基于虛擬現實技術的高校實訓教育研究

【摘要】隨著信息時代的快速發展，虛擬現實技術在各行各業中得到了廣泛應用。當前，教育信息化變得越來越重要，VR技術與高校實訓教學的結合顛覆了傳統教學方式中教師講、學生聽的教學模式。文章在對虛擬現實技術的相關概念和特征進行概括的基礎之上，依據建構主義學習理論分析了虛擬現實技術在高校實驗教學中應用的優勢，同時探討了影響高校虛擬實訓教育的影響因素及策略，以期為相關學者提供參考。

【關鍵詞】虛擬現實技術;虛擬實訓;影響因素

“2017年7月11日，教育部辦公廳發布了《2017—2020年示范性虛擬仿真實驗教學項目建設通知》（教高廳[2017]4號），計劃在4年內我國各類高校將建成1000個國家級示范性虛擬仿真實驗教學項目，足見國家教育主管部門對于應用虛擬現實技術、提高高校實驗實訓教學水平的高度重視。”[1]因此，將虛擬現實技術應用于高校實驗實訓教學中即符合高校人才培養模式的轉型，又培養出企業需求的應用型人才。

1.虛擬現實技術

1.1概念與特征

虛擬現實技術（Virtual Reality Technology，簡稱VR）是“由計算機生成一種全新的模擬環境，通過傳感設備將用戶投入到該模擬環境中去，從而產生一種沉浸其中的感覺。”[2]目前，虛擬現實技術應用于各行各業，運用此項技術，人們可以和虛擬場景中所呈現的物體、人物進行交互，以此來豐富人們的生活、學習和工作。

布爾代亞和夸弗托（Burdea&Coiffet，1992）將虛擬現實的重要特征歸納為“3I”，即沉浸性（Immersion）交互性（Interaction）想象性（Imagination）。”[3]沉浸性指用戶在VR技術搭建的場景中佩戴虛擬設備從而體會和真實生活高度相似的視覺和聽覺效果。交互性指用戶可以和虛擬環境中的對象進行交流互動，就像與真實世界互動一樣。想象性指參與者在虛擬化的環境中對所建構的場景進行探索，在發揮使用者自主性的同時培養其思維能力。

1.2教學依據的相關理論

1.2.1建構主義學習理論（Constructivism）

建構主義理論認為學習是學習者根據自己原來的知識，在學習中交流互動建構、理解新知識的過程。在虛擬現實技術搭建的學習場景中，將建構主義倡導的在情境中學習、在合作中學習、在交流互動中學習等策略應用到虛擬實訓教學中，在培養學生解決問題能力的同時又能在團體學習中深化學生對知識的建構。

1.2.2沉浸理論（心流理論）

沉浸體驗是虛擬現實領域關注的重點之一，也是衡量虛擬現實系統性能的一個重要尺度。沉浸理論（Flow Theory）最初由Csikszentmihalyi提出，“沉浸體驗研究表明：技能和挑戰是激發沉浸體驗的兩個重要因素，當用戶的挑戰與技能平衡或者略高于某一水平時，個人就會進入“沉浸”狀態。”[4]利用虛擬現實技術搭建的場景可以使學生快速的進入到沉浸式的體驗中。當學習者的個人能力與挑戰難度平衡時，就會獲得持續探索學習的內在動力，全神貫注的投入到該實訓活動中，達到良好的實訓效果。

2.虛擬現實應用于高校實訓的優勢

2.1實訓內容情景性

高校人才培養模式應在學生掌握知識的基礎之上加強對學生的技能培養，依據情境學習理論，實際的工作現場可以在虛擬現實技術搭建的環境中進行模擬練習。如同在真實工作中一樣。傳統實驗教學中實訓場地的選擇，例如，在旅游專業培訓中，采用計算機、虛擬現實等技術將虛擬景點搭建在教室中，讓學生在搭建的模擬景點中觀摩學習，提前練習在實際景點中可能出現的突發事件，為學生日后的隨機應變能力打下基礎。因此，在情境教學環境下，通過虛擬現實技術建構出來的虛擬場景進行模擬訓練，促進高校人才培養模式的轉型。

