基于OBE理念的VR/AR人才培养模式研究*

周莉梅 ，卢 宇

（1.福建师范大学 教育学院，福建 福州350117；2.福建师范大学 协和学院，福建 福州350117）

一、引言

《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》提出，要加快VR、AR等核心技术创新发展。计算机、互联网技术所带来的变革日新月异，为适应知识经济的发展，迫切需要大批具有虚拟现实和增强现实技术的应用型专门人才。党的十九大报告高度重视人才培养工作，高校在人才培养的过程中应明确自身的定位并以此来设计人才培养的策略，VR/AR作为改变社会最具潜力的新技术之一，培养具有VR/AR开发能力的人才是新时代赋予应用型本科人才培养的历史使命。

虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术是一种能够建立并让人体验虚拟世界的计算机仿真系统，其构成的虚拟世界具有很强的仿真效果[1]。增强现实（Augmented Reality，AR）技术可以让用户看到一个添加了虚拟物体的真实世界，不仅可以展现真实世界的信息，而且将虚拟的信息实时显示出来，两种信息相互补充、叠加[2]。混合现实技术（Mixed Reality，MR）是虚拟世界与现实世界无缝融合的技术，是在保持对现实世界正常感知的基础之上，通过建立虚拟世界与现实世界之间的联系，再将人类感官延伸到虚拟世界[3]。示，2017年AR/VR初创企业已获得25亿美元投资。值得注意的是，《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》明确提出，要加快虚拟现实、增强现实、全息成像等核心技术创新发展。国家政策的支持将有利于VR和AR技术的普及，自然对于这方面的人才需求很大，高等院校培养虚拟现实和增强现实的人才将成为大势所趋。

据国际数据公司（IDC）预测，全球在VR/AR上的支出将在2018年达到178亿美元，来自该产业的巨大需求也将继续推动教育行业VR/AR人才培养的发展。2016年5月3日，美国加州圣何塞的科格斯韦尔大学（The Cogswell College）正式开办VR和AR专业，成为全球首家创办VR和AR行业人才认证的高校。同年7月，澳大利亚迪肯大学设立了VR和AR的硕士研究生专业，此举更表明对高质量VR/AR人才需求进入了迫切的阶段。此外，国外还有许多所大学也都随之开设了VR/AR专业或开设具有针对性的相关课程。

2017年深圳市大象虚拟现实技术培训学校的成立填补了我国没有VR专业的空白和遗憾，为大力普及虚拟现实技术，同时国内部分高职院校开设的数字媒体技术专业也有VR/AR方向的人才培养，但应用型本科院校由于专业师资、硬件系统等方面存在的瓶颈问题，尚未涉足VR/AR专业人才的培养。VR/AR需要不断学习新知识、新技能、新科技，本科院校培养高素质的VR/AR专业人才更能满足VR/AR人才市场的需求。除了国内公办的职校陆续开始培养虚拟现实和增强现实方面的

二、VR/AR人才需求分析及高校现状

LinkedIn（领英）在2016年发布的全球VR人才报告[4]反映出高质量VR人才的匮乏成为中国VR产业发展的核心症结。根据CB Insights的最新预测，增强现实（AR）将成为2018年科技发展的15大趋势之一。市场调研公司 Digi-Capital的最新数据（2017年12月）也显人才外，各种民办辅导培训机构对该类型人才的培养更是如火如荼地开展着，而本科学校对这个专业的开设还在不断探索的阶段，因此一套切实可行的人才培养方案对高校开设该专业有着重要的意义和价值。

针对上述研究现状，本研究结合教育与生产相结合理论、建构主义学习理论、实用主义学习理论[5-7]，基于成果导向教育（Outcome Based Education，OBE）理念和产学研教育模式开设虚拟现实和增强现实专业。在OBE教育模式中，学生学到了什么和是否成功远比怎样学习和什么时候学习重要[8]，正是由于OBE这种教育理念聚焦社会对人才的实际需求[9]，因此，在本科教育中使用OBE理念来指导VR/AR方向的人才培养具有重要意义。此外，虚拟现实和增强现实专业作为一门应用型学科，除了课堂学习外需以技能培训为中心，所以有必要开展校企合作，建设产学研相结合的实训基地，开展实训教学。

