VR技术在高职院校实训中的应用

陈长全 符龙生

摘要： 随着计算机网络技术，多媒体技术和计算机智能技术的不断应用，传统的教学模式受到了影响。虚拟现实技术的出现和广泛应用为高职实验教学带来了新的教学模式。作者介绍了VR技术的特点，分析了VR技术在高职实验教学中的优势和应用。

【关键词】VR 技术 高职教育 实验教学

随着现代新兴技术的进一步更新与改进，VR技术的成熟度也越来越高，这就使得VR产品类型不断增多，应用范围也越发广泛，现阶段该技术在电子商务、医疗卫生等行业已经得到大面积推广。与此同时，教育领域对VR技术的重视度也显著提升，并开始将该技术引入到教育教学过程之中，尤其是高职教育中的实训教学环节。

1 VR技术概述

1.1 VR技术的内涵

所谓“VR技术”，指的就是虚拟现实技术，该技术主要立足于信息技术、多媒体技术等现代化先进技术，借助传感器、人机界面等来实现虚拟仿真，使这一仿真环境最大限度接近于真实环境，用户可在虚拟环境中满足其各种体验需求，同时还能有效地与环境中的系统进行通信。VR技术将现代化智能技术、传感器技术以及计算机技术等有机融为一体，其特征具体表现为联想性、互动性和沉浸性，可以让所有使用者产生一种陶醉于其中的感觉，全面调动起用户的听觉、视觉等感官，敏锐地体验到各种场景的转换，VR技术可以说是人类与机器在互动形式与互动内容上的颠覆性革新。

1.2 重要性

近年来，随着我国经济发展步入新常态，“互联网+”行动、“中国制造2025”、“大众创业、万众创新”、“供给侧改革”、“工匠精神”等一系列关乎经济带、产业带和产业集群建设的国家战略和发展规划的不断推出，标志着我国从参与全球化到塑造全球化的态势转变，为我国高等职业教育的发展带来了前所未有的历史机遇。在此背景下，我国高等职业教育必须坚持“引进来”与“走出去”相结合、政府合作与民间合作相结合、教育与产业相结合的策略，提升服务能力，加强质量保障，扩大合作交流。高职院校作为技能型人才培养最主要的阵地，承担着向经济社会发展培养和提供合格劳动者的重任，对于推动产业转型升级具有十分重要的作用。因此，高职院校在人才塑造上必须始终坚持为社会各行各业以及国家发展规划服务的原则，与此同时，还必须为我国可持续发展目标的实现做出贡献。国务院《国家教育事业发展“十三五”规划》明确提出要立足于校企合作，打造将科技服务、继续教育等结合在一起的专业化体系，由学校和企业进行教学与课程资源的协同开发，与此同时，还必须注重对教师队伍的培训，加快设立实习训练基地，为高职院校的学生提供更多实训机会。近年来，虚拟现实（ vr）技术在多个行业领域中得到广泛应用，虚拟现实产业快速发展，对虚拟现实相关专业技术技能人才提出更加迫切的需求。教育部《2017年教育信息化工作要点》提出“启动基于VR的实验实训平台建设”。

1.3 必要性

国务院《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》，明确提出“十三五”期间战略性高科技产业的发展规划，包括发展方向、目标以及主要内容等。在十三五规划中，明确强调了虚拟现实技术等现代化新技术，要求对装备、技术等进行全面更新和改进，使交互影视、全息成像、AR等关键技术得到进一步发展。国家发展和改革委员会发展规划司发布《国家教育事业发展“十三五”规划》，另外，该规划中还强调，要对所有学校的数字校园建设工作予以支持，将数据技术、互联网技术等充分利用起来，加大对高职院校教育教学新形式、新手段的探索与研发力度。

1.4 建设总体规划

在开展VR实训基地规划设计工作的时候，应当严格遵循下列几个方面的指导原则，并结合互联网管理运行的思路开展建设工作。

1.4.1 技术系统化原则

之所以要坚持技术系统化的原则，主要目的是为了解决技术知识方面的问题，应当在实训基地建设过程中积极参考VR企业的产品体系，结合当前的产业发展形势与发展方向，设计出与虚拟现实专业教学完全符合的实训平台。比如：VR（虚拟现实）认知概述、c++入门、Unity引擎应用、数据结构及算法、SDK二次开发工具包、安卓入門、虚拟现设计理论、3D基础知识、3Dmax基础、场景编辑器、事件编辑器、多媒体资源整合、VR硬件设备（如图1所示）、VR全景拍摄和编辑、VR融合行业应用项目开发等，均可在此基础上完成综合实训课程并可加以创新拓展。

