張晨愷

摘要：隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的新媒體技術(shù)源源不斷的融入到現(xiàn)代教育中。多媒體技術(shù)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等出現(xiàn)給傳統(tǒng)的教學(xué)模式帶來了革命性的影響。目前，虛擬技術(shù)作為新媒體技術(shù)的代表近年來被廣泛的應(yīng)用到了社會的各大領(lǐng)域，其中也包括了職業(yè)教育教學(xué)領(lǐng)域。其特有的直觀性、沉浸性、互動式的教學(xué)體驗大大的提高了教學(xué)質(zhì)量，更有效的促進(jìn)了學(xué)生實踐能力的發(fā)展和提高。本文從虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基本內(nèi)涵、主要特征出發(fā)，研究VR 技術(shù)在高職仿真課堂中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實;高職;仿真

VR（VirtualReality）技術(shù)也就是虛擬現(xiàn)實技術(shù)，是二十世紀(jì)八十年代末期發(fā)展起來的一項新技術(shù)，是當(dāng)前較為活躍的研究領(lǐng)域。[1]該項技術(shù)綜合了計算機(jī)圖形處理技術(shù)，圖像處理與模式識別，智能技術(shù)，傳感技術(shù)，語言處理與音響技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多門學(xué)科，將數(shù)字化信息變?yōu)槿藗兯芨惺艿降木哂懈鞣N表現(xiàn)形式的多維信息。隨著社會的不斷發(fā)展，該項技術(shù)在各個領(lǐng)域中都得到了較大的發(fā)展，其中包括了醫(yī)學(xué)、軍事、航空、教育等，尤其是在教育領(lǐng)域發(fā)展最為迅速。

隨著全國各大高職院校規(guī)模不斷擴(kuò)大，各種教學(xué)設(shè)施朝著不斷向著現(xiàn)代化、信息化的方面改革，傳統(tǒng)的教學(xué)資源已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代高職教學(xué)的需求。所以，很多學(xué)校都在將VR 技術(shù)融入到課堂教學(xué)中，VR 技術(shù)所具有的良好交互性、直觀性、場景逼真性等優(yōu)勢，很好地解決了教與學(xué)面臨的困境;同時VR 技術(shù)也能一定程度上解決了部分專業(yè)內(nèi)容對場地、材料、設(shè)施設(shè)備、人員等的限制性要求，有效的解決了學(xué)生基礎(chǔ)薄弱、學(xué)習(xí)積極性不足的問題。

1、虛擬現(xiàn)實技術(shù)概述

1.1虛擬現(xiàn)實技術(shù)概念

VR（VirtualReality）技術(shù)是通過電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、圖像處理技術(shù)、多媒體應(yīng)用技術(shù)、傳感器技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)、和仿真技術(shù)等各項技術(shù)融合生成逼真的視、聽、觸覺一體化的虛擬環(huán)境，可以直接觀察、操作、觸摸、檢測周圍環(huán)境及事物的內(nèi)在變化，并能與之發(fā)生“交互”作用。它是屬于一種可以設(shè)計和體驗的計算機(jī)虛擬仿真系統(tǒng)。使用者不僅能夠通過虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)感受到在客觀物理世界中所經(jīng)歷的“身臨其境”的逼真性，而且能夠突破時間和空間以及其他客觀的限制，目前在商業(yè)、醫(yī)學(xué)、教育、影視、軍事等多種領(lǐng)域都有在應(yīng)用。

1.2虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特征

虛擬現(xiàn)實技術(shù)綜合應(yīng)用了多種現(xiàn)代信息技術(shù)將各種自然環(huán)境中的感官體驗有效地還原到虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中，模擬人在自然環(huán)境中的各種感官，通知可以根據(jù)使用者、使用環(huán)境等不同，及時調(diào)整參數(shù)，可以說其創(chuàng)建的虛擬環(huán)境是與現(xiàn)實非常接近的，同時又可以通過直接觀察、操作、觸摸或檢測周圍環(huán)境及事物，與之發(fā)生“交互”作用。該技術(shù)具有以下特點：