三、VR/AR专业人才培养的目标与规格

1.培养目标

从人才分析的角度来看，虚拟现实和增强现实工作者应该具有扎实的虚拟现实理论基础、较强的虚拟现实开发技能，掌握虚拟现实和增强现实技术的基本理论、基本技能、技术实现原理、各种虚拟角色造型与色彩、材质与特效制作、产品结构与人机交互等能力模块，是能够在影视虚拟现实、人机交互、数字虚拟、游戏制作等领域从事手游客户端开发工程师、手游服务端开发工程师、虚拟现实开发工程师、虚拟现实场景建模师、软件开发工程师等岗位的高素质人才。

2.培养规格

VR/AR方向的专业设计以市场为先导，围绕行业经济科技发展的需求开展教学，教学设计按照教学规律，以培养面向企业需求的职业技能为宗旨，确定专业的人才培养目标，因此在专业设置、培养目标和培养规格等方面都有各自的特点。市场对VR/AR专业的毕业生在专业知识、能力、技能、职业道德、综合素质方面都提出了较高的要求。毕业生应当掌握必要的理论知识与专业知识，具备优良的道德职业精神和创新精神。

VR/AR人才培养规格知识目标广度通识教育：掌握所有学到的知识，并内化成自己的，能够理解并运用深度专业知识：对专业知识有深度的了解，并具有专业专长能力目标绘画基本能力和相关计算机应用软件运用能力虚拟现实产品创意、设计与开发能力计算机开发、游戏引擎操作与运用能力市场调研和营销策划能力阅读本专业一般英文资料的能力素质目标思想品德素质优良，有较强的解决实际问题的能力、自学与获取信息的能力，欣赏与鉴别、组织管理能力、开拓创新能力，身心健康

四、VR/AR专业课程体系构建

1.专业培养整体框架建设

虚拟现实和增强现实技术专业是一门涉及计算机技术、物联网技术、艺术等领域的具有很鲜明交叉性特征的专业。作为受技术变革影响较大、产业发展变化较快的行业领域，该专业所培养的人才应具备创新精神和创新意识。虚拟现实和增强现实技术专业的课程体系是在对行业背景和人才需求分析的基础上建设起来的。专业课程体系的设置以市场需求为导向，以职业岗位为依据，确定了培养目标与毕业要求达到的程度，通过结合专业认证、行业规范等标准，基于OBE教育理念和产学研教育模式制订了以创新创业为主线的人才培养方案。按照公共课、基础知识、专业技能、项目实训、创新中心生产等内容来开发相应课程和开设相关技能操作实践，专业培养整体框架路线如图1所示。

图1 专业培养整体框架路线流程图

为了使培养出来的毕业生能够适时适当地响应人才市场需求且具有创新精神，在培养过程中：①学生要接受政治、体育、英语等通识课程的教育以适应社会主义现代化建设的需要，同时要具有较高的艺术修养以满足行业发展中对虚实场景的绘制和创意设计等需求。②扎实的虚拟现实和增强现实理论基础及较强的开发技能是从事该行业不可或缺的前提条件，这就对学生提出了以下三方面的能力要求：要具备基础程序语言的编写与应用能力，能够利用游戏引擎、按照指定要求来完成实际开发游戏的能力；要能够在领会本专业基础知识的同时对其它与之密切联系的数字产业内容有所认识；要掌握游戏开发、场景制作等基本技术手段，具备对“VR+”、“AR+”等项目的开发实战能力。③高素质的应用型人才培养离不开实训实践的锻造，通过OBE教育和产学研相结合的理念让学生在虚拟实验室融合大量微小项目和案例练习，并大胆走向企业跟进商业项目，从而培养具有团队精神和创新意识的社会有用之材。

