虛擬現實技術促進高職電子信息類課程教學的可實施性分析

張娟

（北京信息職業技術學院，北京，100015）

1 高職院校電子信息類課程教學現狀

近年來，高考生源數量下降，本科院校擴招，使得高等職業院校招生的數量和質量都不盡如人意，在高質量人才培養目標的要求下，高職院校的師生都產生了較大的教學壓力。尤其以電子信息類課程教學更為明顯。全國兩千多所高職院校中，有一半以上開設了電子信息類專業。電子信息類課程理論性強，抽象性強，難度大，對于學生來說，不易于接受，不便于學習[2]。學生對課程產生了畏難情緒，課程參與積極性不高，在接受調研的參與電子信息類課程教學的39 名教師中，有近六成的教師會采用微課、視頻、PPT等信息化手段輔助教學，即便運用這些信息化手段，高職電子信息類課程的教學效果依舊堪憂。匯總教師難講和學生難學的知識點集中在不能顯而易見的結構分析、不易理解的工作原理分析與應用、具有一定復雜程度的實際操作技能的培養，比如晶體管的結構及工作原理、液晶面板的結構及工作原理、音響系統的搭建、數字電視前端系統的搭建等。

2 虛擬現實技術在電子信息類課程教學中應用的可行性

虛擬現實技術（VR）是一種可以創建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統，它利用計算機生成一種模擬環境，是一種多源信息融合的、交互式的三維動態視景和實體行為的系統仿真，使用戶沉浸到該環境中。虛擬現實技術被廣泛應用于教育、醫學、航天、室內設計、工業仿真等各個領域。2018 年，國家教育部明確將虛擬現實技術列入教育信息化的年度重點工作任務，明確要求全國高校、中小學、職教等深入推動大數據、虛擬現實、人工智能等新技術在教育教學中的深入應用[3]。

在虛擬現實技術廣泛應用的大環境下，針對電子信息類課程教學的難點，通過對電子信息專業的教師和學生進行調研發現：受訪的39 名教師中，74%的教師具備10 年以上高職電子信息類教育經驗，有49%的教師知曉教育部明確將虛擬現實技術列入教育信息化的年度重點工作任務的要求，有59%的教師認為應用虛擬現實技術可以明顯提升教學效果、解決教學難點，有18%的教師已在自己的課堂教學中應用并取得了非常好的效果。有70%的教師表示愿意嘗試應用虛擬現實技術輔助教學，56%的教師有針對課程難點開發虛擬現實課件的想法，100%的受訪教師表示愿意花時間參加虛擬現實技術應用的培訓。在應用虛擬現實課件的課堂上，所有學生都能夠積極參與課件的使用，對虛擬現實技術搭建的形象化虛擬環境，使學生有興趣觀看；虛擬課件創造的身臨其境的人機交互界面，使學生有愿望嘗試自己探索并解決問題，既提高了學生學習的參與度，又提高了學生自主學習和探究學習的能力。同時，學生對于能夠制作虛擬現實課件的教師，心中自然而然生出敬佩感，有利于在學生中樹立教師的威信。在受訪的電子信息類專業的學生中，有64%的學生非常肯定地認為運用虛擬現實技術可以有效解決學習難點，更有高達90%的學生對虛擬現實技術有所了解并進行過相關體驗，對虛擬現實技術的應用非常感興趣。數據表明：將虛擬現實技術引入到電子信息類課程教學中，是師生們都愿意嘗試的解決教學難點的方法。

3 虛擬現實技術在電子信息類課程教學中應用的阻礙

將虛擬現實技術融入電子信息類課程教學，解決教學難點，效果是有目共睹的，同時，又有國家政策的鼓勵，各高職院校教師本應積極響應，但對于絕大多數多年來一直從事電子信息類專業課程教學的教師來說，要將虛擬現實技術廣泛應用于課堂，存在著諸多阻礙。

