面向职业教育高质量发展的VR 实训教学模式研究*

卞金金

（深圳职业技术大学 传播工程学院，广东 深圳 518055）

因教育数字化转型发展而推动教育变革和创新，是当前教育现代化发展的关键。近年来，人工智能、元宇宙、大数据等信息技术日新月异，给职业教育领域带来了前所未有的机遇和挑战。中共中央办公厅、国务院办公厅于2021 年印发的《关于推动现代职业教育高质量发展的意见》第五部分强调“深化教育教学改革”创新教学模式与方法是重要环节。构建现代职业教育体系，培养更多高素质技术技能人才、能工巧匠、大国工匠，需要将新技术与职业教育双向融合，形成新的教学模式和方法。虚拟现实（VR）技术作为元宇宙、数字孪生、具身体验等新兴概念的核心技术，利用三维图像、多路传感输入等手段，计算生成和控制虚拟空间的车间、设备、工地和展厅等，形成虚拟的岗位环境，让学生在虚拟岗位空间里体验真实环境中的视觉、听觉、动感等感知觉，产生身临其境的感受。将虚拟现实技术在职业教育实训教学中应用有助于突破现有职业教育实训设备能耗高或不能完全配备，特殊条件和情况在教学中难以复制，安全性难以保证及管理不便等困境。因此，开展面向职业教育高质量发展的VR 实训教学模式研究，推动新技术与职业教育深度融合，提升职业教育质量，具有重要的理论意义和实践价值。

一、研究现状

（一）国外研究

国外关于面向职业教育高质量发展的VR 实训教学模式相关研究趋向有两方面：一方面关注VR技术在职业教育实训环境中的应用，如Kevin Gonyop Kim（2020）认为沉浸式虚拟现实（IVR）为设计专业的职业教育学生提供更多的真实感和参与感，从而增强了学习体验[1]。Breitkreuz，KR等（2021）针对护理专业人员设计了虚拟现实无菌导尿管插入的实训软件（VR-SUCIG），并和护理人员一起对其可用性进行了研究[2]；Thornblade，LW（2021）应用VR 技术实训外科医生的基本功，完成复杂的手术步骤，以及与整个手术室的工作人员协调手术的方法[3]。另一方面，关注沉浸理论对职业教育VR 实训教学过程的影响，如，Novak、Hoffman 和Yung 等认为，有别于原始的沉浸模型，在人机互动中的沉浸除需要一定程度的挑战与技巧，还必须加上专注[4]。

（二）国内研究

本研究采用“虚拟现实”做主关键词，通过添加过滤条件从中国知网上筛选数据，时间为2010 年至今，得到“虚拟现实+职业教育”论文410 篇，“虚拟现实+职业教育+实训”论文203篇，“虚拟现实+高职”论文541 篇，“虚拟现实+高职+实训”论文221 篇，去重后剩余622 篇相关文章；使用Citespace 软件进行关键词热点可视化分析，从结果上可见，VR 与职业教育的相关研究已形成一定程度聚集，在职业教育中的应用已较为广泛；热点主要集中在职业教育、高等职业教育、实训基地和高职院校等领域。本研究再将研究论文关键词分为10 个大类进行聚类分析后发现，VR 相关技术正广泛应用于职业教育专业教学实践中，如动漫设计专业、汽修专业和服装设计专业等。

通过对相关文献的内容进行分析，本研究发现国内关于职业教育VR 实训教学模式的研究主要趋向包括三方面：一是从理论角度对VR 技术应用于职业教育实训进行阐述。如李小平（2018）提出基于体验学习的VR/AR 智能教学控制思想，从系统论的视点研究了VR/AR 的教学属性、技术属性和内在作用关系，为提升智能VR/AR 环境下的教学质量提出了一种可行的方法[5]；朱福军（2017）从理论角度分析了基于VR 技术的个性化课堂学习环境及基于VR 技术的课堂交互式学习环境[6]。二是关注VR 技术支持下的设备操作实训过程。如杨梨（2021）分析了虚拟现实技术在临床见习教学的应用情况[7]；曹欢（2021）探讨了VR 技术在汽修专业驾驶员培训、汽车故障诊断与排除及汽车维护保养中的应用[8]；张威（2021）在新能源汽车教学中应用VR 技术，使学生能够在虚拟环境中进行零件拆卸、组装、零件更换、维护和检查的操作培训[9]。三是关注教学环境及资源的设计开发。如陈锐浩（2020）提出面向职业院校的虚拟现实资源建设及教学应用整体规划模式，总结出适合职业院校的虚拟现实资源开发实施模式[10]；钟正等（2018）通过论证体验式学习环境设计的原则、要素、情境设计、活动设计、交互设计等策略，构建基于VR 技术灵活开放的体验式学习环境[11]；魏巍（2020）开发了基于VR 技术《城轨车辆技术》课程的沉浸式、交互式教学场景及相关课程资源[12]。