2.专业课程课题配置分析

（1）课程体系配置

在产业多元化和专业交叉化发展的今天，只注重针对性强且涉及面窄的专业知识学习显然不能满足社会对人才日益增长的需求，为了帮助学生了解不同学科的发展概况，深入探索各学科之间相互联系和互动式发展，开拓视野，帮助他们建立合理、科学的知识结构，需要学校建立科学系统的课程体系。VR的核心技术主要涉及图形图像、输入算法、交互、光学等尖端领域，在这个负荷度极高的领域里，本研究构建了一个适合应用型本科开设虚拟现实和增强现实专业的人才培养方案，该方案的课程体系建构如图2所示。

图2 专业课程体系配置（以虚拟现实开发方向为例）

学校按照“校企互融”“产学互动”“成果导向”的方式采用“3+1”人才培养模式，即前3学年在学校完成专业基础和专业实践的教学任务，能够规范地使用与专业相关的软硬件工具，掌握虚拟现实案例开发的基本操作技巧，发散思维，让学生熟悉虚拟现实行业的发展规律，培养学生具备计算机技术、增强现实技术等跨学科的视野与运用能力，训练学生熟练掌握VR制作相关的建模、材质、灯光、渲染、粒子系统、物理动力、光学特效、VR交互、游戏引擎开发、网络技术等知识和技术，以及完成AR硬件平台应用开发的案例和实践，为后期的实习奠定良好的基础。最后1学年进入校企合作的岗位中进行适应性训练，并完成毕业设计和毕业论文的撰写。同时整个本科学习期间辅以综合实践来促进学生的全面发展。

（2）通识教育与专业基础课程

当代大学生是我国经济建设的智力保障和支持，必须具备良好的思想意识、丰富的理论知识以及相关的技术水平等，我国教育工作的重中之重在于培养学生的综合素质[10]，为了使培养出的人才具有高尚的道德修养，开设了通识教育的相关课程。第一学年中，还开设了《实用英语》《大学体育》以及通识教育选修课等公共基础课程，同时专业课程体系构建体现了交叉学科的特点，综合考虑了学生毕业后进入企业的应用情况，其中《艺术设计基础》（4学分，72学时，理论课）课程的开设在一定程度上提高了学生的艺术修养和审美能力，《数字色彩构成》（3学分，14+42学时，14学时理论课+42学时实践课）和《数字平面处理》（3学分，14+42学时）两门课程以教师教授和学生临摹的方式完成，通过学习要求学生能够具备基本的手绘能力和掌握基本的美术理论知识；计算机技术学科类的相关课程例如《C程序设计基础》（5学分28+56学时）、《C#面向对象程序设计》（4 学分，24+48 学时）、《计算机网络基础》（3学分，56学时），理论课和实践课相互穿插的教学方式让学生掌握基础的计算机语言，具备基本的计算机编写与应用能力，为后续开发设计打下基础。此外，《数据库基础》（24+48学时）和《数据结构与算法》（24+48学时）两门专业基础课程安排在大二学年学习。

（3）核心课程

第三学期起，学生开始涉及虚拟现实专业中设计开发方向的核心内容，在专业核心课程修订中以成果为导向，反向设计、正面实施，把“需求”作为起点和终点，从最大程度上保证虚拟现实专业的教育目标和结果一致性，课程设置要充分体现本专业所必须掌握的专业原理、方法和技术，既要强调专业基础知识的学习，又要重视课程实践环节，因此增加了课程的实践内容，让学生拥有更多的实践机会，做到学以致用。围绕学生应具备的能力目标，开设了虚拟现实原理、3Dmax虚拟现实建模、Unity3D引擎基础、游戏引擎与原理架构、游戏框架设计与制作、Unity3D VR游戏开发、VR全景漫游制作、VR网络游戏开发等方面的主干课程。另外，还考虑设置了专业选修课程，学生可以根据自身的兴趣爱好进行自行选择，从而更好地发挥学习的积极性和自主性[11]。

