虚拟现实技术在职业院校应用的策略分析

方中雄 吉 利 程 聪

(1.北京教育科学研究院，北京 100036；2.北京工业职业技术学院 信息中心，北京100042)

0 引言

近年来，随着芯片、显示、人机交互等技术的加持，虚拟现实(Virtual reality，VR)产品日趋成熟，设备成本大幅降低，加上5G、云计算、大数据等技术的

助推，VR在娱乐、建筑、医疗、教育、房产、影视等领域得到快速应用，院校耳熟能详的福特、西门子、奥迪等已经将VR技术应用于设计生产及培训等环节。在职业院校，VR同样成为助力职业教育发展的重要工具，学生们在虚拟环境下达成情景化目标，并完成各类虚拟技能训练，推动VR与传统教学模式的有机融合，虚拟教学的大众化、普及化已是大势所趋[1]。

1 VR在职业院校的应用优势

1.1 激发学生学习主动性

随着行业企业对VR技术的广泛应用，VR在院校教学中的应用也越来越普及，它能够弥补传统教学的不足，充分调动学生的视觉、听觉甚至触觉，使其好似身临其境，从而加深对教学内容的理解，提升学习的主动性，激发学习兴趣，提升教学质量，这一点已经毋庸置疑[2]。此外，VR让教学及实训突破时空限制，不再受制于实验场所、地理区域、教学设备等物理空间及硬件设备的要求，甚至能打破教学材料、内容、师资力量等软件资源的制约，使得不同经济发展水平的地区共享优质的教育资源，甚至实现微观空间的可视化，呈现物体的内部结构和微观空间的运作，直观感受物体的内部结构和空间关系，加深对其的理解与认识。例如，汽修专业学生可在虚拟环境中观察汽车内部的构造及各部件的位置关系，并能够通过缩放、拆解汽车构件，了解各个部件在汽车内部的运行情况。再如，像生物学中的达尔文进化论，时间跨度几个世纪，而利用VR技术在一堂课内就可以呈现生物的整个变化过程，在现实世界里需要数百、上千年才能看到的实验，在短短的几十分钟内就可以呈现出来。

1.2 降低院校经费投入

VR可以减少院校实训经费的投入。科技发展日新月异，即便办学经费充足的院校也很难适时构建与市场匹配的实训场所，而一套VR系统的投资要比建设真实的实训场所少得多，但其营造的与真实工作环境基本一致的教学环境，却给了学生身临其境的体验，使学生足不出户便可以学习各类技能操作。当需要更新设备与技术时只需改进VR系统，这样可以有效降低投资成本。另外，一些爆炸性的化学实验、存在事故风险的手术、航空专业的飞机驾驶、几十米的井下作业、建筑逃生演练等危险系数高、实施难度大的任务，即便有再多经费也很难构建真实场景，而在VR环境反复操作后，再到真实环境操作，在很大程度上提高了安全性[3]。

1.3 有效提升教学质量

VR技术的引入可以有效地提升教学质量。VR技术提高了信息资源使用率，把抽象的理论知识以立体化形式加以展现，方便学生更好地了解专业知识，解决院校信息化教学水平不足、教学资源交互能力弱的问题，特别是一些吸纳系数比较高的实验，能够通过学生的反复实验，夯实学习成果，直至完全掌握。在VR场景下模拟驾驶，处理会车、遇险、复杂等各类突发状况，能够最大限度地提升驾驶技术；学生戴着头显在虚拟情境中参加面试，在720度全视角的虚拟世界中自由走动，教师可以通过头显监视器，对学生的语言交流运用能力进行考察测评等。

2 VR在职业院校应用面临的挑战

2.1 VR设备管理维护缺乏人力支撑

VR初期在医疗和电子竞技领域应用比较普遍，在教育行业应用相对较少，加上涉及机械、机电、建筑、会计、医疗、信息、外语、思政甚至教育技术等各类专业，还要建立新的技术应用体系，所需资金成本与管理成本相对较高。VR技术涉及面非常广，要做好虚拟教学情境设计、设备管理维护及教学数据信息处理，这是实现VR技术教学实践运用的必要条件，只有保障VR教学系统的有效运转和合理利用，才能充分发挥其在教学领域的技术优势。然而，大多职业院校在实际教学过程中缺乏对VR系统的管理与维护，没有制定系统设备管理和维护的规范，大都不具备VR设备的维护管理能力，缺乏良好的技术资源及人力资源，这是限制职业院校应用VR技术开展教学实践的一个重要因素。

2.2 教师应用VR教学能力不足

目前，我国职业院校教师在运用VR技术开展教学时主要表现出2个特点，一是青年教师学习掌握VR技术能力较强，但专业教学水平及教学经验较为有限；二是具有较高教学水平的教师，通常对虚拟技术的应用了解不足，无法在VR技术学习中占有实际优势。因此，提升教师VR技术教学应用能力，将是未来阶段职业院校把VR技术融入教学实践的前提条件。职业院校VR技术的教学普及，必须先要做好对教师的教育培训，这一过程的实现，也会影响教学进度及教学效率。

