虚拟现实技术在高职院校实训教学中的应用研究

王芳?陈书理

摘要：虚拟现实技术运用计算机技术，模拟集听觉、视觉、触觉一体的环境，能够为使用者提供更为真实的感受。虚拟现实技术应用广泛，在工作实践和教育教学等方面都有相关应用。在高职院校实训教学中，教师可以应用虚拟现实技术，借助交互技术、数据收集、场景构建、三维建模的实现方式，发挥其在创设仿真教学环境、提高实训交互感、满足学生操作需要、降低实训过程风险、辅助学生自主学习等方面的价值，需要落实以下应用策略：打造沉浸式学习环境，引入生动的应用场景，引导学生三维建模，注重进行场景构建，实施特效实践活动，辅助学生巩固技能。教师通过落实以上策略，能够有效提高实训教学的效果。

关键词：虚拟现实技术；高职教育；实训教学；沉浸体验；模拟实训

一、前言

在高职院校人才培养中，为更好地培养高素质的技能型人才，学校会在学生掌握基本理论知识的基础上，基于技术应用和技能培训的目标，开展多种多样实训活动，以此更好地提高学生动手能力与实操能力，便于学生在今后的工作中能解决实际问题。随着国家持续加大对职业教育的投入力度，加上高职院校自身的资金投入，院校的实训设施更加齐全和先进，实训基地更为多样和完善。但仍存在着实训设备应用不便、实训场地受限、实训场景实现困难、无法保证人人操作等问题。在虚拟现实技术的帮助下，高职院校可以更好地实现实训教学，模拟真实实训环境，带给学生沉浸式体验，促进学生积极参与实训。

二、虚拟现实技术概念和实现方式

虚拟现实技术来源于英语Virtual Reality，简称为VR，近年来已经应用在工作与生活中，能够有效模拟真实环境，带给用户足够真实的体验。虚拟现实技术的基本特点是感知性、交互性、沉浸性：用户可以沉浸在虚拟环境中，依据自身感知和认知全面获取知识，寻找解答问题的科学方式，获得更真实的反馈[1]。

在实现虚拟实训场景中，需要借助高性能计算机和相关设备，模拟真实岗位的工作环境，建构虚拟仿真平台，模拟各种教学场景，引导学生沉浸于虚拟环境中学习和操控，学生能够借助VR眼镜和手持设备获得更为真实的实操体验，完成各项学习任务，提前熟悉岗位的工作技能。其实现方式主要有数据收集、三维建模、场景构建、交互技术。数据收集主要收集与虚拟技术相关的图片、地图、数据等；三维建模是实现这个技术的前提；场景构建能够更好完善虚拟现实技术；交互技术是实现这项技术的关键，可分成几何建模和图像两种交互技术。

三、虚拟现实技术在高职院校实训教学中的应用价值

基于大数据、云计算、人工智能的背景，很多高职院校开设了新的专业，现代社会的工作岗位对毕业生提出了更高的要求，原有的教学资源和教育方式已无法满足现实需要。因此，新时代的高职教育应当更加重视虚拟现实技术的应用，更好地发挥在实训教学中的应用价值。正视虚拟现实技术在高职院校实训教学中的应用价值，也是更好地助力该技术的推广与应用的重要选择。

（一）创建仿真教学环境

在高职院校实训教学中，教师根据实训教学的目标，借助虚拟仿真室，提前创建仿真教学环境，构筑多种任务场景，让学生沉浸在模拟情境中学习以及操作。在仿真教学环境中，虚拟仿真技术不仅能够模拟真实工作环境，还能模拟各类工具和工艺，学生借助工具控制操作装置与生产设施等，更好地调动学生多种感官，促进学生集中精神获得更为真实的实训体验[2]。与传统视频播放等多媒体的呈现方式相比，虚拟仿真技术能够更好地创设仿真教学环境，提高实训教学效果。不论是建筑设计场景、工程施工现场，还是设施巡检工作、设备抢修现场，或者是企业自动化生产线，虚拟现实技术都可以很好地模拟出来。

