讓學(xué)生依托學(xué)校創(chuàng)新實踐平臺，利用學(xué)院實驗室資源進行研究，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性思維；另一方面，緊跟科技發(fā)展熱點，制定科技創(chuàng)新前沿性課題，激發(fā)學(xué)生挑戰(zhàn)熱情。

（二）融入全景式虛擬現(xiàn)實技術(shù)，增強學(xué)生沉浸式體驗感

現(xiàn)有教學(xué)資源無法充分滿足當前地學(xué)專業(yè)的實踐教學(xué)需求。教師利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，建立虛擬仿真實驗平臺，可以擺脫設(shè)備與環(huán)境的制約，構(gòu)建全面的實踐教學(xué)項目。虛擬實驗室的沉浸式、交互式深度教學(xué)，可以提升學(xué)生的存在感、直覺和專注度，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新熱情（見下圖）。

基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的實踐教學(xué)圖

1.針對危險性實驗，搭建全景式虛擬實驗室

地學(xué)類專業(yè)某些實驗的現(xiàn)場考察學(xué)習(xí)存在一定的危險系數(shù)，如放射性勘探、炸藥震源的地震勘探、堤壩危險性勘查等。采用結(jié)合全景式虛擬現(xiàn)實技術(shù)的交互式授課方式，可以精確模擬真實環(huán)境，采用傳感器模擬視覺、聽覺、觸感、力量等，達到與危險現(xiàn)場一致的體驗。

2.針對復(fù)雜地質(zhì)條件，設(shè)計多角度虛擬情境

受區(qū)域地質(zhì)、地形地貌條件制約，在專業(yè)課程實踐教學(xué)過程中，一些實驗場所在實際中無法達到，如深海、深地、高空等。傳統(tǒng)的視頻演示只是平面的、固定的且感官單一的體驗。基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)，學(xué)生可以在虛擬實驗室中，沉浸式、趣味性地參與到復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境研究中，提升學(xué)生的存在感、直覺和專注度，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新熱情。

3.針對精密儀器操作，補充交互式操作過程

一些實驗因設(shè)備和器件的制約而無法更好地開展，教學(xué)模式落后于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)進步的步伐。針對精密儀器操作，基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)補充交互式操作過程，學(xué)生可以互動式地操作虛擬儀器，并獲得和現(xiàn)實中一樣的反饋，節(jié)省成本，且不受環(huán)境限制，可反復(fù)操作練習(xí)。

（三）打造多元融合的實踐教學(xué)平臺，促進學(xué)生專業(yè)素質(zhì)進階

專業(yè)核心課程課內(nèi)實習(xí)為實踐教學(xué)的第一層次，是在專業(yè)核心課程的教學(xué)過程中開展的教學(xué)實驗。在課堂知識的基礎(chǔ)上，結(jié)合教學(xué)實驗，培養(yǎng)學(xué)生動手能力，達到從理論到實踐的轉(zhuǎn)化。

野外實習(xí)為實踐教學(xué)的第二層次，是在校外實習(xí)基地開展的集中實習(xí)，包括地質(zhì)認識實習(xí)、勘探技能實習(xí)等。該實習(xí)通過方案設(shè)計、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、剖面解釋與報告編寫等五個環(huán)節(jié)的教學(xué)，使學(xué)生系統(tǒng)掌握各種勘探技術(shù)，同時培養(yǎng)學(xué)生吃苦耐勞的工匠精神和精誠合作的團隊精神。

專業(yè)綜合實習(xí)為多層次實踐教學(xué)體系構(gòu)建中新加入的教學(xué)層次，是在野外實習(xí)過程中進行的勘查方法綜合實習(xí)。通過將電法、重磁、地震等多種方法的數(shù)據(jù)相結(jié)合，多角度綜合解釋地下結(jié)構(gòu)，增強學(xué)生對不同勘探方法橫向?qū)Ρ群驼J識，提升學(xué)生在實踐中靈活選取及運用多種方法組合的綜合能力。

生產(chǎn)科研實習(xí)是實踐教學(xué)體系的最終層次，也是提升畢業(yè)論文質(zhì)量、提高學(xué)生實踐能力、促進就業(yè)的重要環(huán)節(jié)。為了保障這一環(huán)節(jié)順利開展，與國內(nèi)行業(yè)對口單位建立產(chǎn)學(xué)研基地，并且發(fā)揮科研優(yōu)勢建立密切合作，實現(xiàn)實踐育人、科研創(chuàng)新和生產(chǎn)應(yīng)用的有機結(jié)合。

三、專業(yè)實踐評價指標體系

科學(xué)的考核方法對實踐教學(xué)將產(chǎn)生良好的促進效果。通過對近年來的實踐教學(xué)實際調(diào)研，結(jié)合專業(yè)教育的特點，制定了較為完善的評價方法和評價指標，為合理評價實習(xí)成績提供了標準，保障專業(yè)實踐教學(xué)質(zhì)量。