综上所述，VR 技术是当前职业教育实训教学领域的热点技术，整合了多领域的技术，是科技发展进步的结晶。国内外的研究者已尝试将VR技术应用于职业教育教学过程中，但大多从理论角度进行研究，或局限于在设备操作过程中的应用，以及虚拟环境及资源的设计和开发，而聚焦实训，系统研究VR 技术在职业教育实训中的教学模式和应用效果较少。通过研究VR 实训教学模式及其应用效果，能够保证先进技术得以充分发挥，有效提升学生职业技能水平，让职业教育实训水平达到新高度，以达到推进职业教育高质量发展的目的。

二、职业教育VR 实训教学系统关键技术分析

本研究结合国内外学者对VR 技术特征的分析以及沉浸理论、情境认知理论、认知负荷理论等实训教学相关理论，通过了解VR 技术在各职业教育领域的应用实践，综合与职业教育师生的访谈，归纳出现阶段职业教育VR 实训教学系统主要综合应用“具身感知”“临场感受”“智能交互”“自主控制”“即时评价”和“协作互动”等技术（如图1），促进面向职业教育高质量发展的VR 实训教学方式方法变革。

图1 职业教育VR 实训教学系统关键技术

具身感知。在职业教育VR 实训教学系统应用过程中，学生除了能感受一般计算机所具有的二维、三维视觉感知以外，还有听觉感知、空间感知、触碰感知、力量感知和运动感知等多重具身感知觉叠加，传递认知信息。

临场感受。职业教育VR 实训教学系统针对学生实训需求，创设与真实岗位极其相似的虚拟岗位空间，让学生感到自己作为岗位角色存在于环境中，增强学生对岗位环境的适应性体验，沉浸感强烈。

智能交互。职业教育VR 实训教学系统除能捕捉学生的动作，让学生通过动作与系统内环境进行交互外，还能够运用人工智能技术，设置虚拟智能学伴与学生交流互动，支持学生自适应训练，适时减轻学生认知负荷。

自主控制。在职业教育VR 实训教学系统应用过程中，学生能够根据自己的意志，通过动作操作控制VR 环境中的事物，该环境中的事物依据现实世界物理运动定律动作。

即时评价。职业教育VR 实训教学系统能够通过高效实时的双向交流，实现实训实时可视化反馈和即时评价，让学生了解当前自己的操作情况，及时调整状态；让教师实时了解情况，及时给予学生引导并根据情况调整实训内容。

协作互动。职业教育VR 实训教学系统能够通过无线网络设备，如：无线路由器、无线信号接收器和服务器，实现学生之间的动态协作互动，组织协作实训，增强互动体验。

此外，职业教育VR 实训教学系统关键技术的实现与VR 技术现实环境的支撑分不开。VR技术现实环境是职业教育VR 实训教学系统关键技术实现的基础，为形成真实、开放、高效的新型实训教学模式提供了可能。同时，新型教学模式在适应关键技术的演变、发展过程中，也会根据现实需求对现有技术进行进一步改进。VR 技术现实环境与职业教育VR 实训教学系统关键技术必然相互影响、相互作用，以满足职业教育实训的需要。

三、面向职业教育高质量发展的VR 实训教学模式设计

依据国内外相关研究及理论分析，通过整合职业教育VR 实训教学系统关键技术，依托教育学理论以及对职业教育实训教学过程的观摩，本研究尝试对职业教育VR 实训教学过程中各要素进行分解，针对职业教育实训教学活动的特征，结合实训教学评价的需要，设计面向职业教育高质量发展的VR 实训教学模式，以促进VR 技术与职业教育实训双向融合。

（一）实训教学对象设计

面向职业教育高质量发展的VR 实训教学模式的构建首先要考虑实训对象的特点和应用需求。对学生情况进行分析，清晰界定使用对象，如使用者的年级、专业、学习风格、对VR 的熟悉程度及使用能力等。明确学生是单人、多人协作或分组实训。根据学生情况适当提供个性化支持。

（二）实训教学任务设计

使用VR 实训教学模式进行实训，需要考虑选取合适的实训教学任务，一门实训课程当中，并非所有任务都适合采用VR技术进行支持。教师要充分考虑，实训任务的选取是否具有实景体验的特性，使用VR实训是否能够体现出优势。此外，实训任务的完成是否具有一定挑战性，能提升学生学习兴趣，给学生带来获得感。还需注意选取的实训任务的虚拟体验是否会给学生带来认知负荷过载，或心理不适感。