（二）提高实训的交互感

在高职院校实训教学中，面对各个专业的实训过程，往往涉及各种各样的动手操作。通过运用虚拟现实技术，可以有效模拟各类设备的操作，学生可通过触控等方式，更加自然地在空间中交互，获得更真实的反馈，实现高效实训操作。如对于设施农业与装备专业的实训，主要是运用现代信息技术，借助各类物联网技术专业技能，为农业生产对象创造更适宜的生长发育环境，实现农业高效生产。但在实训中对场地和器材的要求较高，教师在虚拟实训室中，可以模拟智能化农业设施的工程施工、安装、调试、维护等场景，以此增强学生实训的交互感。

（三）满足学生操作需要

由于受到资金投入的限制，很多高职院校的实训场地不足，实训设备有限，因此在实训中往往不能保证所有学生同时进行，或者多名学生使用一台设备操作，无法满足人手一台的需求。虚拟现实技术运用在实训教学中，能重复利用资源和进行共享，便于多名学生在同一场景中操作，也可以进行协同工作，合作完成各类实训任务，满足学生各项操作需要。如汽车运用专业实训中，涉及发动机检修、拆装等操作，通过借助VR设备，学生都可以在虚拟实训室中参与检修和拆装等操作，弥补实训设备少带来的问题，提高实训的效率。

（四）降低实训过程风险

在传统高职实训过程中，长时间使用设备会造成损耗问题，设备长时间运行需要进行经常检修和维护。学生在各类实训操作中，由于对操作流程不熟悉、操作不规范等，还有可能出现各类事故。通过运用虚拟仿真技术，能模仿实训环境与操作流程，学生借助VR设备进行实际操作，能够大大降低甚至消除实训过程风险，无需考虑操作事故和设备维护等问题。如在机电专业自动化生产线、数控专业数控机床操作等实训中，传统实训过程损耗设备和损毁器具，容易造成一些事故，使用虚拟现实技术教学，能够有效解决以上问题。

（五）辅助学生自主学习

教师借助虚拟现实技术开展实训教学，能够打破设备、场地、时间和空间等方面的限制，满足学生个性化学习需求，便于学生灵活学习，辅助学生自主学习。学生可以根据自身需要，在虚拟实训室中自行实践，更好地巩固操作技能。学生也可以根据实践证书要求，有针对性地进行训练，更好地获得各类证书。

四、虚拟现实技术在高职院校实训教学中的应用策略

根据本校的实训教学经验，通过调查本地其他高职院校的实训教学，发现高职院校在实训教学中已经开设运用虚拟现实技术，但是在以往的应用中还存在一些问题。比如，实训教学准备不够充分，未能有效打造沉浸式的学习环境；在实训导入环节，引入的虚拟现实资源不够丰富有趣，无法有效激发学生参与兴趣；在建模环节，应用虚拟现实技术的范围较窄，无法有效发挥这种技术的独特价值；在场景构建的环节，由于教师的指导不佳，学生运用虚拟现实构建的效果不佳；在特效制作的环节，学生对于制作过程不够熟悉，无法发挥虚拟现实技术优势；课后缺少巩固，无法巩固技能。为了更好发挥虚拟现实技术在高职院校实训教学中的应用价值，在今后的工作中，我们主要通过以下策略做出尝试与优化：

（一）做好实训教学准备，打造沉浸式学习环境

在高职院校实训教学中，为了更好地应用虚拟现实技术，教师需要做好实训教学的准备，为学生打造一个沉浸式的学习与操作环境。高职教育重视培养学生动手操作能力，相关院校根据本校所设专业和对应行业，搭建虚拟工厂，涵盖若干虚拟仿真系统，纵向覆盖生产实践全流程，横向融通全岗位职业能力和职业素养。在实训教学之前，教师需要准备好桌面式VR设备、VR头盔、AR眼镜，搭建大场景显示系统等，这样便于学生更好地互动，带给学生身临其境的感觉[3]。

例如，在虚拟工厂中，教师运用各类设备模拟生产实践的真实工作场景，以此组织教学过程，分解生产实践流程，设计相关教学内容，设置综合的学习任务，引导学生在各生产区域进行协作，更好地培养学生分析问题和解决问题的能力，提高学生跨工种的团队合作能力，培养工匠精神。教师可以依托院校虚拟工厂，借助辅助设备实时采集与分析学生的学习过程、操作行为等数据，仿真实训数据。在线下，教师可以全方位指导学生的操作规范、动作要领等，使学生逐渐提高综合操作能力，形成职业能力与综合素养，为将来工作做好准备。同时，教师还可以引领学生线上自学与操作实践，通过推送关于虚拟现实的微视频等资源，辅助学生掌握虚拟现实技术的操作，与所学专业结合起来，利用智慧学习平台等在线上操作，这样可以让学生有效提高自学的效果，有效预习新课内容。