2.2實訓過程交互性

在虛擬化的實驗環境下，教師可以將教學內容移至虛擬實訓當中，學生可以對所進行的實驗反復操作，不用擔心因器材數量的短缺而減少學生實操的機會，減少器材成本的消耗。例如，在化學實驗中，像具有腐蝕性的化學藥品硫酸，實驗過程中存在一定的危險，可能因操作失誤而對財產和生命造成威脅，這些都可以在虛擬化的環境下練習。避免線下實驗可能帶來的危險，增加學生對實驗的熟練程度。

2.3實訓模式想象性

由虛擬現實技術搭建的虛擬實訓場景具有高度逼真的效果，容易讓使用者產生聯想，這是讓參與者沉浸其中的一個重要原因。傳統的線下實訓，由于設備成本高，大多是幾名同學使用一臺設備，減少了學生動手實操的機會。虛擬實訓環境下，在減少高校對設備儀器資金投入的同時，為每一名同學提供靈活度高的并且適合自己現階段認知發展水平的操作機會。學生和教師可以在實訓環境中進行交流討論，感受由虛擬實訓帶來的視覺和聽覺信息，提高實訓效果。

3.影響學生實訓學習的因素

根據建構主義學習理論、沉浸理論等相關理論以及虛擬實訓系統應用高校的進展情況分析，感知有用性，感知易用性，沉浸式體驗、自我效能感、組織管理等五方面是影響學生參與實訓教學的主要因素（見表1）。

3.1感知有用性

Davis將感知有用性定義為：“個體相信使用某系統將增進其工作績效的程度”。[5]虛擬實訓系統給學生帶來的幫助越多，學生便會傾向于接受該系統。“劉小平、孫建軍、任秀華等學者基于模型在不同領域的實證研究都假設感知有用性是決定行為意向的變量之一，實證表明用戶感知系統的有用程度越高，其使用意愿就越強烈。[6]因此，對于虛擬現實技術的開發者來說，應該從使用者的角度去開發搭建實訓基地，讓教師和學生真切地感受到實訓系統對自身能力提升的有用性，增強選擇的意愿。

3.2感知易用性

通過對感知易用性相關概念的分析與整理，筆者對于感知易用性地理解為：學習者對某個虛擬實訓系統簡便使用程度的感知。搭建的虛擬場景如果被學習者所理解，就會引起學習者參與的積極性，繼續學習的意愿也會更強。因此，搭建虛擬實訓的技術人員應該根據大學生思維活躍、對新事物接受程度高的特點，搭建出界面清晰美觀、易于操作、導航明確的操作界面，避免學習者因場景不易被操縱或界面復雜而降低參與性。

3.3沉浸體驗

沉浸體驗是學生全身心的投入到學習活動中所達到一種心無旁騖的狀態，并且只對學習內容相關的刺激有反應。處于沉浸體驗的人往往注意力高度集中于當前活動，忘記自己當前所處的狀態，對從事的活動有較高的控制感。“沉浸體驗的研究表明：技能和挑戰是激發沉浸體驗的兩個重要因素，當用戶的挑戰與技能平衡或略高于某一水平時，個人就會進入“沉浸”狀態。”[7]

3.4自我效能感

自我效能感是對自身能否完成某件任務的推測，“李寶強在研究的理論部分提出計算機自我效能對任務技術匹配具有顯著的影響，在有關網絡學術信息資源的研究中，用戶搜尋資料的計算機自我效能可能直接影響任務技術匹配。”[8]在虛擬化的實訓環境中，自我效能感強的學生，相信自己在虛擬化的實訓環境中能完成學習任務并能取得較好的成績，學習動力來自于自我效能感的影響。因此，在設計相關實訓內容時既要便于操作，同時又要有一定的難度，促進學生自我效能感的提高。

3.5組織管理

教師的組織管理對學生技能的掌握很重要。通過教師的引導，學生在實訓中能體驗到虛擬實訓帶來的沉浸感和交互性，教師適當地指導會降低學生對實訓系統的認知難度。教師對虛擬實訓教學投入的精力越多，學生則會認為該系統對學習的影響越深刻，學習動力也隨之加強，因此，教師在虛擬實訓教學中對設備熟練程度、問題解決能力、教學組織能力以及與學生日常的互動都影響著學生參與虛擬實訓學習的意向。