1）沉浸性（Illusion of Immersion）——沉浸指的是用戶在使用該系統(tǒng)時，自我感知系統(tǒng)與虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的融入情況。當(dāng)虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)所營造的虛擬環(huán)境使用戶自身感知系統(tǒng)難以分辨其真假時，用戶會把自身當(dāng)成環(huán)境的一部分，自身的角色將從一個旁觀者變?yōu)閰⑴c者，提高學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性。

2）交互性（Interactivity）——虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)通過使用一系列輸入輸出設(shè)備（如數(shù)據(jù)手套、手柄、自由行走跑步機(jī)、頭盔、氣味發(fā)生器、數(shù)據(jù)衣、數(shù)據(jù)背包等）提高系統(tǒng)的可操作性，用戶的身體動作和語言都可以實時傳入虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，并通過系統(tǒng)運算及時通過輸出設(shè)備進(jìn)行反饋，實現(xiàn)用戶與虛擬世界的事物實時互動。

3）構(gòu)想性（Imagination）——虛擬現(xiàn)實不僅僅是將自然的環(huán)境因素真實的還原到系統(tǒng)中，也突破時間和空間，跨越宏觀或者微觀世界，將用戶的創(chuàng)意具體化，隨意地構(gòu)想客觀不存在的甚至是不可能發(fā)生的環(huán)境。解開現(xiàn)實世界中的種種條件制約，激發(fā)人們的創(chuàng)新思維。

1.3虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的分類

根據(jù)虛擬現(xiàn)實技術(shù)所傾向的特征的不同， 可將虛擬現(xiàn)實技術(shù)劃分三大類：

1）桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)

這類虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)僅僅依靠個人計算機(jī)或圖形工作站等設(shè)備，在輸出端營造虛擬的環(huán)境，同時依靠數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣等輸入設(shè)備與系統(tǒng)進(jìn)行互動，將顯示器作為觀察虛擬世界反饋的窗口，另外再加以軟件的輔助使用戶產(chǎn)生一定的投入感。

此類虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的優(yōu)點在于成本相對較低，屬于較為初級的虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用，因此沉浸的效果較為一般。

2）沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)

這類虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)通常采用頭盔式顯示器、洞穴式立體顯示等設(shè)備，盡可能的隔絕外部自然環(huán)境對用戶的影響，將用戶的視覺、聽覺封閉在虛擬環(huán)境中，同時利用數(shù)據(jù)手套等輸入設(shè)備將用戶的觸覺也封閉在虛擬環(huán)境中。通過這些技術(shù)將使用者完全置身于虛擬環(huán)境中，實現(xiàn)一種完全的沉浸體驗。

3）共享式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)

這是一種基于網(wǎng)絡(luò)連接的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，在這種系統(tǒng)中可以支持多個用戶在同一個虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中進(jìn)行相互溝通或共同與系統(tǒng)溝通，實現(xiàn)信息共享或者協(xié)作完成某項工作的目的。

2、虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用

將虛擬現(xiàn)實技術(shù)融入高職院校的教學(xué)中，可以使學(xué)生的理論、實踐學(xué)習(xí)環(huán)境更為生動、逼真， 將知識更為形象的展現(xiàn)在學(xué)生面前，更有效的激發(fā)創(chuàng)新思維。該技術(shù)將在多方面對傳統(tǒng)教學(xué)產(chǎn)生積極影響：

2.1虛擬現(xiàn)實課堂

課堂是授課的基本單元， 依據(jù)不同教學(xué)內(nèi)容組建相對應(yīng)的虛擬現(xiàn)實課堂，通過計算機(jī)硬件和軟件在計算機(jī)上實現(xiàn)課堂上的知識點具體化、形象化。通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以突破時間、空間的限制，將原本只能簡單面描述的現(xiàn)象、自然演變過程等更直觀的展現(xiàn)出來。在教學(xué)中有很多知識所反應(yīng)的事物雖是客觀存在的，但無法一一呈現(xiàn)在學(xué)生面前，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可再現(xiàn)之， 為學(xué)生提供生動、逼真、感性的虛擬學(xué)習(xí)材料，幫助學(xué)生理解。