（三）实训教学方法设计

实训教学方法是实训的组织形式、实施程序、教学（教练）方法和手段运用的统称。结合国内外相关研究以及沉浸理论对实训教学方法设计的启示，本研究认为面向职业教育高质量发展的VR 实训教学方法设计主要是依托VR 技术对基本操作、职业素养、组织协同、实训效果评估和巩固实训成果五个方面进行优化设计。

1.基本操作实训方法设计

基本操作实训，主要以开展岗位基础操作、基础动作实训为主。选取适合采用VR 技术体验的实训内容，利用VR 技术构建与岗位工作相适应的真实环境，合理设置难度系数，让学生在VR环境中，体验实际工作情境的基本动作操作规范。

2.职业素养实训方法设计

职业素养是学生信念、身体、心理、行为与技能的综合体现，是岗位工作中使用感知、记忆、想象、思维、判断等心理活动的总和。VR 技术条件下的职业素养实训，主要包括技能素养、心理素质两类，通过借助VR 技术构筑的各类真实“情景”，如，在实际岗位中操作挖掘机、维修发动机等，将岗位中可能遇到的问题置于情景中，并将学生引导入一定的角色状态，进一步激发学生学习积极性，加速其对知识技能体系的全面了解和掌握，从而帮助学生形成职业意识，适应工作环境。

3.组织协同实训方法设计

岗位工作实际，常是工作人员在统一组织和联合作业下进行的。VR 技术在组织协同实训时，应通过实训，使学生建立并不断增强协同配合的意识。组织协同实训的方法主要有：一是开展协同操作实训。在VR 技术条件下，通过教师下达要求，组织学生协同配合操作；二是开展协同流程作业实训。借助VR 技术构建实际岗位中各阶段、各部分的协同情景，检验学生协同配合能力，建立学生的协同理念。

4.实训效果评估方法设计

职业教育实训效果评估常见的方法有：形成性评价、企业导师和校内教师综合评价等。面向职业教育高质量发展的VR 实训教学可结合实际，遵循合理性、准确性和可操作性等原则，结合学生实训过程，对学生的实训效果进行综合评估。

5.巩固实训成果方法设计

面向职业教育高质量发展的VR 实训教学主要目的是增强学生职业技能，实训内容多以可操作内容为主，可采取以下方法：一是实时反馈。结合实训实际，在最短时间内，组织学生对自身在VR环境中的实训视频进行观看，对照视频查找问题，以达到发现问题，改进技能的目的。二是循环改进。在完成实训反馈的基础上，结合师生观摩给予的评价，对任务内容进一步明确后，学生重新进入VR环境进行演练，修正前一次演练的不当之处，完善操作技能，以达到最大限度提高实训效果的目的。

（四）实训教学环境设计

在VR 条件下的实训教学环境，要从实训岗位要求出发，构设逼真复杂的实训环境，最大限度地贴近岗位。结合国内外研究对实训教学环境的分析，本研究认为，VR 技术条件下的实训教学环境即在实训过程中被教师和学生利用的一切要素，主要包括实训资源、现实环境及虚拟环境。

1.实训资源设计

实训资源主要指数字资源，包括学生与教师在实训过程中所需要的各种数字化资源，这些资源需根据不同岗位任务和实训内容适宜采用的媒体呈现方法来构建和完善。如，实训过程中可以加入微课、动画、可交互软件、AR（增强现实）、MR（混合现实）等学习资源，与VR 应用结合，形成富媒体环境，以更加适配学生实训过程。

2.现实环境设计

现实环境是指实训所处的时间、空间，使用的设施、装备、器材等。实训现实环境的设计应根据岗位特点，遵循多元动态、现实逼真、安全可靠的原则，为VR 实训提供安全且足够便利的现实环境条件。如，实训环境选择课堂内还是课堂外、在学校使用还是在家庭使用，实训应用形式是桌面式还是移动式、使用时间长短等，使用的空间是否充足，保护措施是否充分。

3.虚拟环境设计

虚拟环境即指VR 实训系统为学生提供的VR实训环境。虚拟实训环境的设计，应依据VR 实训教学系统的关键技术及架构设计，考虑影响学生有效实训的所有条件，根据实际岗位需求结合“具身感知”“临场感受”“智能交互”“自主控制”“即时评价”和“协作互动”等多种关键技术，帮助学生适应岗位环境，提高实训能力。