（二）引入生动的应用场景，激发学生参与兴趣

根据虚拟现实技术的实现方式，教师将其应用在高职院校的实训教学中，先要收集数据，主要是与虚拟现实技术应用相关的图片、地图与数据等，以此创设和引入生动的应用场景，激发学生学习兴趣。教师可以根据现代生产与生活、三维建模等方面的具体应用，搭建和引入相应的应用场景，促进学生更好地感受其重要意义，调动学生探究兴趣和学习积极性，更好地进入相关实训中。

例如，三维建模可视化（3D）虚拟现实技术，在智慧城市和园区设计方面的应用广泛，通常是物联智慧园区整合产业园内各子系统信息资源，借助数字化3D可视化技术，动态展现智慧楼房的运维、能源、安防、服务等运行状态，这样就可以汇聚和共享园区的全景数据，更好地进行智慧管理，提高园区管理水平。从园区场景可视化方面看，教师可以运用数字孪生3D GIS建模技术，选择特定的工业园区，真实还原1∶1园区内外的建筑和公共设施全景，还可以动态模拟环境，根据现实天气数据模拟不同天气，让学生获得身临其境的感觉。教师还要布置简单的模仿任务，要求学生按照微视频的操作，利用身边的平板设备，或者借助交互电子白板，在智慧楼房中参观，熟悉“西气东输”等能源运输通道，认识某公司的安防系统等。通过这样的方式，能够有效提高导入的效果。

（三）导入实训学习任务，引导学生三维建模

教师应用虚拟现实技术进行实训教学时，需要先导入实训学习任务，引导学生借助虚拟现实技术进行三维建模，主要是用图像数据方式、图形建立模型的方式建模，初步发挥这类技术的重要作用。教师根据学生的动态反馈情况，进行针对性指导，可以在学生操作体验中进行实时反馈，提高操作效率[4]。

例如，针对建筑动画技术专业的实训教学，实训项目有建筑虚拟现实项目的实战、建筑动画项目实战等。教师可以引入某位业主提出的建筑要求数据，布置借助虚拟现实技术进行建筑建模的任务。学生需要基于业主要求确定建模工具与建模大小的场景，操作图形建立模型。建筑建模分为几何建模与物理建模：前者要考虑各类细节，如建模形状、轮廓、属性，分析各类数据关系、各对象间说明信息与数值；后者重点处理光照、颜色、纹理、材料等。教师需要根据学习过程中的情况，有针对性地进行指导。教师在指导的过程中，重点是抓住细节以及整体：在过程中针对细节进行点拨，比如注意按照标准尺码进行建模，减小误差，让光照打得又亮又均匀，突出虚拟现实中角色纹理等；在结束环节针对整体指导，基于学生或小组三维建模的整体成果予以点评。

（四）指导学生环境集成，注重进行场景构建

在建筑设计中，建筑和环境是一种相辅相成的关系，不仅要按照规定设计好建筑物，还要根据建筑物的外观、颜色、用途等，搭配适宜的环境，要与周围的环境相协调，打造和谐人居环境。以上主要是针对建筑建模方向的实训进行分析，教师指导学生运用虚拟现实技术完成基本建筑物建模后，还需要指导学生进行环境集成，将建筑模型与周围环境构建成有机体，这些环境分为水、天空、地面（如花草树木、山体、人物、车辆等），这样才能更好地打造环境和谐的空间。

例如，建筑建模方面的实训中，运用虚拟现实技术可以做到：用贴图技术呈现树木、草地、公路等，解决现实的问题，实现特效场景等。如用贴图技术呈现树木时，先要有相关植物贴图，运用3D制作软件的材质编辑器，为其漫反射材质通道贴上植物贴图等，还要构建多样化的植物。教师指导完成后，让学生进行实际操作，还可以用贴图完成，以及加入一些视觉效果。如可以在一处建筑场景中加入云雾、下雨的情景等，主要用3D软件粒子系统、动态贴图方式操作，这样能够增强场景的生动性，完美融合视听艺术和建筑空间的表现。教师还可以引入一些经典建筑设计的资料，如包豪斯校舍、苏州博物院等，以此参考构建环境。