（1）沒有現成的適合所授課程的虛擬現實的課件。當前，國家資源庫建設或者各層次的教學資源建設中，并沒有納入虛擬現實課件的開發任務。另外，虛擬現實課件開發費用頗高。（2）虛擬現實技術難度高，絕大部分教師沒有相關培訓經驗，認為此項技術高深，很難學會和應用，導致教師雖然知道虛擬現實技術的應用效果，卻對虛擬現實課件的開發望而卻步。（3）缺乏硬件環境。參與體驗類虛擬項目需要場地和創設虛擬現實環境的設備，虛擬現實課件的應用對電腦的配置要求較高，很多高職院校的通用機房并不能滿足運行要求。

4 對開發虛擬現實課件的困難的解決方法探究

以上困難中，在有資金支持的情況下，硬件設施解決起來較為容易，縱觀另外兩個問題，發現教師能較為輕松快速掌握虛擬現實技術課件開發技巧尤為重要。開發虛擬現實課件，教師面臨兩個難題：一是創建模型，二是虛擬現實引擎的使用。

4.1 三維模型創建

創建三維模型常用的軟件有3DMAX、MAYA 等。大部分電子信息類課程授課教師沒有接觸過三維建模軟件，三維建模的操作對教師而言也很難掌控。但是隨著虛擬現實技術的興起，網絡上的模型資源也越來越豐富，很多模型都可以免費或者花費很少的費用就可以從相關網站獲取。所以，教師只需要掌握模型的導入導出和簡單的修改等操作，即可將網絡上獲取的3DMAX、MAYA 模型資源導入到建模軟件中，經過簡單的修改后生成.FBX 文件，再導入到虛擬現實開發的引擎中使用。

4.2 使用虛幻引擎4 開發引擎

對于開發引擎，經過對比行業中開發虛擬現實產品的引擎，筆者認為虛幻引擎4 具有可視化藍圖腳本系統和優質的畫面效果，非常便于教師們開發簡單的課件。在虛幻引擎4 可視化的藍圖腳本環境中，原本復雜深奧的腳本編寫被轉換為基于節點的連線操作[3]。如圖1 所示。

圖1 虛幻引擎4 實現碰撞觸發的藍圖腳本

同時，虛幻引擎4 為用戶提供了適用不同場景、不同功能要求開發的多種項目模板，模板已為用戶編寫好了藍圖腳本，用戶直接將模型導入到項目模板中，替換模板中的物體，做簡單的調整后，即可以實現預定功能，提高工作效率。如圖2 模板中的球體和盒體都可以通過圖3 的細節面板的“Static Mesh”選項替換成用戶所需的模型。替換后的模型繼承原有模型的所有的腳本設置，如位置信息、縮放、鼠標操作、碰撞觸發等。利用虛擬引擎4 官網提供的項目模板，教師可以免去對物體設置命令、編寫腳本的復雜操作，項目模板能夠幫助教師很便捷的實現結構展示、觸發運動、虛擬展館等VR 課件中的功能。

圖2 虛幻引擎4 提供的項目模板

經過筆者調研統計：經過3 天約24課時的3DMAX 或者MAYA 培訓，教師可以創建、修改簡單的模型資源；經過5 天約40 課時的虛幻引擎4 培訓，教師可以完成項目創建，導入模型，創建材質，編寫包含流程控制、應用變量、觸發等功能的基本藍圖腳本，可以實現光效及粒子效果制作。所以，教師經過短期培訓，能夠具備開發高職電子信息類課程教學的實用的虛擬現實課件的技術需求。

5 結束語

虛擬現實技術與高等職業教育融合，為學生搭建模擬真實場景的虛擬世界，打破傳統課堂教學時空界限，極大地調動學生學習的自主性，學生可以很好地開展新知識和專業技能的學習[5]。利用虛擬現實技術開發電子信息類課程的虛擬現實課件，使用逼真的模型將抽象的知識具體化，人機交互、情景相容，強化學生的直觀體驗，解決教學難點。借助虛擬現實技術這項新生的信息化手段，輔助學生，助力教師，切實提高高職電子信息類課程的教學效果。