VR技术在高校实训教学中的应用—以物流工程专业为例

（西南林业大学，云南 昆明 650224）

1 引言

VR（Virtual Reality）技术，即虚拟现实技术，这个理论在上个世纪80年代就已经被提出来了，但由于当时科技水平的限制和成本过高等一些因素的制约，很多理论仅停留在概念阶段。随着科学技术的迅速发展以及硬件技术的突破，此技术已经大量的应用于各行各业，比如军事、交通、医疗、教育、航天等高端行业，特别是在教育方面，VR技术更是发挥着巨大的作用，使教育手段更加多元化，使受教育者的学习效率大大提高。这一技术的出现必将会给传统教育的模式带来一场新的变革，让现代的教育方式更具生命力[1]。

2 VR技术概述

VR技术的三大特性如图1所示。

图1 VR技术的三大特性

VR技术主要由模拟环境、感知、自然技能和传感设备等内容组成。模拟环境是要由计算机生成实时动态的三维立体图像，它模拟的环境更加逼真，并且具有多感知性，除了具有一般的计算机所有的视觉感知外，还具备诸如运动感知、视觉感知、触觉感知等诸多感知功能[2]。除了具有多感知性，它还具备了交互性，自主性以及存在感等性能。VR技术就是在人机交互的基础上，操作者可以通过一些硬件设备，诸如头盔、键盘、眼睛、手套等操作工具与计算机进行交互，从而融入到这个虚拟环境之中，成为其中的一份子，能够较为真实地感知到虚拟世界中的各种对象，并且可以进行一些操作，从而可以很好地达到理解和掌握知识。

3 VR技术在高校实训中的优势

3.1 节省教学成本

实训的相关设备是实训的基础，在现代化的高等教育中，进行实训的设备种类繁多，并且大多价格不菲，而且更新换代的速度较快。例如物流工程专业的仓储实训课程，由于每个行业的仓储系统是不一样的，并且现如今仓储设备更新速度较快，高校没那个经济能力让学生都去尝试体验。在这种模式下，不仅学生实际操作的机会很少，对相关设施的认识也会理解不深，而且最主要的是一般学校负担不起这么高的教学支出，还要面临购买的设备需要维护和被淘汰的风险。VR技术的应用，可以通过在模拟现实场景，利用一些智能穿戴设备来操纵虚拟的设备，跟人在现实世界中操作设备相差无几。当实训的设备需要更新时，只需重新建模即可，非常方便，不需要维护，也不会因为设备过时而造成资源浪费。

3.2 教学灵活

实训教学现已被高校越来越重视，通过实训既能培养学生的实践动手能力，也能培养学生的创新能力。比如物流工程专业的学生培养不仅不能只局限于课本理论的教学，而且因为现代物流技术的发展可谓是日新月异，所以就对实训教学提出了更高的要求。传统实训中的教学内容和方式比较固定，没什么延伸和拓展，将VR技术引入到教学中，可以因材施教，因社会需要，为学生私人订制实训内容。在时间和空间上，相较于传统的实训教学模式，VR技术使教学更为灵活。

3.3 提高学生的学习兴趣

目前的高校工程训练还是以现场教学为主，学生的参与成度低，没有积极性，达不到理想的效果。以物流仓储实训中的教学为例，我国的高校针对这方面的工程训练教学大多以去企业现场进行参观实习为主。不仅组织起来费时费力，而且学生在实习中仅仅局限于参观，无法去亲自实操体验，这就大大降低了学生学习的积极性，也无法锻炼学生的实践动手能力。VR技术是一种更为直接的交互方式，革新了传统的教学模式，提供了直观的形象的视觉和听觉的体验，将来也很有可能有更多的感官，其真实程度会越来越高，进而使学生参与积极性提高。并且VR技术使复杂的结构简单并具体化，降低了学习难度。学生也可以不受时间、空间的限制，可以随时随地进行反复多次操作练习，同时VR技术作为一种新生的科技成果，也从另一方面提高了学生的使用和学习的兴趣。

3.4 实训安全性高

由于在现实的实训过程中，难免会出现一些不安全因素，比如在物流设备操作的实训过程中，由于学生的操作不当等造成受伤。VR模拟教学作为虚拟的环境，可以完全避免此类状况的发生。并且，老师可以提前通过对系统设置，使学生在实操的过程中，只要一出现错误，系统就可以给予其一定的警示，进而让学生认识到自己的错误，并逐步养成正确的操作习惯[4]。

