洪 洲

(廣州城市職業(yè)學(xué)院 信息技術(shù)系，廣東 廣州 510405)

《教育部關(guān)于全面提高高等職業(yè)教育教學(xué)質(zhì)量的若干意見(jiàn)》中指出：“人才培養(yǎng)模式改革的重點(diǎn)是教學(xué)過(guò)程的實(shí)踐性、開(kāi)放性和職業(yè)性，實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)、實(shí)習(xí)是三個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)?！睂?shí)訓(xùn)作為提高學(xué)生職業(yè)技能的重要手段越來(lái)越多地受到關(guān)注[1]，但每所高職院校都不可能在短時(shí)間內(nèi)建設(shè)所需要的所有實(shí)訓(xùn)室，而實(shí)訓(xùn)室也會(huì)面臨更新?lián)Q代的問(wèn)題，任何一個(gè)實(shí)訓(xùn)室都不可能一勞永逸。

虛擬實(shí)訓(xùn)進(jìn)入高職教學(xué)將對(duì)改善實(shí)訓(xùn)環(huán)境、提高教育技術(shù)水平、優(yōu)化教學(xué)過(guò)程、培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的人才產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，并有助于解決某些具有危險(xiǎn)性的實(shí)訓(xùn)場(chǎng)所不可視、不可摸、不可入的問(wèn)題，同時(shí)，還可以解決高職院校普遍存在的實(shí)訓(xùn)設(shè)備不足、落后、陳舊等問(wèn)題[2]。

虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，可以讓學(xué)生在虛擬環(huán)境中完成真實(shí)項(xiàng)目的實(shí)施，在實(shí)訓(xùn)的過(guò)程中提高技能，更加符合企業(yè)對(duì)職業(yè)人才的技能需求，對(duì)實(shí)現(xiàn)高端技能型人才的培養(yǎng)目標(biāo)具有較高的教學(xué)價(jià)值。

1 虛擬實(shí)訓(xùn)與虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)

虛擬實(shí)訓(xùn)是依托虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)而產(chǎn)生和發(fā)展的一種實(shí)訓(xùn)模式，是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以及仿真技術(shù)等來(lái)模擬實(shí)訓(xùn)的環(huán)境及過(guò)程，讓學(xué)生通過(guò)計(jì)算機(jī)操作完成實(shí)訓(xùn)，以替代或部分替代傳統(tǒng)的真實(shí)實(shí)訓(xùn)。

虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)是由利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以及仿真技術(shù)等生成的一類適于進(jìn)行虛擬實(shí)訓(xùn)的實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，包括相應(yīng)實(shí)訓(xùn)室環(huán)境、有關(guān)的實(shí)訓(xùn)儀器設(shè)備、實(shí)訓(xùn)對(duì)象以及實(shí)訓(xùn)信息資源等。它既可以是現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室的仿真實(shí)現(xiàn)，也可以是完全虛擬構(gòu)成的實(shí)驗(yàn)室。

虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)有以下特點(diǎn)。

(1) 沉浸性。系統(tǒng)能使學(xué)生處于逼真的虛擬實(shí)訓(xùn)環(huán)境中，由觀察者變?yōu)閰⑴c者，沉浸于其中并參與虛擬實(shí)訓(xùn)活動(dòng)。

(2) 想象性。學(xué)生可以最大限度地發(fā)揮創(chuàng)造力和想象力，可從設(shè)計(jì)好的環(huán)境中得到感性和理性上的認(rèn)識(shí)，進(jìn)而深化概念、產(chǎn)生新意和想象。

(3) 自主性。學(xué)生可以根據(jù)實(shí)訓(xùn)大綱、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容、實(shí)訓(xùn)步驟進(jìn)行常規(guī)實(shí)訓(xùn)的虛擬操作，也可以根據(jù)自己的需要和興趣，自行設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容及步驟，進(jìn)行虛擬實(shí)訓(xùn)[3]。系統(tǒng)自動(dòng)記錄實(shí)訓(xùn)過(guò)程并處理實(shí)訓(xùn)結(jié)果，以便學(xué)生調(diào)整自己的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容。