（五）实训教学过程设计

VR 实训教学组织实施过程需要考虑的因素多样，根据国内外研究及教育学理论对实训教学流程要素设计的启示，本研究将VR 实训的组织实施过程，设计为实训前的准备过程、实训中的实施过程和实训后的巩固过程（如图2）。

图2 面向职业教育高质量发展的VR 实训教学模式图

实训前，教师明确自己将要向何种层次、何种类型的学习对象施训，根据学习对象的特点以及实训内容选择合适的VR 实训方法；同时，教师全面把握实训岗位任务能力标准与要求，使抽象的理论与具体的案例相结合，以助于灵活组训；然后，教师还需要制定实训计划，明确实训目标；接着，教师需做好实训场地、实训器材和实训教材等方面的组织准备工作，尤其要对VR 实训装备及系统运行情况进行检查确认，保证装备运行正常，最后，检查学生人数、确定编组，检查学生准备情况，还可引导学生提前进入VR 环境进行适应性体验，以确保实训正常进行。

学生在实训前需做好思想准备，通过教师的引导以及相关材料明确实训目的及意义；掌握实训的具体任务、内容、时间和标准以及实训重点，对练什么、练到什么程度心中有数；对VR 实训现实环境、VR 实训装备及系统运行情况进行熟悉，为实训做好准备。

实训中，师生到达实训场地后，教师设置情境，介绍环境，明确作业事项，提出实训具体要求，介绍实训岗位要处理的问题情况，为岗位作业展开提供依据。结合介绍情况和有关理论讲解，组织学生对实训问题进行讨论研究。接着，教师讲解VR 实训教学系统及装备操作方法，安排学生逐人或分组进行VR 条件下的岗位实训。教师和其余学生利用显示屏同步观摩并评价实训情况。教师还可组织学生在VR 环境中进行实训竞赛。教师可根据作业条件，指导学生对实训任务完成技术作进一步改进，再次进入VR 环境进行验证操作，从而完整完成实训步骤，完全掌握技术要领。

学生可根据师生评价围绕学习内容进行反复实训，可尝试一种环境多种情况、一种情况多种方法来完成实训任务，以提高自身在不同环境、不同情况下的作业能力。此外，教师应同步对学生实训全程做好引导和安全保障。

实训后，学生退出VR 实训教学系统。教师对学生的整体实训效果进行总结讲评和效果评估，并根据学生实训情况，对后续实训内容进行适当调整。实训效果评估应注意围绕评测学生理论结合实际的情况，作业要求执行情况，包括基本动作、作业流程、组织协同以及实训适应情况等方面进行。学生在实训后还可重新观看实训过程，对自己的操作进行综合总结反思，在条件具备的情况下，可重新进入VR 环境进行实训，进一步内化实训要点，掌握实训技能。

此外，VR 实训的真实感和沉浸感较强，个别学生的心理、身体等可能对VR 环境产生不适感。因此，教师要根据实训效果评估的结果，适当增减、调整后续实训内容，以减轻学生的不适感。学生可根据实训评估情况分析自身能力水平，调整实训状态，为后续实训做好准备。

四、面向职业教育高质量发展的VR 实训教学模式的实施效果

本试验选取深圳职业技术大学工程造价专业二年级（2021 级）师生，进行VR 条件下的《建筑施工技术》课程中“基坑开挖的工作重点”内容的实训，同时，通过问卷调查、观察、访谈、单向量表、双向量表和T 检验等数据收集与统计方法，来验证VR 实训教学模式在职业教育中应用的效果。

（一）实训试验过程

实训前，教师根据学生知识水平，通过课程在线教学平台发布任务要求，提供参考资料，明确实训任务的内容、目的、要求和方法，对学生进行分组。学生在资源库网站上下载施工平面图，学习相关工程案例，学习教材、课件以及资源库网站的相关内容并按要求完成任务，对实训内容、目的、方法和要求进行了解和掌握。

实训中，教师首先明确任务宗旨，通过播放案例吸引学生兴趣，让学生了解实训任务的现场条件和基坑开挖技术方案的重要性，通过网络地图让学生了解项目的周围环境，通过VR 实训教学系统还原施工现场，组织学生现场踏勘，展示学生实训前任务完成情况，总结评价。完成踏勘任务后，教师结合实际工程施工过程，向学生明确实训重难点。

然后，学生对实训前任务完成情况进行相关讨论。使用VR 实训教学系统体验实训前任务地下停车场土方开挖完成的结果。教师通过提问，配合动画讲解土方开挖的施工流程与工作重点。学生分组角色扮演，观看动画，运用所学的知识分析在VR 实训中事故产生的原因，以及自身所扮演角色方在事故中的过错，教师播放权威部门对事故的责任认定和处理意见，提醒同学们对施工流程和规范的重视。学生运用所学的知识分析游泳池的土方开挖施工流程与工作重点，通过PC端施工工艺仿真实训平台和手机APP 土方开挖游戏答题软件，巩固土方开挖施工流程与工作重点理论知识后，再次进入VR 实训环境，检验土方开挖施工流程的正确性。