学生在VR环境中进行工程训练如图2所示。

图2 学生在VR环境中进行工程训练

4 VR技术在高校实训教学中推广的关键

4.1 前期投入成本

尽管近几年VR技术得到了迅速的发展，但VR设备及其软件开发的成本还是比较高昂。如果高校在实训教学中引进VR技术，需要的设备数量不是一个小数目，引进初期仅在设备购置这一项的投入资金就是相当大的。

4.2 VR场景的建模

VR设备的使用需要虚拟场景的支撑，而虚拟场景的开发离不开虚拟现实建模，所以在实训教学中，如何根据实训教学的需要建立合适的模型成为该项技术应用的重要前提。面对不同的学校、不同的专业、不同的教学目的，实训的种类繁多，根据不同的实训内容构建不同的VR实训模型是一项既关键又极具挑战的工作。

4.3 统一标准，共享平台

上文中提到了VR场景的开发是一项复杂的工作，如果每一个高校都根据自己的要求来开发VR相关的实训教学内容或系统，从全国范围来看，就会造成资源的极大浪费。可以由政府牵头规范，制定一个统一的VR教学开发的标准，全国范围内的高校可以合作共同开发，并构建共享平台，这样不仅能节约教学资源，而且能节省开发时间[3]。

5 VR技术应用在实训中的教学设计

随着电子商务的发展，仓储在物流中所起的作用越来越凸显，仓储作业技术的革新也是日新月异。所以，在物流教学实践中为了能够让学生及时了解和掌握这些物流技术，能够更好的理论联系实际，并做到与时俱进，建议高等院校在物流实践教学中引入虚拟现实技术。以物流仓储实践教学为例，具体教学课程设计如下：

（1）实训前的理论教学。在进行实践教学之前，需要先让学生了解物流仓储系统，仓储是一个系统工程，大致分为入库、盘点、分拣、包装、出库等。先把学生分为几个组，分别对应这几个作业流程。让每个组的学生都认识一下各个流程，为实训打下理论基础。

（2）虚拟现实教学。利用VR技术，展示某仓库的布局及其设施，通过预先的设计，学生可以通过触摸按钮，对某一设备进行更具体的观察和认识，并进行比较。并且每一个设备都会配有对应的说明以及注意事项，从而让学生对仓储有个大致的直观的认识。

（3）安全教育。虽说是虚拟现实环境，但也要按现实生活可能遇到的非安全因素，对学生进行相关的安全教育，利用VR技术先让学生身临其境进行观看易出现状况的环节和出现状况后正确的应急处理方式。这样才能在学生遇到实际情况时，知道该如何处置。

（4）实操训练。按之前分好的组别，模拟某电商仓库的日常运营（训练主题不仅限于此），在进行模拟实训过程中，对于学生出现的违规操作以及不安全的操作，可以在操作的界面引入警报系统，当出现这些操作时，界面的就会出现红色闪烁报警，提醒学生出现错误，并会扣掉相应的分数，同时也会设有加分环节，来表扬那些操作得当和娴熟的学生。

（5）实训总结。最后会在模拟实训结束后，系统会根据每位学生在实训过程中的表现，进行评比打分，并打印出实训成绩单包括最终的分数和扣分的原因。实训结束后，学生要根据成绩单和实践训练写实训报告，交给指导老师，并由老师给予指导建议[4]。

6 结语

将VR技术应用在高校实训教学中具有显著的优势，在教学成本、教学内容、学生兴趣和安全性等方面与传统教学相比具有明显的优越性。尽管VR技术在高校实训教学中的普及还面临诸多挑战，一是配置VR系统前期投入成本高；二是VR场景的开发难度比较大；三是没有一个统一的开发标准和规范，没有能建立有效的合作平台。但是，随着科技的发展，引进VR技术的成本会逐渐降低，技术也会越来越成熟，VR技术在高校实训教学中的推广应用是大势所趋。

[1]卢强,童子方,李伟.浅淡虚拟现实技术在教学中的应用[J].科技视界,2016,(26):157.

[2]朱斌,曹漫祥.VR技术及其在现代教学中的应用[J].中国教育信息化,2007,(9):62-64.

[3]许婧.VR技术在物流工程专业实践教学中的应用研究[J].物流工程与管理,2016,(7):279-280.

[4]林梅彬.虚拟现实技术在汽车拆装实训中的应用[J].教育教学论坛,2017,(8):241-242.