虚拟现实技术在应用型本科高校中辅助教学的价值研究——以黔南民族师范学院为例＊

吴茜

（黔南民族师范学院，贵州 黔南布依族苗族自治州 558000）

探讨如何利用虚拟现实技术改变应用型高校教学中的困境方法，如何进行教学改革能培养出更高质量的应用型人才。通过以黔南民族师范学院（以下简称“黔南师院”）为例，总结在地方高校中进行应用型人才培养的共同特点、困难和不足之处，探讨是否可以将虚拟现实技术应用到教学中，利用虚拟现实技术的情境性、交互性、想象性等特性，构建基于VR的教学实践体系，更高效地实施教学改革计划。建立的教学架构体系，可以很大程度上为高校所面临的困境提供解决方案，缓解教学资源短缺的问题，改善教学环境，更好地提高学生实践技能，对创建教学体系具有一定的推进意义。但在成本预算、技术支撑、团结协作等方面还存在很多不足，需要不断完善与改进。

1 虚拟现实技术的概念与特征

1.1 概念

虚拟现实技术是在20世纪由“虚拟现实之父”杰伦·拉尼尔提出的概念，是一种新型计算机应用技术形态[1]。虚拟现实技术以仿真技术为基础，将传感技术、多媒体技术、图形图像技术、大数据网络信息技术等多种学科交叉结合。通过计算机高速的运算程序，创建出虚拟环境，让体验者借助各种计算机软硬件、穿戴设备，将自己的听觉、视觉和触觉等感觉投入到创建的三维空间中，在这个空间里进行交互与交流，进而得到极高的体验感。

1.2 特征

虚拟现实技术具有三“I”特征，即：①沉浸性（Immersion）。体验者通过佩戴头盔等交互设备将感官投入到虚拟环境，产生心理层面和生理层面的共鸣，产生陷入其中的沉浸感。②交互性（Interaction）。体验者可通过电脑、鼠标、键盘或者数据手套等硬件设备，进行操作得到反馈信息，使体验者与周边环境产生“人机交互”的行为，通过反馈机制获得数据信息。③想象性（Imagination）。虚拟现实技术扩大和拉深了世界的维度和跨度，为体验者发挥充分的想象提供了土壤，有效地调动和刺激了用户的创造性和创新力，推动多形态的联想方式。

2 黔南民族师范学院应用型本科教育的教学现状

当前，发达地区的应用型本科高校已走在时代前列，先进的信息化教学软硬件设备，较强的信息化教学能力，优质的教学效果[2]，都在不断地推进着应用型人才培养。

经过在黔南师院的几年教学实践，和对其他相关学院的调研，发现其在应用型人才培养教学上存在的问题，主要体现在以下几个方面。

信息化教学理念不深，教师缺乏信息化教学能力。通过走访调查和观察，发现在黔南师院的大多数非计算机、新闻媒体、设计专业的教师均十分欠缺信息化教学能力，片面认为信息化教学只是简单地进行多媒体应用与展示，或因害怕麻烦，不愿改变传统教学模式，从而造成学生自主学习能力弱，不具备信息素养，只能片面理解知识。

重硬件、轻软件。为做好数字化校园建设，培养教师的信息化教学能力，推动素质教育的发展，学校投入大量经费引进信息化教学设备，建设智慧课堂、班班通、人人通等信息化教室，但由于全校教师和学生的信息化能力很弱，智慧课堂和信息化设备沦为摆设，仅在需要比赛或评估的时候，才会被部分老师和学生使用。

课程专业性强，缺乏实验资源与机会。应用型本科高校因培养应用型人才，故涵盖了大量专业性强、技术性强的课程。但对于西部欠发达地区的高校来说，大多数文化课理论内容过深且部分教材陈旧，受到时间、空间、地域的限制，导致学生的文化素养有所欠缺，无法将知识和想象力融入到现实中，只能从课本中去理解晦涩难懂的内容，背诵枯燥乏味的知识点，很大程度上降低了学生学习的积极性和兴趣；因专业课中涉及的实验要求过高、实验内容抽象、实验费用过高、实验周期过长或实验操作具有一定的危险性等问题，因此缺乏合适的实验素材和实验条件，造成实验教学课时少，实验数据获取不够，能给学生实验操作的机会越来越少，甚至许多课程中的实验部分被直接取消，阻碍了学生操作能力的提升。

实习场地缺乏，考核机制不科学。对于黔南师院的学生来说，由于受到贫困山区的现实条件限制，缺乏各类企业、高新技术产业的实习机会，且外出实习成本高、风险高。因此大多数学生只能选择校内实训，或专业不对口、不需要专业要求的实习工作。这样的实习情况会导致学生的专业技能与素养与社会对毕业生的要求相距甚远[3]，影响学生实践技能的提升，在日后的工作环境中忽略很多常识性问题，理所当然地做事而缺乏了细节上的观察，缺乏对本行业现状及发展趋势的了解，对自身无定位或定位不准。

