智慧化虚拟学习空间建设构想

田萌 岳克东

[摘要]  首先从论述教育培训发展需求入手，分析国内外虚拟学习空间建设的研究和应用现状，发现了该领域建设存在的问题，提出了针对性的解决办法，既建设“智慧化虚拟学习空间”;而后对“智慧化虚拟学习空间”进行了总体设计、技术设计及数据库设计;最后，对“智慧化虚拟学习空间”的优势进行了总结，并对未来教育培训与信息技术结合发展进行了展望。

[关键词]  虚拟学习空间;智慧化;应用现状

[中图分类号]  TP31                   [文献标志码]  A                      [文章编号]  2096-0603（2021）30-0160-02

一、引言

随着教育培训理念的更新和发展，学习者对知识获取的需求逐渐由被动变为主动，课堂教学已无法满足个性化的学习需求。基于在线课程的远程教学已经成为教学的一种新常态，但由于受空间环境的限制，传统的基于网页的远程教育平台依靠文字描述和简单的平面动画已无法引起学生的学习兴趣和积极性;由于时空分离，无法提供身临其境的学习环境，无法实现教者和学者之间的情感交流，大大降低了学习的主动性;由于无法提供真实的实验教学环境，缺乏实时的学习情境创设、师生互动、群体社交情境，故难以维持学生的学习兴趣，不利于学生对知识的深度理解。而虚拟现实在虚拟学习情境创设、多用户协同、人机交互等方面具有得天独厚的优势，为解决远程教学空间困境、提升远程教学效果提供了契机。

二、虚拟学习空间研究和应用现状分析

近年来，人工智能、大数据及虚拟现实技术快速发展和逐步成熟，在国内外各个领域均有广泛的应用，尤其在教学领域的优势尤其明显，注入信息技术要素的学习空间建设模式层出不穷，俨然成为当前学习空间发展的主要潮流，是教学与信息化深度融合的具体体现。

在国外，如波士顿的Osso VR公司，开发了基于Oculus Rift/Touch和HTC Vive等虚拟现实技术平台的一系列可以创建虚拟手术室的软件，在虚拟手术室，医生可以放心地进行更多更为复杂的手术操作;芝加哥的Level EX公司研发了一款名为Airway EX的虚拟手术系统，该系统结合人体组织动力学、内窥镜装置光学和移动流体等逼真的模拟技术，通过逼真的效果提升医生的手术技巧;Salix Pharmaceuticals公司研发了一个交互式虚拟现实平台，可以指导医师确定病患肠道易激综合症（IBS）的原因等。

北京大学“晶体形态分析及矿物鉴定虚拟仿真实验教学”项目，不仅模拟了各种稀有矿物质标本供学生观察学习、自主鉴定，还实现了晶体结构拆分、晶体形态分析等微观世界的操作，这种方式架起了地质工程专业实验微观和宏观的桥梁，有效解决了传统教学的难题;武汉理工大学“显示设备虚拟设计与验证系统”实验项目，实现了显控台、舰长桌两个设备的虚拟设计与验证，学生基于此系统在三维环境中进行虚拟设计与人机工程验证实验，不仅优化了设计方案，学习了結构动力学分析、人机工程评价、散热性能分析等知识点，更大大减少了物理模型的制作，有效缩减了实验周期和实验成本。

由以上案例可知，虚拟学习空间的建设应用已非常成熟和广泛，尤其是在技能培训方面的作用非常明显，但在干部教育培训教学中应用的实例还不多见。随着教学工作向纵深发展，单一技术应用对教学服务的辅助不再凸显，人工智能技术驱动的技术交叉与融合正逐步渗透到教育领域，将对网络学习空间的数字教育资源、人机交流与对话、管理与决策三个子系统产生影响，这些影响将使学习空间的架构和功能产生变化，使干部教育培训产生变革，这些是当前亟须解决的重要问题之一。

三、智慧化虚拟学习空间构建设计

为解决上述问题，我们需要进一步实现干部教育培训工作与技术的深度融合、多种技术的交叉融合，构建智慧化虚拟学习空间。项目建设以需求为导向，以应用为重点，利用虚拟仿真技术，以“理、虚、实”一体化的教学培训方式，构建学科知识库、虚拟仿真软件及智慧化学习管理平台等，为学习者提供能随时随地进行虚拟仿真的学习环境，让教师在虚拟环境中开展培训，增强培训效果。

（一）总体设计

结合业务需求及当前技术发展应用实际进行智慧化虚拟学习空间的总体架构设计，整体架构如图1所示：

智慧化虚拟学习空间主要包括以下组成部分：

信息展示层：针对知识的展现形式不同，用户可通过信息屏、全息慕、智能终端、教学大屏、引导屏等提供统一的展示窗口，并支持各类移动智能终端进行访问。

智慧应用层：智慧应用层主要包括知识智库、学员画像、知识获取、虚拟学习空间、智慧主题教室、统一集成平台等软硬件相结合的应用，为学习者提供智慧化的学习服务。

平台支撑层：为平台提供各类基础系统保障，包括统一的应用支撑平台、数据支撑平台、大数据分析平台、数据交换共享平台以及VR/AR运行支撑引擎等。

基础运行环境：为系统运行提供基础环境保障，包括基础云服务平台、基础网络环境以及教室基础设施等。

感知层：主要用于实现用户与系统有效交互和沟通功能，是智慧化虚拟学习空间的感知媒介，主要包括：AR/VR设备、语音识别、智能手机、摄像头、教学设备、传感器等。

培训场所设施层：培训场所设施主要是为智慧化虚拟学习空间创建的感知环境，主要包括多功能教室、虚拟空间教室、实训室以及其他设施设备。

安全保障体系：按照基础设施、数据访问、应用等不同层次设计和建设项目的安全保障体系。