1.4.2 应用教学化原则

坚持该原则主要是为了弥补高职院校在实训教学中存在的人才定位与培养方面的缺陷，可借助各种实训设备、实训场景、VR实训系统等，达到内心感知与实践操作的配合、书面设计与实际检验的配合，提高学生的动手能力，积累实践经验，从而提高学生的水平。

1.4.3 行业代表性原则

目的是处理好就业与应用方面的问题，VR企业应当把经过实践验证的科学商业模式以及相关应用，如VR实训平台等，纳入到高职院校实训教学过程中，让学生在进行实践训练的时候全面掌握与行业有关的市场动态以及应用面较广的有关应用。

2 VR技术的主要特征

VR技术实际上就是从人机交互技术演变而来的，也可将其理解为人机交互技术的强化版，该技术能带给人们一种身临其境的真实感，全方位调动起使用者的嗅觉、听觉与视觉等，让人们在模拟真实的环境中感受到前所未有的乐趣，在整个体验过程中往往需要用到数据头盔、3D眼镜（如图2所示）等工具，其主要特征笔者在下文进行了具体阐释。虚拟现实技术的发展经历了几个重要阶段。萌芽阶段产生在20世纪50-70年代，探索和实现阶段产生在70—80年代，90年代至今是快速发展和完善阶段。2014年，Facebook收购了Oculus公司，这成为VR大爆发标志性事件。2016年，该行业也被称为“VR第一年”，资本开始对VR行业表现出极大的热情。VR技术的突出特征就是采用了有效模拟真实环境的传感器，相关专家预测，其很有可能成为下一代新计算工具，伴随VR技术研究的进一步深入以及技术更新步伐的加快.其必将在社会生产生活中发挥更大的作用，与此同时，也能与现代教育事业实现更加紧密的配合，尤其是高职教育，进而在人才培养方面做出更大的贡献。

2.1 人性化

虚拟现实技术能借助计算机、多媒体设备等打造一个类似真实的环境，并将这一环境中的相关信息传达给使用者，之后再借助利用传感器等设备实现有效的人机交互，这一人机交互系统具有智能化的特征，能准确把握使用者内心的真实想法，并通过虚拟环境来满足用户的内心需求。

2.2 新颖性

在利用虚拟现实技术模拟的真实环境之中，用户不仅能把握最新、最全面的系统知识，还能对知识学习的内涵进行深入化、多角度理解，从而引发其产生新的想法，因此，虚拟现实技术能使抽象难懂的概念变得更加形象化，并能让人们的创造潜力得到最大限度激发，上述这些特征都是其他技术所不具备的，因此，VR技术具有一定的新颖性特征。

2.3 交互性

借助虚拟现实技术，用户不但能得到所需的图片、数据等知识内容，同时还能模拟真实环境中各种输入、输出设备进行交流互动，以更好地满足用户的多样化需求，这就体现出该技术所具有的交互性特征。

3 目前高职院校实训教学的基本情况

在以往的职业教学模式与教学理念的指导下，学生的理论知识是以教师和教科书为中心教授的。围绕实践训练这一中心，组织学生积极参与到实训教学活动之中。从而促进其实践能力的大幅提升。以往的高职实训方式主要可分为两类：一类是借助专业化的实训设备与设施，配备专门的实训教师，在规定的实训场地开展实训教学活动。另一类是借助计算机软件，包括电子商务软件等，对学生进行实训教学。尽管上述这些实训方式也能促进学生专业实践能力的提升，但与此同时也存在一些不容忽视的问题，如：原材料所需量大、成本高、资源消耗大等，而且，仿真软件在实际应用过程中不能制定灵活的操作程序，必须严格按照规定的操作步骤进行，这就导致人机交互很难得到有效实现。虚拟现实技术的出现使上述问题得到了有效规避与解决。