(4) 協(xié)作性。學(xué)生進(jìn)行自主實(shí)訓(xùn)時(shí)，可由多人組成一個(gè)小組，一起完成同一個(gè)實(shí)訓(xùn)，所有人的操作都能實(shí)時(shí)地被顯示在其他組員的屏幕上，每個(gè)參與實(shí)訓(xùn)的學(xué)生還可以對(duì)同組人員的操作做實(shí)時(shí)的評(píng)價(jià)和修改。

(5) 交互性。虛擬實(shí)訓(xùn)具有圖文并茂、豐富多彩的人機(jī)交互方式，不僅可以進(jìn)行人機(jī)交互，還提供人人交互的很多空間，只要是與實(shí)訓(xùn)相關(guān)的問(wèn)題，都可以進(jìn)行實(shí)時(shí)或非實(shí)時(shí)交流討論。

(6) 擴(kuò)展性。高職院校的人才培養(yǎng)方案要不斷滿足市場(chǎng)的需求，因此教學(xué)計(jì)劃和課程的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容也會(huì)不斷地進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)展性，可以根據(jù)需要進(jìn)行各種內(nèi)容的增加和調(diào)整[4]。

2 虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

(1) 彌補(bǔ)條件不足，改善教學(xué)環(huán)境[5]。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于教育是教育技術(shù)發(fā)展的一個(gè)飛躍。虛擬實(shí)訓(xùn)改變了傳統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)方式，突顯自主學(xué)習(xí)的氛圍，學(xué)生通過(guò)自身的探索、設(shè)計(jì)、試錯(cuò)來(lái)得到知識(shí)和技能，改變被動(dòng)的學(xué)習(xí)方式。

(2) 充分利用空間，節(jié)約辦學(xué)成本。一些學(xué)校由于經(jīng)費(fèi)不足，對(duì)設(shè)備、場(chǎng)地等實(shí)訓(xùn)硬件投入有限，使許多實(shí)訓(xùn)教學(xué)無(wú)法進(jìn)行或流于形式。利用虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，不需要投入太多的實(shí)訓(xùn)設(shè)備，學(xué)生不出校園便可以參加各類實(shí)訓(xùn)，獲得與真實(shí)工作相似的體驗(yàn)場(chǎng)景。這樣，在充分保障實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容的前提下，有效節(jié)約了學(xué)校的辦學(xué)成本。

(3) 規(guī)避安全風(fēng)險(xiǎn)，提升實(shí)訓(xùn)效果。有些真實(shí)實(shí)訓(xùn)(例如化工流程、運(yùn)輸工具的駕駛、電路的維修等)往往存在各種危險(xiǎn)，特別是對(duì)于某些事故和故障的再現(xiàn)與模擬處理非常必要，但依靠真實(shí)的實(shí)訓(xùn)再現(xiàn)難度大。而學(xué)生利用虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，則可以放心地去做各種實(shí)訓(xùn)，這有助于解決某些具有危險(xiǎn)性的實(shí)訓(xùn)場(chǎng)所不可視、不可摸、不可入的問(wèn)題。

(4) 校企深度合作，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)是學(xué)校教學(xué)部門(mén)聯(lián)合相關(guān)企業(yè)，按照真實(shí)的生產(chǎn)工藝流程和設(shè)備，采集實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，通過(guò)現(xiàn)代成像技術(shù)，以動(dòng)畫(huà)形式或具體模型模擬展示企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程、設(shè)備結(jié)構(gòu)和運(yùn)轉(zhuǎn)情況，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，讓學(xué)生在其中扮演一個(gè)角色，在直觀感受中盡快理解工藝流程和設(shè)備原理，使得學(xué)生全身心地投入到學(xué)習(xí)過(guò)程中，這對(duì)于其技能訓(xùn)練非常有效。

(5) 工學(xué)結(jié)合，提高綜合能力。學(xué)生通過(guò)虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的仿真操作，全景模擬，可以將以前課堂所學(xué)知識(shí)梳理好，形成一個(gè)整體，加強(qiáng)了知識(shí)的系統(tǒng)性。同時(shí)通過(guò)虛擬實(shí)訓(xùn)，打破傳統(tǒng)的學(xué)科壁壘和專業(yè)設(shè)置界限，讓學(xué)生接觸新技術(shù)，了解各業(yè)務(wù)部門(mén)之間的銜接和內(nèi)部風(fēng)險(xiǎn)控制的要求，在實(shí)訓(xùn)中鍛煉學(xué)生的管理能力和綜合素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際工作能力。