其中《虚拟现实基础原理》（3学分，56学时）、《虚拟现实交互设计原理》（4学分，24+48学时）课程，主要培养学生在虚拟现实设备硬件上与虚拟空间中关于人机交互的思维与设计能力，理解人机交互的重要性和一般规则，并利用相关知识，以具体的原创设计案例分析来理解交互设计在虚拟现实开发过程中的重要性，实现虚拟现实中的人机交互操作。

《3Dmax虚拟现实建模》（8 学分，24+120学时）课程要求学生熟悉Max软件的界面、功能，能够实现基本操作和运用，通过理论与实践的结合，掌握3d Max的材质创建、灯光创建与编辑、渲染设置等几大模块的操作方法，使学生在3d Max中把动画制作流程融会贯通；《Unreal游戏引擎基础》（6学分，28+80学时）要求学生理解关卡、粒子等概念，掌握其设计基础并实现操作，掌握Unreal引擎中基本物理效果的原理与开发方式，理解并掌握游戏内用户界面设计的内容，掌握游戏内声音的使用与调节方式，掌握游戏后期处理的主要方法并实际操作后期处理编辑器，实现开发需求，理解虚幻引擎中动画的实现方法，培养了学生对游戏引擎的认知；在掌握Unreal引擎的基础上，设置了《游戏引擎原理与架构》（4学分，24+48学时）、《游戏框架设计与制作》（4学分，24+48学时）和《Unreal VR游戏开发》（8学分，24+120学时）三门课程，这些课程涵盖了游戏引擎软件开发的理论及实践，包括游戏开发中的大规模架构，供调试、源代码控制及性能剖析的游戏开发工具，引擎基础系统、渲染、碰撞、物理、角色动画、游戏世界对象模型等引擎子系统，以及多处理环境下的游戏编程，培养学生将已经拥有的知识与技能进行整合与运用的能力，强化学生对游戏构架的理解，让学生实现完整游戏的制作，要求学生掌握Unreal引擎的进阶功能与开发技巧，熟练使用该引擎，结合自身创意思维能力，将已经拥有的知识与技能进行整合与运用的能力，强化学生对游戏构架的理解，让学生实现完整游戏的制作，进行适用于VR环境与硬件设备的中小型游戏开发。

《VR网络游戏开发》（8学分，24+120学时）课程培养学生对网络游戏的认知，理解网络游戏与非网络游戏的区分，强化学生实际开发游戏的能力，培养学生利用已有知识结合实际要求，实现网络游戏开发的能力；通过《AR增强现实开发基础》（4学分，24+48学时）这门课程让学生对VR/AR/MR的概念有理解与区分，并对AR的实现形式有充分理解，掌握基于Vuforia SDK开发AR应用、AR动态模型的操作技巧，掌握视屏通道的制作方法和 AR游戏开发的流程，掌握AR与其他软件的结合方式，实现小型 AR项目的制作。《VR全景漫游制作》（4学分，24+48学时）介绍了一种新型的展现方式，VR全景漫游可以在由全景图像构建的全景空间里进行自由切换，达到漫游各个不同场景的效果。

《游戏开发案例》（6学分，24+84学时）通过分析相关游戏案例，让学生能够在已有的理论基础和能力基础上开发相似的游戏。通过对大量虚拟现实专业核心课程的学习设置了专业实践《手游框架开发》（4学分，72学时，实践课）和《HTC Vive虚拟现实开发案例》（6学分，112 学时）。

核心课程的教学中以能力目标为中心组织课程内容，让学生在完成项目过程中来构建虚拟现实的知识体系，并通过项目的实训来形成相应的虚拟现实开发设计能力。实训在课程教学中起到至关重要的作用，每门课程都有具体的实训任务，在项目完成后要写好实训报告，培养学生综合运用基础知识解决实际问题的能力。