4 VR技术的主要优点

从当前的现状来看，虚拟现实技术正在社会各行各业得到广泛重视，在2016年的G20峰会上，习近平总书记就明确提出：“要将互联网作为核心，全面开展新一轮科技革命，加快对仿真技术、人工智能技术等的创新，使实体经济和虚拟经济实现密切配合，进而推动社会生产生活方式的进一步革新。”与此同时，政府也连续颁布了扶持VR产业的政策。如十三五规划中明确提出要将VR技术纳入国家重点扶持的新兴产业体系之中。当前，我国虚拟现实技术的创新创业力度显著加大，社会诸多行业都在竭力探寻怎样才能更好地运用虚拟现实技术，使该技术在产业转型与升级中发挥出应有的作用。国内许多高等院校也开始投入到相关内容的研究之中，一些高职院校已经开始将虚拟现实技术应用到汽车、会展等专业的教学过程中。但需要意识到的一点是，虚拟现实技术在我国教育领域中的应用还处于起步阶段。伴随研究力度的加大以及实践经验的进一步积累，虚拟现实技术将在我国高职院校实训教学中发挥出更大的作用，与传统技术相比，VR技术在实际应用中主要具有下列几个方面的优点：

4.1 经济性好

以往的高职实训场地在实际建设的过程中通常会用到大量资金、材料与资源等，而且实训设施设备在具体应用的过程中难免会出现损坏、老化等现象，这就导致学校的基础设施建设经费进一步增加，但是，引入VR技术来建设虚拟实训基地，就能有效解决上述浪费问题。

4.2 灵活性好

对于高职实训教学来说，当学生在学习和训练过程中陷入困境或者遇到难点的时候，借助虚拟现实系统，可实现重复实施，有目的地实施，甚至可以放大和灵活应用这部分实验过程的细节。在一定程度上，学生可以有选择地学习，而不受时间和空间的限制。

5 高职院校实训教学中VR技术的实际运用

与普通高等院校不同，高等职业院校的教育目的不仅仅包括传授给学生必要的专业理论知识，同时还必须坚持市场导向的原则，为社会提供对口的职业人才。要求学生在学校学习的时候，一方面要提升自己的专业能力与素质，另一方面还必须培养深厚的職业素养。VR技术所具有的交互性、人性化等诸多优势能有效避免传统教学模式与手段存在的缺陷，便于更好地开展模拟仿真培训、情景化教学等，对学生内在学习动机的激发来说是大有好处的。

5.1 利用VR技术开展虚拟设计与加工工作

以往的高职实训教学模式通常需要投入许多材料，但若是引入虚拟现实技术，不仅能实现教学成本的有效控制，同时还能让学生按照自身的实际情况选择相关内容进行多次重复训练，直到他们对产品的设计和加工满意为止。VR技术在高职实训教学中的应用能让学生在接近真实的虚拟情境中开展学习活动，在这样的条件下，可将复杂难懂的知识化难为易，把重点知识内容通过三维立体化的形态加以展示，更好地吸引学生的注意力，并便于加深其对知识的理解。

5.2 在危险性较高的实训场景中引AVR技术

高职院校在开展实训教学活动的时候，经常会遇到一些危险性较高的实训环节，如高温高压下电子电气工程实验，有毒有害物理实验等。将虚拟现实技术引入到教学过程中则能在很大程度上规避实训过程中的诸多风险，可为学生提供一个安全的操作环境。这种沉浸式实验不仅能够掌握特殊环境下的专业技能，而且能够很好地把握安全操作过程。高等职业教育更加注重职业技能的实践训练。虚拟训练是一种基于虚拟仿真训练系统的新型模拟训练方法。和以往的训练手段对比，虚拟实训手段能显著激发学生的学习动机，使教学条件得到有效改善。

5.3 VR技术能有效促进学生内在学习动机、兴趣等的提升

VR技术可借助各种各样的媒体作为介质，实现人机交互沟通，从而增强知识的可视化与可感知性，让学生更加全面、深入地了解整个学习流程。这样的教学形式不仅在手段上更加多样化、内容上更加新颖化，可让学生的注意力集中在课堂上，同时还能调动学生的学习兴趣和动机，让其在一个更加愉悦、防松的环境中进行学习，这样就能显著增强学生的创造性思维与联想能力，让其学习效率和质量得到进一步提升。

5.4 VR技术的应用可促进学生自主学习能力的提升

在以往的教学过程中，学生的学习水平往往不够均衡，许多基础不够好的学生在听完课之后往往不能完全掌握课堂上所讲的知识，而还有一些基础比较好的学生往往对课堂知识的理解速度非常快，希望教师能适当加快讲解进度，并添加一些更具有挑战性的知识内容。基于学生在学习能力与基础上的差异，统一的课程实施方案与计划通常很难达到应有的成效，若这一问题不能在短时间内得到有效处理，必定会导致学生的学习主动性受严重受挫。虚拟现实技术在高职实训教学中的引入则能有效解决上述问题，教师可为学生提供更加多样化的教学资源，一边学生按照自身的实际情况，有选择性地进行繁复训练和学习。由此可见，VR技术在高职院校实训教学中的应用前景是非常广阔的。

