基于VR技术在残疾大学生实训课程中的应用

文/李亚男 党志敏

目前，随着在特殊教育学校接受高等教育的残疾大学生人数不断增加，特殊教育学校对残疾大学生的培养标准也越来越高，教学模式也在一直不断的进行探索，课程设计也针对不同残类的残疾大学生进行相应的设置。实训课程的目的是让残疾大学生更好的将已学习的理论知识应用于实践，即在现实的场景中，在教师的指导下，掌握实物的内部结构、工作原理、操作性能，继而能够独立完成整个实训任务或在团体任务中独立完成某一项的任务。但在现实教学过程中，特殊教育高等学校的某些专业由于受场地的限制、教学设备的不足、残疾大学生的生理障碍等原因，无论是就学校的实训目的来说，还是在残疾大学生的实训效果来说，都无法达到学校所要求的标准。鉴于目前存在的这种问题，本文提出一种基于VR技术的方法，VR为教学提供了一种新型的手段，目前在国内外已被广泛的应用在高等教育行业，以及特殊教育行业。并将VR技术融合到残疾大学生的实训课程中去，从而既达到残疾大学生良好的实训效果，又达到了特殊教育高等学校开设相应实训课程的标准和目的。

1 VR技术概述

虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术是仿真技术的一个重要方向，是仿真技术与计算机图形学、人机接口技术、多媒体技术、传感技术和网络技术等多种技术的融合，是一门富有挑战性的交叉技术。VR技术可以构建和体验虚拟世界中的模拟环境，交互式、沉浸式多维实时动态场景模拟，具有多种信息融合和场景模拟，可产生交互行为。具体地说, 就是采用计算机技术生成逼真的视觉、听觉、触觉一体化的特定范围的虚拟环境, 用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用、相互影响，从而产生亲临等同真实环境的感受和体验。

随着高性能智能手机等终端设备，以及低成本VR光学眼镜的推广，VR开始进入高速发展期。虚拟现实有3个特征，即沉浸性、交互性、构想性，是一个学科高度结合交叉的科学技术领域。

虚拟现实技术涉及众多门类的学科并整合了很多相关技术。VR技术是未来科技发展的方向之一，未来，在教育领域有极大的应用推广空间，在特殊教育高等学校，可以为残疾学生创造更加自主的学习条件，尤其在实训课程当中，为残疾大学生的实训提供更加真实的场景。

2 残疾大学生实训课程中的学习现状及存在的问题

本文所描述的残疾大学生指的具有肢体障碍的在读残疾大学生。

《计算机组装与维修》课程是计算机应用技术专业开设的专业课之一，包括计算机硬件的工作原理、选购、维护，计算机各个部件的安装与拆卸，计算机硬盘分区、系统安装、系统优化、配置、应用程序的安装，以及计算机硬件故障和软件故障的检测与维修等。在实训过程中主要存在以下问题。

2.1 实训内容综合复杂，实训条件不充分

《计算机组装与维修》课程的实训包含的内容较复杂。在计算机各部件的安装与拆卸、故障检测、维修方面来说，包括的各种计算机硬件及检测维修设备，在特殊教育高等学校没有充分大量的设备零件供所有残疾大学生操作，一些重要的数据恢复等设备一般学校只有1台，不可能满足所有班级的学生进行实际操作。

2.2 实训教学效果较差，无法激发学生的学习兴趣

目前，《计算机组装与维修》课程在实训过程中，教师在对相关实训内容操作演示时，是分组进行的，教师对当前组进行演示时，其他组员处于自学状态，甚至产生消极厌学的心理。从而造成实训时间严重拖延，并且学生实训的效果较差，无法达到实训的目的。

2.3 实训教学方法单一，不够深入

教师通常用采用PPT来讲解《计算机组装与维修》中的工作原理、各种设备的结构及安装，学生无法深入到设备内部，尤其是部分肢体残疾的学生受身体障碍的原因，无法向正常学生一样自如的行走、搬拿工具，实训质量不高。

2.4 特殊教育高等学校与普通高等教育学校的实训资源无法共享

目前来说，各特殊教育高等学校的实训质量依赖的更多的是自己学校的实训基地的设备水平、师资水平，特殊教育高等学校的实训设备较之普通高校的实训设备差距较大，而特殊教育高等学校的残疾学生不可能借助普通高校的实训设备去实训，因此，不利于实现特殊教育高等学校和普通高校之间实训资源的共享。

3 VR技术应用在残疾大学生实训课程中的优势

3.1 节约物品采购成本

在特殊教育高等学校，主要建设虚拟现实实训室，建设VR实验室的成本远远低于各专业实训物品和设备的成本。比如医学专业，部分实验材料是有使用年限和次数的，而且成本太高，如果采用VR虚拟实训，在虚拟解剖、虚拟手术方面极大降低了成本，而且最基本的VR眼镜最低价格甚至不足百元，VR资源开发使用的也都是人人都有的智能手机。