（4）实训模块

在虚拟现实和增强现实实训模块，结合专业发展特色和社会需求开设大量专业模块实训，学校通过选拔优秀、强化平均、照顾后进的设想，围绕人才不同特点和发展的不均衡性，循序渐进地安排实训内容，将项目按照难易程度的不同划分为ABC三个级别：A级（13学分，224学时）难度最大，有三个项目供选择，学生需完成其中一项，例如《VR旅游》交互式全景项目制作要求学生具有深度学习VR类游戏开发这种高阶技能；B级（6学分，112学时）难度中等，有四个项目供选择，要求完成其中两项，例如《VR景点》全景制作要求学生进一步掌握游戏开发、交互制作技能；C级（3学分，56学时）项目属于基础项目，比起AB两个级别的内容要简单些，一共有四个项目，学生完成的内容不得低于两项，例如家居模型制作仅要求学生能够掌握基础的建模能力。以上每一级别都设置了不同的具体项目供学生选择，以此实现因材施教和学生的个性化学习，实现人才的自动分层，优秀的学生可以直接以当时的商业项目来进行产品开发和内容生产；中等水平的学生则进一步强化弱项，补齐短板；稍微后进的学生则以单项能力突破为主，确保每个学生都能学有所长。培养计划的最后一年，学生在创新中心生产完成运动捕捉（6学分，112学时）、三维数码成像（6学分，112学时）、虚拟现实创新与内容（13学分，224学时）三大模块的生产，同时还应完成毕业设计和毕业论文（6学分）的撰写。

3.课程师资队伍的建设

专业课程要求具有“双师型”的教学设计者，加强“双师型”教师队伍建设，既是提升人才培养质量的关键要素，也是基本保障[12]。教师作为人才培养的关键，在专业建设的同时，应着力打造一支能够为学生提供专业指导的“双师”型教学团队：①要建立一支独立、专职的实践教学教师队伍，根据学科的性质和特点，把优秀的教师引入到实践教师队伍中[13]来满足大量实践课程的需求；②启动“名师工程”，重视专业带头人[14]，让这些教师到企业中进行实践，深入了解行业发展的现状和前景，促进教学团队的与时俱进；③制定有效措施对专业教师定期培训，通过生产一线工作参与的方式，把在企业所学的知识、技能带入课堂教学[15]；④聘请企业中的虚拟现实开发技术工程师对实训课程提供专业的技术指导，辅助学生，使之独立完成具体项目的开发设计。

4.课程考核与评价

为了让学习课程更好地体现“技能培养为主，知识够用为度，理论教学+实验实训+行业实践3层相结合”的教学思想，培养学生的创新意识，提高岗位实践能力，课程的考核方式以课程的特质做考核把握，其中通识教育课程以“期末测试70%+平时成绩30%=总成绩”的方式给学生进行打分，专业基础课则以 “期末作业60%+平时表现40%=总成绩”的方式给学生打分，专业核心课程通过 “实训部分30%+平时成绩30%+综合测评40%=总成绩”的方式给予打分，实训课程则以“实训表现40%+实训项目完成情况60%=总成绩”的方式进行打分。课程评价方式以过程性评价为主，同时加强评价结果的反馈，通过及时反馈，更好地改善学生的学习，有效促进学生的发展。

五、结束语

课程体系的构建是高校人才培养的重要载体，应用型本科院校开设虚拟现实和增强现实专业能够为相关产业输送更多高质量的复合型人才，响应了教育部《国家中长期教育改革和发展规划纲要 (2010-2020年）》中要牢固确立人才培养在高校工作中的中心地位的号召，着力培养信念执著、品德优良、知识丰富、本领过硬的高素质专门人才和拔尖创新人才，有利于高校培养新兴技术人员以满足当下对先进技术人才日益增长的需求。为了使高校能够培养出高素质，具有创新创业能力的人才，我们还需要加强研究，用真实的教学效果来验证并完善教学体系，从而进一步提高教学的高质性。