3 虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的分類

3.1 按訪問(wèn)途徑分類

根據(jù)訪問(wèn)途徑可將虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)分為兩類。一類是本地虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，或稱為單機(jī)版虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。此類虛擬實(shí)訓(xùn)在本地計(jì)算機(jī)上進(jìn)行，不能通過(guò)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)進(jìn)行訪問(wèn)[6]。另一類是遠(yuǎn)程虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，或稱為網(wǎng)絡(luò)版虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，遠(yuǎn)程用戶可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)這類實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。遠(yuǎn)程虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的運(yùn)行對(duì)網(wǎng)絡(luò)的依賴性很強(qiáng)，不同類型的實(shí)訓(xùn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸水平要求也是不同的，通常網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率是開(kāi)發(fā)此類實(shí)訓(xùn)必須考慮的因素。

3.2 按交互程度分類

根據(jù)用戶在虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)中的參與程度，可將虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)分為“演示型”虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)和“操作型”虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。演示型虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)過(guò)程和實(shí)訓(xùn)參數(shù)已經(jīng)固定，只對(duì)實(shí)訓(xùn)進(jìn)行演示，在此過(guò)程中，用戶作為“觀眾”，只能觀看實(shí)訓(xùn)的現(xiàn)象。操作型虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的用戶可以親自參與實(shí)訓(xùn)的全過(guò)程，選擇實(shí)訓(xùn)場(chǎng)景、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容和操作實(shí)訓(xùn)的對(duì)象，此過(guò)程中用戶是實(shí)訓(xùn)主導(dǎo)者。

3.3 按實(shí)現(xiàn)手段分類

根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)手段，可將虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)分為兩類。

(1) 純軟件方式開(kāi)發(fā)的虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。按實(shí)訓(xùn)對(duì)象的呈現(xiàn)方式分，這類虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)又有基于2D和基于3D的區(qū)分；按實(shí)現(xiàn)技術(shù)分，又有基于Flash交互技術(shù)的虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)、基于ActiveX技術(shù)的虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)、基于VRML技術(shù)的虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)、基于Java 技術(shù)的虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)、基于仿真軟件的虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)等。

(2) 遠(yuǎn)程控制網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。服務(wù)器端接收客戶端的實(shí)訓(xùn)請(qǐng)求和實(shí)訓(xùn)參數(shù)，配置與之連接的實(shí)訓(xùn)硬件設(shè)備。用戶在客戶端實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)實(shí)訓(xùn)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制[7]，并可在實(shí)訓(xùn)結(jié)束后，觀看服務(wù)器端返回的實(shí)訓(xùn)結(jié)果。

4 對(duì)于虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)研究的不足

(1) 關(guān)注度不夠。在國(guó)內(nèi)，高職教育領(lǐng)域?qū)μ摂M實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的關(guān)注及研究還比較落后。以論文為例，筆者用“虛擬實(shí)訓(xùn)”作為主題在中國(guó)期刊網(wǎng)上進(jìn)行搜索，2010年以前每年只有寥寥幾篇文章，2010年共找到12篇文章，2011年共找到13篇文章，2012年共找到18篇文章，2013年也只找到21篇文章。

(2) 系統(tǒng)構(gòu)建方式單一。目前關(guān)于虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)的研究文獻(xiàn)主要涉及Java、VRML、Flash、LabVIEW等技術(shù)應(yīng)用方面，或者是在某個(gè)實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用，或者側(cè)重于虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的教學(xué)支持系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)；而在多種技術(shù)混合開(kāi)發(fā)和交互設(shè)計(jì)、虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)方面則研究得不多[8-9]。

(3) 系統(tǒng)應(yīng)用研究不多。對(duì)虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)研究多在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方面，對(duì)應(yīng)用于教學(xué)的模式與效果分析和對(duì)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)方面研究較少。

(4) 通用模型的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)不多。目前虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)都是基于某一門(mén)課程的實(shí)現(xiàn)[10-11]，但是某一類專業(yè)方向的虛擬實(shí)訓(xùn)通用模型并不多見(jiàn)，而通用模型對(duì)于平臺(tái)的二次開(kāi)發(fā)，使之成為社會(huì)化的實(shí)訓(xùn)產(chǎn)品尤為重要。