对于现阶段大多数教师来讲，VR还是一个较为陌生的技术，要将其应用到实际教学中还存在很多问题。一方面，教师对于VR技术的认识还停留于表象的、感性的层面，导致VR技术在实际教学中的应用也停留于表层，不够深入。另一方面，基于VR技术的教学，要求教师不仅要具备基本的教学能力，还需要具备熟练运用VR技术的操作能力。但目前大多数教师都不具备这方面的操作能力，这也是导致VR教学效果不够理想的原因之一[4]。

2.3 VR体系化教学资源开发不力

与虚拟游戏不同，VR技术在教育教学的应用更多依赖于VR教学内容。每一堂VR课程的制作都需要遵循规定的步骤，逐一制作，至少需要深刻理解专业知识，还需要掌握课程、动画、美术、角色等设计工作以及情节交互策划，资源整合等诸多工作。这些工作对工作量和工作精细程度的要求，都要远远高于一般的课程制作。

在职业院校的教学中，VR软硬件的基础设施不够完善，教师对该项新技术的掌握能力不强，加上VR教学资源的设计和开发对技术的要求较高，使得教师难以完成VR教学资源的自主设计和开发。现阶段一些IT公司虽然提供了部分VR教学资源，但大都难以满足院校专业个性化教学的需求，甚至教学业务的设计完全与现实脱节，设计的形式大于内容，很难满足教学应用。上述两方面的原因在很大程度上制约了VR技术在职业院校的教学推广。

2.4 软硬件的体验感欠佳

现在职业院校运用最多的VR技术还是桌面式VR，但是桌面式VR与现实世界存在着较大差距，很难给学生带来沉浸式的、真实自然的环境体验。同时，就目前国内开发的VR系统来说，软件开发与教学一线的工作是相互分离的，教师的能力不足以开发出VR软件，而开发团队对于课程的实质把握不够，以致VR软件不够成熟，质量有待提高。

硬件也存在着诸多问题，如头戴式显示设备分辨率较低，设备的重量和体积较大，红外摄像头或无线电波传送装置灵敏度不够高，无法精准捕捉使用者的身体动作，角色场景缺乏真实感，影像滞后，容易产生眩晕等，使得操作体验不佳，加上师生戴着头盔看不到真实场景中的事物，无法躲避现实障碍物，在一定程度上影响了人们的体验感受[5]。

2.5 学生在VR场景下缺乏自制力

VR教学缺乏传统课堂的约束力，需要学生具有较强的自主性和自觉性。职业院校学生基础较差，与本科院校学生相比自控力弱，在进入VR交互学习时，有可能出现思想“开小差”的问题，而在虚拟教学中教师参与较少，这样即使拥有优质的教学视频资源，但脱离了传统课堂的约束，也有可能达不到应有的教学效果。因此教师无法监控学生的学习过程，学生的学习思维跟不上，出现注意力不集中等问题，是对教师运用新技术进行教学的一个新挑战。

3 VR在职业院校应用的建议

3.1 出台操作层面的政策或措施

新一代信息技术的发展需要政府的大力支持和政策引导，VR在教育行业的推广应用同样如此。近年来VR教育项目和举措不断呈现，自2017年7月起，教育部高教司便启动国家虚拟仿真实验教学项目认定工作，用4年时间面向60个专业类遴选1000个国家级虚拟仿真实验教学项目，2019年将该项目纳入一流本科课程建设；2020年9月，教育部职成司发布《关于开展职业教育示范性虚拟仿真实训基地建设工作的通知》，要求在全国遴选100个示范性虚拟仿真实训基地；近年来，教育部与江西省政府着力打造全国首个国家级职业教育虚拟仿真示范实训基地，设立8个专业大类的虚拟仿真教学区，未来还将打造虚拟仿真教学云服务平台等载体，提供一站式VR/AR智慧教育综合解决方案。

政府在予以政策及资金支持的同时，尚需要在操作层面上进行指导。要以推进虚拟仿真技术与教育教学的深度融合作为核心任务，在职业教育应用的VR技术标准、教师培训、共享机制、示范引领、评估服务、交流平台、教学评价标准、教师能力标准等方面制订实施措施，不断探索虚拟仿真技术在职业教育的应用和相关人才的培养模式，以指导职业院校实施工作，要鼓励VR与职业教育相关的课题研究和教学模式改革研究，彰显VR技术在职业教育的整体效能。

3.2 VR企业与院校展开实质性合作

近2年来，VR校企合作的优秀案例不断呈现。企业项目团队的核心成员深入到人才培养全过程，企业讲师承担VR项目开发实训、Unity3D应用开发、增强现实应用开发、VR产品策划的授课和指导，学生在实习实训期间可以接触到面向市场的VR项目。源自企业生产流程的校企VR基地，一方面服务学生实习实训，通过VR 头盔、数据手套等设备在虚拟场景中交互，学生反复操作虚拟设备并掌握技能；另一方面，实训基地也服务于企业的员工培训，合作过程中教师的VR教学应用能力也得到充分提升，企业与院校之间实现资源共享、互利互惠。