6 VR技术在高职教学中的挑战与应用

尽管VR技术在高职院校实训教学中的引入使以往的教学状况得到了有效改进和完善，进一步优化了实践训练环境，具有激发学习动力等优势，然而，作为新出现的一中技术类型，VR技术在实际应用中还存在诸多不足之处，特别是在教育领域，其应用尚处于起步阶段，人员、硬件等都是非常典型的制约因素，下面笔者就对VR技术在高职教学中所面临的挑战进行了阐述。

6.1 硬件方面的挑战

虚拟现实技术现阶段面临的主要难题之一是很容易使人产生眩晕问题。之所以会出现该问题，究其原因，主要在于现阶段的硬件性能还难以满足现实场景高度还原的需求，使用者在置身于虚拟环境之中的时候，由于场景中的运动、视觉等难以达到安全同步化，就极易出现眩晕等症状。

6.2 教学资源开发方面的挑战

当前，我国的虚拟现实技术尚处在起步阶段，在实际教学的过程中大部分学校的虚拟现实软件与硬件设施都还不够完善，再加上专业教师缺乏对虚拟现实技术的全方位了解，这就导致教师无法开发出适用于虚拟现实场景的教育教学资源。由于教学资源存在严重匮乏等问题，使虚拟现实技术在高职实训教学领域很难得到有效推广与应用。虽然现阶段部分企业已经推出了虚拟现实教学资源设计的业务活动，但是这些业务仍然很难适应当前教学的多元化、高标准需求。此外，还有部分企业在VR平台与教学资源的设计上过于强调形式，但却没有注意到实质性的内容，这就导致教学资源与教学内容难以实现有效协调。

6.3 人员方面的挑战

将VR技术引入到高职院校实训教学之中，在教学人员方面还存在一些明显的挑战，如教师和学生在思想观念、方法等方面仍然停留在传统阶段等。为了适应虚拟现实技术在实训教学中的应用需求，就要求教师、学生在观念、方法等方面进行调整和改善。对于教师来说，应当注意引入一些新的教学手段与教学技术，对教学内容体系进行改进，与此同时，教学评价工作也必须做出一定调整，以便更好地评估学生在虚拟现实情境中的学习效果。对于学生来说，应对自身的学习方式进行改进，以更加主动地态度参与到学习中去，学生最好采用角色扮演的形式来开展学习活動，这样才能帮助其提高学习体验。此外，由于在虚拟现实的学习场景中，知识内容本身就比较多，其中涉及到交互性较高的操作过程、感染力强的背景声音等，这些都很可能对学生的注意力产生极大影响，要求学生必须根据教师教学方案的安排与指导等，实现学习任务的高效化完成。

7 应用前景分析

VR技术作为近些年诞生的高科技之一，其凭借真实生动的情景以及人性化的人机交互等优点，让使用者产生一种置身于现实情境中的感觉。把虚拟现实技术合理地应用于当前的高职实训教学中，能促进情景化教学目标的实现，让学生的学习体验得到大幅提升，虚拟现实教学模式在我国的应用尚处于起步时期，在各方面的发展都不是很成熟，难免遇到一些应用问题，包括学习效果很难有效掌控、教学资源不足、设施设备成本偏高等，与此同时，一些教师还停留在传统教学阶段，不能适应当前虚拟现实教学的需求。高职院校应当提高对虚拟现实技术研究和应用的重视度，按照高职学校在教育目标上的基本定位、人才培养方向、教育教学体系等，对VR技术的深入有效应用进行全面思考和探究，从而将挑战转化为基于，为虚拟现实技术开拓更加广阔、光明的应用前景。

8 结语

如今，虚拟现实技术己被广泛应用于各个领域。其中比较典型的一个应用领域就是高职教育领域，在高职实训教育中应用虚拟现实技术能有效推动网络信息技术、计算机技术等的发展，与此同时，也能使我国的职业教育事业发展水平迈上一个新台阶，利用虚拟现实技术构建专业的实训基地，可促进教学方法和教学方法的更新，加快新教学模式的形成。随着这项技术的不断发展和成熟，我们可以更好地为高职学校提供良好的实验环境，该技术将成为实验教学的主流技术。

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