(5) 系統(tǒng)智能化程度不高。目前虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)主要基于系統(tǒng)設(shè)計(jì)者已有的相關(guān)實(shí)訓(xùn)資源與環(huán)境進(jìn)行構(gòu)建[12]，但這些實(shí)訓(xùn)資源與環(huán)境往往是變化的，虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)還不具備智能化自適應(yīng)功能。

5 虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)

虛擬實(shí)訓(xùn)是高職教育領(lǐng)域中的重要組成部分，虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)有著廣闊的發(fā)展前景。筆者概括虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的主要發(fā)展趨勢(shì)如下。

(1) 基于3D的純軟件方式開(kāi)發(fā)將成為主流。目前已有的虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，以純軟件方式開(kāi)發(fā)的虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)是實(shí)際物理設(shè)備及實(shí)訓(xùn)過(guò)程的軟件仿真，具有構(gòu)建費(fèi)用低、使用方便等特點(diǎn)，在教學(xué)中有廣泛的應(yīng)用?；?D的虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)學(xué)習(xí)媒體的情景化及自然交互性的要求，豐富媒體表現(xiàn)形式，其以現(xiàn)實(shí)感強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)成為研究的熱點(diǎn)，將在高職教育領(lǐng)域展現(xiàn)極其廣闊的應(yīng)用前景。

(2) 形成多種技術(shù)相融合、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的局面。虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的構(gòu)建，應(yīng)以技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)教育功能，使構(gòu)建的虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)達(dá)到與真實(shí)實(shí)訓(xùn)相近或等同的效果。在設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)方面，體現(xiàn)在對(duì)實(shí)訓(xùn)設(shè)備、實(shí)訓(xùn)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的模擬；虛擬環(huán)境與用戶之間將有更好的交互，并實(shí)現(xiàn)多用戶的并發(fā)協(xié)同操作。使用某個(gè)單一技術(shù)構(gòu)建虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，在某些方面有優(yōu)勢(shì)，在另一方面必然存在不足。因此，虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)多個(gè)技術(shù)融合開(kāi)發(fā)、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。

(3) 系統(tǒng)的協(xié)作性增強(qiáng)，多用戶協(xié)同工作。企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程是一種協(xié)作性的活動(dòng)，合作是實(shí)訓(xùn)過(guò)程中一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，因此，多用戶協(xié)同虛擬實(shí)訓(xùn)將成為虛擬實(shí)訓(xùn)發(fā)展的一個(gè)重要方向。

(4) 自適應(yīng)水平提升，智能化系統(tǒng)發(fā)展。自適應(yīng)實(shí)訓(xùn)指能修正自己的特征以響應(yīng)規(guī)則、原理的變化，并根據(jù)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過(guò)程生成一個(gè)反饋回路，為學(xué)習(xí)者提供一個(gè)自適應(yīng)的獲取知識(shí)和技能的實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)環(huán)境。系統(tǒng)的基本特征是能從環(huán)境中獲取信息，并能自動(dòng)改善其性能。因此，有必要將人工智能技術(shù)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)引入虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的智能化。

6 結(jié)束語(yǔ)

虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)增強(qiáng)并擴(kuò)展了高職院校實(shí)訓(xùn)教學(xué)的功能，將學(xué)生、實(shí)訓(xùn)儀器、實(shí)訓(xùn)環(huán)境、教師等實(shí)訓(xùn)資源聯(lián)系起來(lái)，為學(xué)生提供了一種嶄新的實(shí)訓(xùn)方式。在使用虛訓(xùn)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的過(guò)程中，如果能將企業(yè)真實(shí)項(xiàng)目及其完整的開(kāi)發(fā)流程、企業(yè)工程師、學(xué)校實(shí)訓(xùn)教師很好地結(jié)合，加強(qiáng)學(xué)習(xí)者之間的合作，就能有效增強(qiáng)高職院校實(shí)訓(xùn)教學(xué)與實(shí)際工作的一致性，提升校內(nèi)成績(jī)考核與企業(yè)實(shí)踐考核的結(jié)合度，能更加有效地深化“工學(xué)結(jié)合”的高職人才培養(yǎng)模式改革。

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