例如授課課件以及視頻的虛擬現(xiàn)實化，比如在機(jī)電類專業(yè)的教學(xué)過程中，實物展示、加工維修、拆裝等內(nèi)容通常利用圖片、視頻或者真實物體來進(jìn)行教學(xué)，由于學(xué)生觀摩的位置角度的影響、參與度不足或者實物不方便拆卸等因素的限制使教學(xué)效果較為不理想。然而，通過將教學(xué)所用的視頻或課件融入到虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中，可以實現(xiàn)每一個學(xué)生都進(jìn)行設(shè)備的拆裝學(xué)習(xí)，同時選擇適合自己學(xué)習(xí)的角度進(jìn)行學(xué)習(xí)，更為直觀的掌握零件結(jié)構(gòu)認(rèn)知、裝配結(jié)構(gòu)認(rèn)知等知識點。

2.2虛擬現(xiàn)實實訓(xùn)

實訓(xùn)教學(xué)是職業(yè)教育中的重中之重，將虛擬現(xiàn)實技術(shù)與高職類教學(xué)實訓(xùn)相結(jié)合，依托虛擬現(xiàn)實設(shè)施設(shè)備以及配套的專業(yè)類軟件，可以解決傳統(tǒng)實訓(xùn)過程中遇到的一些問題，同時取得更好的實訓(xùn)效果。

鑒于高職類專業(yè)的特殊性，部分專業(yè)的實訓(xùn)設(shè)施、設(shè)備價格昂貴，且占地面積巨大，同時設(shè)備更新?lián)Q代速度較快，如不及時更新、維護(hù)設(shè)備將對教學(xué)效果產(chǎn)生較為嚴(yán)重的影響，因此當(dāng)學(xué)校資金不足時，部分學(xué)校只能租用或者借用設(shè)施設(shè)備進(jìn)行實訓(xùn)教學(xué)，通過這種方式能夠解決資金不足的問題但也不能達(dá)到較好的教學(xué)效果。如果利用VR 技術(shù)創(chuàng)造生產(chǎn)現(xiàn)場模擬的實踐環(huán)境，實訓(xùn)教學(xué)不再受場地、設(shè)備限制，同一套設(shè)備可以滿足多門課程教學(xué)的實際需求。

此外，利用課余時間學(xué)生可以自主選擇學(xué)習(xí)時間、學(xué)習(xí)內(nèi)容，甚至可以重復(fù)進(jìn)行實訓(xùn)可，提高知識的掌握程度。利用VR 技術(shù)，學(xué)生自助選擇虛擬系統(tǒng)中的實訓(xùn)模塊，也不會產(chǎn)生材料損耗，設(shè)備維護(hù)成本增加等問題。例如復(fù)雜設(shè)備的拆裝，利用VR 技術(shù)不僅實現(xiàn)產(chǎn)品模型以裝配圖和爆炸圖的形式出現(xiàn)， 同時在學(xué)生自行實訓(xùn)的過程中也不需要專業(yè)教師的陪同，及時拆裝失敗也不會影響系統(tǒng)的再次使用。更重要的是在通過虛擬實訓(xùn)過程可以避免風(fēng)險，使實訓(xùn)更安全。

2.3虛擬現(xiàn)實實訓(xùn)基地

虛擬現(xiàn)實實訓(xùn)基地的打造，可以解決高職類學(xué)校各專業(yè)，特別是機(jī)械類專業(yè)面臨的校內(nèi)外實訓(xùn)基地數(shù)量不足、質(zhì)量不高，校企合作很難實質(zhì)性融入，學(xué)校投入難、學(xué)生實踐管理難等問題。

實訓(xùn)基地大致布局為：圍繞綜合功能分區(qū)、硬件建設(shè)及VR 教學(xué)實訓(xùn)軟件與配套教學(xué)資源的安裝與部署等建設(shè)需求，含六大區(qū)域，即專題展示區(qū)、全景教學(xué)區(qū)、桌面實訓(xùn)區(qū)、沉浸體驗區(qū)、體感交互區(qū)及虛擬仿真區(qū)。