面对VR技术难度大、人才稀缺导致的VR教学资源开发进程慢、内容质量不高这一问题，企业凝聚院校师生力量，从知识学习、技能实训、创新设计三大层次全方位规划，共同开发3D素材和教学资源，建立系统化的虚拟实训课程体系，共同开发理实一体的体系化虚拟实训教材，探讨合理的商业模式，将VR资源推向市场[6]。

在学生到企业实训之前，可以登录虚拟公司，设定在企业身份后就可以体验生产过程。学生可以熟悉产品设计、开发、生产、销售、维护等一系列活动，自由选择恰当的岗位进行实习，掌握部门间业务往来，提前培养职业判断、逻辑思维、人际交往等能力，为后续踏入工作岗位奠定基础。

3.3 积极探索VR实训教学评价体系

与传统实训评价要求学生提供实训报告(实习报告)、展示现场操作技能等不同，VR实训要通过对学生虚拟操作的过程管理，借助VR技术跟踪记录学生实训过程的各类数据，如眼部运动、肢体动作、心跳、声音等数据，通过数据统计、挖掘与分析，监督各实训环节的落实情况，给出公正客观的评价，不仅如此，VR技术更为实训过程中所产生的创新性成果提供了转化平台。

为强化虚拟实训教学的过程管理，实现目标管理与过程管理的有机结合，形成完善的实训教学反馈机制，就需要优化虚拟实训教学评价体系，推行以VR技术为基础的课题管理模式，形成一套可操作的评分办法，教师要依循虚拟实训系统全过程反馈信息，对学生实训学习行为及效果进行分析评价，并为学生构建实训学习档案，合理评估实训成效，为实训教学策略的调整提供依据。目前，该课题的研究尚处于初级阶段。

3.4 强化职教特点的VR整体解决方案

VR技术在驱动职业教育变革中发挥着越来越重要的作用，但VR硬件成本的居高不下曾一度桎梏了普及应用，近年来随着技术突破性进步，硬件成本在直线下降，5年前数万元的体感头盔现在降到几千元，VR职业教育应用解决方案也在不断推出。

解决方案的硬件载体一般有桌面式VR、沉浸式VR、增强式VR和分布式VR，职业院校多采用沉浸式VR。正如计算机系统一样，VR技术应用的灵魂是软件和数据，即VR教学资源，而内容开发需要技术与教育的深度融合，需要既懂技术又懂职业教育的开发队伍。从目前看，在职业教育的应用市场中，体系化的基于教材的VR的完整解决方案不多。未来，一个基于顶层设计、目标清晰、完整的职业院校教学信息化方案，应该全方位考虑各专业共建共享、业务架构、应用架构、数据架构以及技术架构等方面的问题，配套体系化的VR教学资源和最流行易用的VR硬件，将传统学习方式、网络化学习方式乃至互联网+教育模式推向一个新层次的VR解决方案。

如今，国内有几家实力企业已经开发了适合职业院校学生使用的VR国产引擎、VR教学管理系统，VR一体机等配套硬件也能够满足需求，但缺乏成体系的VR教学资源。企业在给院校提供解决方案时，大都会赠送诸如建筑、电子技术、材料工程、心理健康等多达一二十个VR教学素材，VR实训室基本上服务于建模、U3D开发等VR专业的人才培养，由于VR教学资源开发困难、成本高，在其他专业教学应用效果不佳。随着国产引擎的普及以及校企合作长效机制的不断完善，校企联手开发配套教学资源，并提供真正适合职业教育的VR解决方案，是摆在职教人面前亟待解决的一大难题。

3.5 努力提高教师VR教学应用水平

影响VR技术教学应用效果的核心因素是教师。学校要适时对教师开展VR教学应用培训，让教师掌握VR操作技能，克服对新技术的怀疑与恐惧。教师是VR技术的第一使用者，也最了解学生的痛点，要以积极的心态拥抱新技术，熟悉新技术在教育教学中的应用，做好教学活动的设计，提前过滤筛选出VR好素材。另外，还要积极探索VR教学方式方法，根据VR沉浸性、交互性强的特点，结合职业院校学生的生理和心理特征进行教学情境设计，努力提高教学效果[7]。

4 结语

随着近年来软硬件技术的成熟和价格的降低，VR正成为助力职业教育发展的重要技术，其可以充分调动学生视觉、听觉甚至触觉感官，激发学生主动性学习，突破实训的时空限制，大大降低院校投资成本，并确保实训安全性。在看到优势的同时，也必须直面VR教学应用面临的几大挑战，如设备维护缺乏人力支撑、在实际教学中的应用不够深入、VR教学资源开发不力、软硬件环境的体验不佳、学生在虚拟环境中缺乏自制力等。为了保障VR的应用效果，需要政府、企业、院校及教师的全方位努力，特别是职业院校需要不断潜心研究实践，紧跟技术更新，更新教学理念，提升VR技术在职业院校应用的有效性。