（五）有效运用交互技术，实施特效实践活动

虚拟现实技术的一大特色就是可交换。当前社会运用虚拟现实技术中，交互技术已经在医学检测、体感游戏、航空航天等方面得到了大量的运用。教师指导学生在虚拟场景中实训，完成基本的建构操作后，就需要有效运用交互技术，实施特效实践活动，这样学生可以在指定程序中浏览，能够带给学生真实的感受，也可以发现其中的问题，便于进行修改完善[5]。

例如，建筑建模工作结束后，教师指导学生运用3D软件收集建筑动画模型，可以生成视差图像，设置不同路径，编辑建筑模型，然后在指定程序浏览。学生在虚拟场景中进入建筑内部展示区域，可以运用多楼层展示、楼层切换、室内导航等功能，仿真还原现场环境，更好地感受各类建筑区域。教师可以根据学生的实际反馈，有针对性地进行指导，帮助学生更好地完成特效实践活动。在指导中，教师要多引导、表扬、鼓励学生，更好地培养学生学习和创造的自信心。

（六）布置学习探究任务，辅助学生巩固技能

温故而知新，可以为师矣。学习和训练具有相辅相成的关系。相关实训教学完成后，教师还要根据学生的课堂反馈情况，根据实训教学的目标，布置一些自主学习与合作探究任务，以此辅助学生更好地巩固实操技能。学生可以在课内完成相关任务，也可以在课外完成任务，但是都必须获得一定的成果，将成果通过各类方式呈现给教师，教师对此进行科学评价与有效反馈[6]。

例如，教师基于虚拟现实技术在建筑建模方面的应用，可以布置一些可视化创建任务，如实现建筑区域、设备监控、能效管理、智慧安防、运营管理等方面的可视化。针对其他专业的学生，如机电一体化、电气化等专业的强电电柜调试维修实训，教师可以布置运用虚拟现实技术模拟维修操作的任务，学生借助虚拟现实设备和特定环境，能够更好地掌握维修操作流程，获得比传统看视频、做题目更好的效果。教师还要根据学生在课堂上的反馈情况，融合学生课下完成任务的情况，对学生参与模拟实训的过程、态度和结果进行综合评价，基于优点进行鼓励，点明其中不足，引导学生进行针对性改善，更好地提高实训的效果。此后，教师可以根据学生的专业特点和兴趣方向，准备一些与虚拟现实技术相关的自主学习资源，推送到智慧学习平台上，以此辅助学生课后自主学习。

五、结语

综上所述，虚拟现实技术作为新时代教学改革的重要选择，在实际的应用中具有重要的现实意义与价值。新时代的教育工作者应当正视虚拟现实技术的应用价值。同时立足开展实践教学，尝试拓展虚拟现实技术的应用路径。在新时代的高职院校实训教学中，教师可以应用虚拟现实技术，这样能够突破院校设备和场地等的限制，不受时间与空间的局限，有效实施各方面的实训教学，满足学生的不同学习需求。以上主要基于虚拟现实技术在建筑建模方面的实训应用进行探究，也涉及其他专业实训的应用，可以取得有效的实训教学效果，不同院校的教师也可以根据实际需要，充分运用虚拟现实技术，以此更好地开展实训教学，培养学生实操能力，为就业以及创业打下坚实的基础。

参考文献

[1]陈燕.浅谈虚拟现实技术在高职院校实训教学中的应用[J].计算机产品与流通，2020（2）：209.

[2]王璐.关于虚拟现实技术在高职实训教学中的应用思考[J].大学，2021（27）：77-79.

[3]王继群.虚拟现实技术在高职实训教学中的应用[J].北京工业职业技术学院学报，2019，18（4）：76-79.

[4]杨婷婷.虚拟现实技术在高职院校动漫教学中的应用研究——以宣化科技职业学院动漫专业教学实践为例.石家庄：河北师范大学，2019.

[5]黄文鹤.VR虚拟现实技术在高职院校实践教学中的应用研究[J].花溪，2021（26）：26.

[6]李俊贤.VR虚拟现实技术在高职院校实践教学中的应用探索[J].信息与电脑，2020，32（12）：238-240.