基地基礎(chǔ)功能是：

（1）多專業(yè)綜合實踐平臺 基地根據(jù)不同課程配備相適應(yīng)的虛擬交互設(shè)備，以各專業(yè)人才培養(yǎng)方案為依據(jù)定制開發(fā)VR 軟件、資源等內(nèi)容，可全面滿足各類專業(yè)的實踐需求。

（2）人才培訓(xùn)平臺 結(jié)合專業(yè)教師資源、課程資源，可承接周邊院校學(xué)生及社會人士的VR 技術(shù)技能培訓(xùn)，不斷滿足社會對VR 領(lǐng)域人才的需求。

（3）VR 資源開發(fā)平臺 基地和校企合作單位、VR 技術(shù)開發(fā)企業(yè)等合作開發(fā)VR 教學(xué)資源，老師參與共同研發(fā)VR 軟件和配套資源及承接相關(guān)VR 資源開發(fā)需求;學(xué)生可獲得實習(xí)實踐崗位。

（4）VR 展示體驗平臺 基地對本地中小學(xué)生、企事業(yè)單位開放，學(xué)校對VR 技術(shù)應(yīng)用、實踐的成果展示，作為學(xué)校創(chuàng)新職業(yè)教育發(fā)展品牌的傳播窗口。

3、在高職教學(xué)中使用VR 技術(shù)的意義

1）學(xué)生掌握知識的效率與其對知識學(xué)習(xí)的主動性、積極性有很大的關(guān)聯(lián)。學(xué)生學(xué)習(xí)過程中如果只是單純的通過教師的講授來獲得知識，這樣得來的知識需要后期反復(fù)鞏固才能形成長期記憶。但是，如果是在學(xué)習(xí)過程中學(xué)生自行發(fā)現(xiàn)的問題，同時又利用自己收集的資料以及別人的幫助來解決問題，從中學(xué)到的知識會留下非常深刻的印象。所以，在高職教學(xué)中使用VR 技術(shù)，為學(xué)生提供真實的學(xué)習(xí)環(huán)境，在虛擬的環(huán)境中隨意的發(fā)揮自己的想象，去發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，這樣學(xué)生可以充分地將自己原有的知識和現(xiàn)在所學(xué)的知識相融合，通過新舊知識的連接，去獲得更新的知識。因此，與創(chuàng)痛教學(xué)方式相比，在現(xiàn)代教學(xué)中融入虛擬現(xiàn)實 技術(shù)能夠很好地給學(xué)生創(chuàng)建新穎的教學(xué)“情境”，提高學(xué)生對知識學(xué)習(xí)的主動性。

2）在傳統(tǒng)的實踐教學(xué)過程中，學(xué)生一旦遇到失敗，就會很容易產(chǎn)生自卑的情緒，或在實訓(xùn)開始時就畏懼失敗，致使實訓(xùn)過程心里負(fù)擔(dān)過重，影響知識點的學(xué)習(xí)及技能的掌握，有更甚者會對學(xué)習(xí)失去信心，懷疑自己的能力。將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于高職院校的課堂教學(xué)中，在實訓(xùn)環(huán)節(jié)大大減輕學(xué)生的心里負(fù)擔(dān)，由于實訓(xùn)過程都是程序編制的虛擬過程，學(xué)生不用擔(dān)心結(jié)果操作失敗會造成什么樣的后果，如果失敗只需重置系統(tǒng)重新開始即可，提高的學(xué)生動手操作的積極性，消除了學(xué)生負(fù)面情緒對學(xué)習(xí)過程的影響。

3）對于一些較為抽象的知識，傳統(tǒng)的教學(xué)方式只能通過教師的語言、肢體以及一些平面的圖形、影像資料來表述，虛擬現(xiàn)實技術(shù)則為這些知識點提供了一種新的、更為直觀的表述方式。

4、結(jié)束語

將虛擬現(xiàn)實技術(shù)融入高職教育教學(xué)過程，目的在于化教學(xué)過程、改善教學(xué)場景，充分利用該項技術(shù)優(yōu)勢，節(jié)約教學(xué)成本，提高教學(xué)效率，滿足學(xué)生個性化學(xué)習(xí)需求，從而實現(xiàn)高效教學(xué)，該項技術(shù)必將對教育教學(xué)水平的提高產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

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