3.2 提高学生的学习兴趣

在传统的实训课程中，学生主要通过教师的操作演示来掌握操作技能，尤其受设备缺乏的情况下，当教师以分批演示的方式授课时，其余无法观看教师演示的学生处于停滞状态，极易分散注意力，或在实训室做与实训无关的事情。将VR融合到实训课程中，学生可以切身在虚拟的世界里体验现实生活中的实训内容，相比教师单一的PPT授课、分组演示实训操作内容，借助VR技术更容易提高学生的学习兴趣，提高教师的授课效率及学生的学习效果。

3.3 增强实训效果

借助VR虚拟仿真教学平台，学校不必再花费高昂的费用购买大量医学设备、实验材料，以及机械零部件。借助VR技术，利用VR软硬件设备，即可体验到与现实世界中一样的实训感受。实训过程更加立体、清晰，更加增强实训效果。

3.4 提高实训的自主性

基于VR的实训课程里，教师和学生可以自由控制实训的速度，在VR软件中可以反复进行操作训练，沉浸式交互式的VR实训环境，可以让大学生根据自己的实训进度安排实训内容，大大提高了学生实训的自主性，增强了灵活性，提高了实训质量。

3.5 提高残疾大学生的实训安全性，降低了实训的操作难度

《计算机组装与维修》课程的实训难度对残疾大学生来说相对较大，部分肢体障碍的大学生在实训过程中操作困难，一定程度上受身体的原因所产生的危险系数也非常高，残疾学生在实训过程中存在受伤的可能性。利用VR技术，学生在VR虚拟环境中经过反复训练，可在一定程度上降低对实物操作的危险性，而且在实训开始前，教师可以利用VR技术对学生开展实训操作的安全教育工作，在VR虚拟软件中，让学生沉浸式交互式的体验实训过程中由于错误操作而产生的后果，从而提高实际实训过程中的安全性。

4 VR技术在残疾大学生实训课程中的应用及策略

（1）学校搭建VR虚拟现实教育平台，目前可采用IdeaVR，IdeaVR是曼恒数字自主研发的一款支持异地多人协同的VR教育平台，其强大的内置分布式多人协同系统能够构建多人的协同工作环境，可以将使用者置于同一个真实的场景中。还有微视酷推出的VR课堂教学系统，目前在很多学校应用，这套系统由教师操作一台平板电脑主控端、学生佩戴VR眼镜及IES教育软件系统组成。教师能够根据实训进度进行操作，并且可以实时控制学生VR眼镜中的实训内容。

（2）自主研发或采购基于Unity 3D的引擎平台，全3D的虚拟配置及运动仿真系统实验平台，来促进不同专业实训课程等。同时，学校可根据实际情况采购头戴式虚拟现实产品、桌面式VR与增强现实设备，比如微软公司的HoloLens、Meta 2，我国云尚互动公司引入的zSpace Z300等。此外，手持式VR设备非常实用，特别适合为残疾大学生提供安全教育、休闲娱乐等功能。

（3）目前，VR技术还未完全进入特殊教育高等学校，VR技术与特殊教育高等学校的很多课程还没有很好的融合，很多教师对VR技术不了解，这就需要学校对参与实训课程的教师进行VR系统的培训，使之能够快速掌握操作环境和步骤，鼓励教师积极的在教学及实训课程中应用VR技术继而去开发VR教学实训资源。

（4）在《计算机组装与维修》实训课程中，借助VR设备和VR软件，学生通过VR手柄就可以在虚拟环境中学习计算机的工作原理、内部结构，以及实现与现实环境中相同的操作体验，尤其对于残疾大学生来说，即提高了他们学习的积极性和兴趣，又解决了现实环境中无法实际操作某些实训项目的困难。学生在这种沉浸式、交互式的VR虚拟实训环境中，在良好的视觉、听觉的交互操作体验下，显著提高了这门实训课的实训效果。

（5）在医学实训课中，在人体骨骼识别、穴位识别、医学解剖、手术等相关领域，均可借助VR技术，在虚拟世界中，虚拟识别骨骼、虚拟识别穴位、虚拟解剖、虚拟手术，在相同的场景，相同的虚拟的环境中可以重复无数次操作，而且学生可以根据自己的实训进度和掌握的程度自行操作，其沉浸式、交互式的视觉、听觉、触觉体验与实际操作的效果一样，这样就为特殊教育高等学校节约购置大量实验材料的成本，同时也极大的提高了实训质量。

5 结束语

大数据、人工智能、VR教育被称为影响未来的三大科技创新方向。随着科学技术的不断发展，在大数据、云计算、人工智能、物联网迅速发展的时代背景下，VR技术与物联网、大数据、人工智能相融合，一定会让VR技术在教育领域大有作为。未来，VR技术的应用会逐渐走进高等学校的大门，应用在各个专业的各门课程，学生无论在课堂学习还是实训课程都会在沉浸性、交互性、构想性的虚拟世界中体验实时交互的快乐，极大的促进学生的学习积极性及学习兴趣，教师的教学模式也将发生颠覆性改变，从而进一步促进个性化的、自主化、体验化的教学组织方式，更加因材施教。在VR虚拟环境中，个性化的为每一个学生创设教学资源。让枯燥的文字、图片变得简单化、立体化，进而增加学生学习的趣味性和真实感，从而极大的促进专业的发展、教师的发展及学生的发展。