評價體系不僅要考慮專業(yè)知識和技能，還要關(guān)心學(xué)生的工作態(tài)度、綜合素質(zhì)以及實踐效果等。本文將實踐成績評定的標準分為五個評價因子：思想態(tài)度、準備工作、能力素質(zhì)、平臺互動和實踐效果。對每個因子建立詳細的評價指標，由此進行實踐成績的定性及定量考核，保證評價的客觀性和全面性，同時也便于讓學(xué)生明確實踐的目標和要求。實踐成績的評定分為小組成績、教師評定和組內(nèi)評分三部分，小組成績是團隊成績，教師評定是由指導(dǎo)教師進行評定，組內(nèi)評分由實習(xí)小組進行組內(nèi)互評。設(shè)計合理的權(quán)重得出最終成績。這種個人成績與團隊成績結(jié)合的方式可以培養(yǎng)學(xué)生的責(zé)任感和團隊合作能力。

結(jié)語

本文融入虛擬現(xiàn)實技術(shù)，創(chuàng)新構(gòu)建地學(xué)類專業(yè)實踐育人體系，提高實踐教學(xué)效果。通過在教學(xué)中增加專業(yè)前沿的應(yīng)用案例，融入全景式虛擬現(xiàn)實技術(shù)，增強學(xué)生沉浸式體驗感，以問題為導(dǎo)向逐步將實踐能力融入課程教學(xué)，讓學(xué)生能將課堂的教學(xué)內(nèi)容從書本的知識點運用到具體實踐中，實現(xiàn)淺層學(xué)習(xí)到深度學(xué)習(xí)的認知提升。依托科研項目和大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目等，組織不同學(xué)科的學(xué)生共同進行科學(xué)研究探索，多方面支撐專業(yè)實踐課程體系建設(shè)和高水平人才培養(yǎng)。著眼科研實踐訓(xùn)練，構(gòu)建多層次、多路徑的實踐培養(yǎng)方案，培養(yǎng)出“知識廣、能力強、素質(zhì)高”的高層次應(yīng)用型技術(shù)人才，滿足社會對高質(zhì)量人才的需要。

參考文獻：

［1］李中燾，周元玲.虛擬現(xiàn)實技術(shù)賦能地方高校“第二課堂”創(chuàng)新研究［J］.桂林航天工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2024（4）：594599.

［2］楊思帆，朱晏平.虛擬現(xiàn)實技術(shù)賦能美國教師教育實踐訓(xùn)練的歷程、效果、走向及啟示［J］.現(xiàn)代教育科學(xué)，2024，7（4）：142149.

［3］梁晴雪，胡昊.高校實踐育人質(zhì)量全生命周期評價指標體系研究［J］.河南師范大學(xué)學(xué)報（哲學(xué)社會科學(xué)版），2024，51（5）：144150.

［4］潘思東，周國華.專創(chuàng)融合下的地學(xué)人才培養(yǎng)路徑研究［J］.中國地質(zhì)教育，2023（01）：2833.

［5］時元玲，張平松，陳孝楊.新形勢下提升傳統(tǒng)本科專業(yè)生源質(zhì)量的思考和認識：以地學(xué)專業(yè)為例［J］.文教資料，2022（01）：143146.

［6］劉瓊玉，米鐵，楊志華，等.新工科視域下地方高校產(chǎn)教融合協(xié)同育人探索與實踐：以江漢大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)為例［J］.高教學(xué)刊，2021（32）：3841.

［7］彭佳媛，劉晨潔，劉慧芳.高職院校依托地方文化構(gòu)建實踐育人路徑研究［J］.黑龍江教師發(fā)展學(xué)院學(xué)報，2024，43（10）：6770.

基金項目：2023年江西省教育廳江西省高等學(xué)校教學(xué)改革研究省級課題“基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的‘三貫通、四融合、一體化’實踐育人體系構(gòu)建與研究——以勘查技術(shù)與工程專業(yè)為例”（JXJG23613）；2023年江西省教育廳江西省學(xué)位與研究生教育教學(xué)改革研究項目“基于SPOC的項目驅(qū)動式《計算地球物理學(xué)》研究生課程教學(xué)模式探索與實踐”（JXYJG2023110）；2024年東華理工大學(xué)實踐教學(xué)類建設(shè)項目“地球物理學(xué)專業(yè)地學(xué)大數(shù)據(jù)及人工智能綜合教學(xué)實踐基地”（DHJD202402）

作者簡介：戴夢雪（1990—"），女，漢族，安徽淮北人，博士研究生，講師，主要從事地震勘探研究。