目前，学校的考核形式大部分仍然采用闭卷考试加平时成绩的方式进行，只考察到学生对于理论知识的掌握程度，无法真正体现学生的实践应用能力，所以大多数学生只会在临近考试的时候，秋风扫落叶般地临时抱佛脚，对知识进行复习和背诵，导致考试结束就忘记，无法在未来的社会生活中，结合自己的专业知识去解决实际遇上的具体问题。

3 虚拟现实技术在高校教学中应用的依据

一方面，教育信息化发展为虚拟现实技术在高校教学应用奠定了基础。随着教育部《教育信息化2.0行动计划》等文件的发布，以信息化为基础的智慧教育随着科学技术的进步而迅速发展。文件中指出“以信息化引领并推动教育现代化、全力推动信息技术与教育教学深度融合……综合利用互联网大数据、人工智能和虚拟现实技术探索未来教育教学新模式”[4]。虚拟现实技术作为信息化新型技术的一种，多次被各种信息化推动教育发展的文件提到，已被广泛地应用到各个领域，传统教学的手段已无法追赶快速发展的时代，在高校使用虚拟现实技术进行教学改革，已是势不可挡的发展趋势。

另一方面，教育学理论为虚拟现实技术在高校教学应用提供了理论基础。建构主义理论关注如何在学校教育与现实生活之间建立联系，实现知识迁移，进而完善和发展自身认知结构。构建主义理论的情境认识观一再强调学习的情境性，但在现实生活中，很难将每个知识都很好地融入到具体的生活实践中。而虚拟现实技术能很好地解决这一问题，建设满足建构主义理论所需的学习情境，将学习与情境化的实践活动有机结合在一起[5]。

情境认知理论认为知识与实践不是分别独立的两个个体，知识与实践之间有着千丝万缕的关系，只有通过实践活动才可以不断地发展认识，实践是检验真理的唯一标准；而知识也在指导着实践，不断推进实践的发展和革新。提出学习的目的并不是单纯地获得事实与理论，更高目标是可以利用知识去解决在社会实践中出现的任何问题，做到具体问题具体分析。虚拟现实技术可以创建一个具有社会氛围的学习环境，改变环境中的各种参数，让学习者在这个无限接近于真实社会的特定环境中，利用自己掌握的知识和工具去应对各种状况，实现知识迁移，构建良好的认知结构体系。

爱德加·戴尔教授在他的“经验之塔”理论中提到，个体的学习经验主要由做的经验、观察的经验和抽象的经验3个部分组成[6]。通过虚拟现实技术创设的沉浸式学习环境，学习者可以在虚拟环境中开展互动，通过交互获得“做的经验”，通过引导观察生活中难以看到的现象得到“观察的经验”，最后在做和观察的基础上总结出“抽象的经验”。

4 虚拟现实技术在应用型高校教学运用的价值与措施

4.1 丰富教学手段和教学内容，改变教育观念

在当前，黔南师院的教学方式依然还是以课本知识为主体、教师授课为主导、教室开展教学活动，学生大多数时候都是在接受灌溉式的知识内容。而通过使用虚拟现实技术可以改变当前这种传统教学局面，例如采用桌面虚拟现实系统，用屏幕展示虚拟环境，学习者在真实的环境中通过键盘、鼠标等硬件设备，操作虚拟物体进行人机交互，这样的学习方式不仅可以让学生根据自己能力和情况控制学习进度、选择学习内容，还可以通过自动化形式产生作业，不同的学习方式和掌握的知识点类型，可以产生相对应的测试要求，学生能够快速地得到反馈结果，教师也能够通过后台获取到学生数据，不断调整教学计划，以此达到教学投入收益的最大化。

4.2 节约教育经费，改善实验状况

通过虚拟现实技术建设虚拟实验室、漫游数字场馆、模拟训练场或者桌面虚拟现实系统，让学生通过选择各种虚拟环境开展虚拟实验操作，既可以避免学生因实验操作不当造成的危险、资源浪费等情况，又可以解决实验资源匮乏、实验环境无法创建的问题，同时还能拉快实验的进度，将一些需周期过长的实验观察开启倍速形式，并通过不停地修改实验参数与变量得到不同的实验现象，并将实验的结果快速直观地展示给学生，让学生可立刻根据反馈数据修改实验方案。例如，通过虚拟现实技术可以开展爆炸、高危化学实验、飞行、探险等实验教学[5]。引进虚拟现实技术开展实验教学活动，既节约了教育经费，又避免了对实验仪器或设备的维护工作。