实训后，教师归纳课堂内容，强调重点知识，结合VR 实训情况对学生的操作进行分析和讲评，根据学生实训情况调整下一步教学进度，通过课程在线教学平台发布课后练习：（1）分析某地铁基坑开挖事故产生原因；（2）如果你是工程中的甲方、施工方、监理方在工程开工前应该进行哪些准备？（3）工程施工时应该如何履行自己的职责。学生通过平台PC 端或手机移动端APP 查阅VR 实训录制过程，反思实训过程，检索相关资料，进行知识内化，按要求分组完成任务并在规定时间内完成任务上传，并为下一次实训做准备。

（二）实训试验结果与分析

1.实训过程评价

根据学生实训前后两次成绩，结合教师、学生小组及企业专家对实训过程演练的评价进行总评，各组学生分数均有所提高，可见学生知识掌握率有了明显提高（如图3）。

图3 学生实训前测、后测、总评成绩比较

利用IBM SPSS Statistics 19.0 对学生前后两次测试成绩进行t 检验，检验学生的实训成绩，结果见表1 所示：

表1 前测与后测的t 检验结果

从前测与后测的配对样本t检验结果可以看出，差异显著概率（Sig.（双侧））=0.024＜0.05，因此，前测与后测成绩差异显著。平均分值差为-3.000，后测的平均分比前测的平均分高。可以看出，应用面向职业教育高质量发展的VR实训教学模式开展基坑开挖实训，显著提高了学生实训成绩水平。

2.实训过程态度反馈

实训后，教师从“优化实训过程”“适应实训环境”和“提升实训积极性”三个维度对13 名学生进行实训过程态度调查，回收问卷13 份，回收率100%，有效率100%。调查结果显示，得分率Fi 值均大于0。学生在实训前、实训中和实训后的计划性、目的性、主动性、参与度和巩固反思情况良好。VR 实训教学模式中实训前的“思想准备”“组织讨论”以及实训中的“循环改进”，对学生实训主动性的激发起到了一定效果；VR实训教学模式实训前教师的“分析对象”“明确标准”，实训中教师的“选定内容”和“介绍情况”，对学生实训适应性和参与性的激发，实训自信心的提高起到了效果；VR 实训教学模式中实训教学过程设计的“进入情况”“虚拟作业”和“反思内化”实训环节的设计，对学生实训积极性的提高，实训主动性的激发起到了一定效果。总体表明应用面向职业教育高质量发展的VR 实训教学模式开展基坑开挖实训，能优化实训过程，能帮助学生适应实训环境，能提升学生的实训积极性。

3.实训岗位处置能力分析

实训后，教师使用“VR 技术环境下实训学生岗位实际处置能力”调查问卷对学生岗位实际处置能力情况进行调查。问卷根据沉浸理论，结合《建筑施工技术》课程对学生能力培养的定位，分别与“岗位任务完成能力”“合理分析判断能力”“特殊情况处理能力”和“协作配合应对能力”四个评价维度相对应，设计了“优秀”“良好”“中等”“较差”和“很差”5个等级单向量表。问卷发放13 份，回收率100%，有效率100%。调查结果数据显示，得分率Fi值均大于0.5。这表明应用面向职业教育高质量发展的VR 实训教学模式开展实训，能够培养学生的岗位任务完成能力、合理分析判断能力、特殊情况处理能力和协作配合应对能力。此外，综合学生的实训体验反馈以及对教师的访谈，可见师生实训体验良好，学生对实训过程满意，对实训教学模式适应。

五、结束语

本研究在梳理国内外研究现状的基础上，运用内容分析、个案研究和试验研究等方法，分析了VR 实训教学软件的关键技术，构建了面向职业教育高质量发展的VR 实训教学模式。以深圳职业技术学院工程造价专业二年级学生为对象，开展了单组的前测和后测试验，通过问卷调查、观察、访谈、单向量表、双向量表和T 检验等数据收集与统计方法，验证了面向职业教育高质量发展的VR 实训教学模式的有效性。随着信息技术的飞速发展，“元宇宙”“数字孪生”“具身体验”等相关理念相继提出，VR 技术实现的手段越来越丰富，正全方位地与职业教育教学展开结合，在此进程中，VR技术的应用仍将出现许多新情况、新问题，有待研究者们不断在教学实践中去解决、去更新、去发展。