4.3 弥补教学条件的不足，打破时空界限

因为受现实条件的限制，学校很多课程都无法开展，许多特定情境必然受到时间、空间的限制。通过虚拟现实技术创建沉浸式虚拟现实系统，可以打破时间与空间的限制。例如，在学习政治历史时，同学们可以回到过去与历史人物进行交流，一览历史的长河，走进还未被破坏的圆明园，去参加具有里程碑的遵义会议；在学习数学、物理时，同学们可以向牛顿、爱因斯坦、华罗庚等物理学家、数学家请教问题，可以和他们一起探讨问题，听一听他们的见解与建议；在学习生物，特别是黔南民族师范学院特有的茶学专业时，同学们可以通过把时间进行随意地加速或延缓，在几分钟内快速地观察到毛尖茶的生长过程，甚至可以按下暂停观察它某一时刻的生命特征；在学习天文学时，可以将空间任意放大或缩小，同学们可以进入到黑洞中、火星上，甚至是一粒小小的宇宙尘埃中去观察与探索。这种身临其境的教学手段，能够更好地激发学生的学习兴趣和学习动机，达到更好的教学效果[7]。而且学生们可以在虚拟环境中直观地看到自己假设的结果和效果，可以让学生得到很好的体验，培养其创造性思维。

4.4 创建良好的实习环境，强化技能训练

通过对大多数毕业生参加工作后的情况调查，根据数据信息反馈机制得到：校内实训、单一社会训练的实习方式，会让大多数人在工作时，虽然依然能够回忆起专业知识，甚至可以背诵出来，但是在解决工作中的实际问题时，却很难发挥真正的作用。通过虚拟现实技术改善实习条件，创设与现实世界相融的真实社会场景，让学生在场景中根据自己的专业进行角色扮演，全心全意地融入到环境中，在单位、企业或者工厂等工作场所，在模拟的日常业务中，与虚拟角色进行沟通交流，解决出现的各种问题和应对各类突发情况，这样的实习方式不仅解决了实训内容单一、实习环境不好的问题，同时也解决了实习周期短、大局观不够的问题。同时，不仅让学生得到技能的训练和强化，还能锻炼到学生的软技能、突发情况的应急处理能力和思考能力。从另一方面来说，因为理论与实操和实际工作之间存在着一定的差异性，想象与现实之间的落差是必然的，学生通过虚拟世界的职业体验建立与成人工作世界的联系，得到职业启蒙教育，不断加深对工作岗位的认识和工作内容的理解，最终根据自己的专业调整职业计划，形成个人的职业倾向，有利于作出未来的职业选择[8]。

4.5 为教师创设良好的科研环境，改善教学评价体系

黔南民族师范学院由于地理位置、软硬件设施配备以及校园占地面积和建设等原因，无法很好地为教师提供一定的科研环境。教师大多数时候只能使用科研经费外出到发达地区访学、调研，且回校以后会因为科研环境条件与调研地区差距较大，设备仪器不具备等问题，而影响科研成果。虚拟现实技术提供的真实情景虚拟环境，仿真技术提供的实操工作，能够帮助教师搭建一比一的科研平台，随心所欲地进行实验研究，获取信息与规律。

虚拟现实技术的使用可以改善教学评价体系，搭建以理论知识为基础、实践能力为支撑的岗位胜任力的评价体系。对于学生的综合考评，不仅要考察学生掌握知识理论的程度、技能使用的程度，还应该结合学生是否能在岗位上开展工作、完成工作的效果进行综合评定，激发学生培养动手能力的兴趣，增加学生对实训的重视程度[9]。

5 虚拟现实技术应用于教学中的困难

虚拟现实技术应用于教学中的困难主要有：①虚拟现实设备系统价值昂贵，不便于维护管理；②虚拟现实技术在中国的发展程度仍不够成熟；③虚拟现实的相关内容、课件的制作成本较高、周期较长；④虚拟现实技术的使用专业性强，教师和学生的信息化能力较弱，需要较长的周期进行培训；⑤沉浸式的学习方式，不利于培养学生之间团结协作的精神。

6 总结

随着大数据时代的到来，中国创新办学教学要求的提出以及虚拟现实技术的不断进步与发展，将虚拟现实技术引用并运用于应用型本科高校教学中已经是势在必行。对以黔南民族师范学院为代表的西部欠发达地区的地方高校来说，应当开始关注虚拟现实技术对教学改革的指导作用与价值，开始形成、建设、完善一套属于自己高校特色的虚拟现实教学科研系统，构建良好的教学科研环境，提升教师学生的信息化操作能力，进而提高教学水平和质量，提高毕业生的就业率。同时也必须形成一套正确的价值体系，将虚拟现实技术作为教学改革的辅导工具，而不能本末倒置，完全替代传统教学。虽然，虚拟现实技术已经在各大领域得到了广泛应用，但仍然有着不足之处，这有待于我们在未来与学校一起共同研究与进步。