4.虛擬實訓技術應用于教育中的建議

當前，在實訓教學中高校紛紛嘗試使用虛擬現實技術，既符合相關政策的要求，又轉變了高校的人才培養模式。從國家層面、教師層面、平臺設計層面三方聯動共建虛擬實訓室，培養出理論與實踐兼具的復合型人才。

4.1國家層面

隨著虛擬現實技術的日漸成熟，高校教育中虛擬實訓的應用也越來越廣泛。高校應根據自身的教育需求和科研發展，建立適合自己發展的虛擬教學實訓系統。同時，國家應加大對高等院校的財政投入，鼓勵高校轉變教學模式，另一方面應制定針對性的政策法規，根據專業需求建立虛擬仿真實訓室或引進相關人才，以發揮示范作用。

4.2教師層面

為了促進高校虛擬實訓教學的發展，需要相關教師具有豐富的信息素養和實踐經驗。首先，教師應該更新教育理念，在實訓活動前，對實訓系統的具體操作步驟進行介紹，使學生從整體上把握操作流程。在實訓教學中，引導學生對教學內容進行操作練習，及時處理實訓中出現的問題。其次，提升自身信息化專業素養，從學生的實際出發，做好教學活動的整體設計和設備的維護。最后，熟練設備的操作流程，不斷對虛擬實訓教學系統進行更新和完善。

4.3人機交互層面

為了使學生在虛擬環境建構的實訓教學中熟練對相關設備的操作。這就要求虛擬實訓系統在設計時要考慮到學生的思維特點和認知特點，實訓環境界面的整體布局要合理，易于被學生理解，不能對學生造成操作上的障礙，要以深化教學問題為理念來設計實訓內容。同時，與新興技術合作，彌補虛擬實訓教學的不足，如運用5G+VR的優勢來彌補虛擬現實技術因延遲性而帶來的眩暈感，為學生帶來舒適的體驗。

5.結語

隨著虛擬現實技術在各行各業的廣泛應用，教育領域中的應用也隨之增加，將虛擬實訓教學應用于高校，能夠培養學生的創造性思維和提高學生在實際工作中的能力。學生在虛擬實訓場景進行模擬訓練，實操技能也得到進一步提高，在減少實驗器材消耗的同時，增強教學趣味性。同時，隨著5G時代的到來，將虛擬現實技術與5G結合可增強虛擬實訓教學因延遲性而造成的眩暈感，達到良好的實訓效果。提高高校實驗實訓教學水平，同時也為相關企業輸送人才。

參考文獻：

[1]楊兵，劉柳，朱曉鋼，Tiong-Thye Goh. 虛擬仿真實訓系統學習行為意向影響因素研究——以企業運營虛擬仿真實訓系統為例[J]. 中國遠程教育，2019，（05）：26-36+92.

[2]湯躍明.虛擬現實技術在教育中的應用[M].北京：科學出版社， 2007：7.

[3]高媛，劉德建，黃真真，黃榮懷. 虛擬現實技術促進學習的核心要素及其挑戰[J]. 電化教育研究，2016，37（10）：77-87+103.

[4]段丹萍，項朝陽. 基于VR實訓系統的學習行為意向影響因素研究[J]. 中國教育信息化，2017，（19）：29-33.

[5]劉莉莉. 基于技術接受模型的大學生網絡學習平臺意向影響因素研究[D].浙江師范大學，2013.

[6]劉小平，文秋景，李憶.基于TAM的電子渠道采用意向概念模型構建及分析[J]. 商業時代，2011，（31）：26-27.

[7]劉莉莉. 基于技術接受模型的大學生網絡學習平臺意向影響因素研究[D].浙江師范大學，2013.

[8]衷克定，劉運華. 大學生計算機自我效能感及其影響因素的研究[J]. 電化教育研究，2007，（05）：21-25.

作者簡介：李麗丹（1994.05），女，河南洛陽人，江西科技師范大學教育學院在讀研究生，研究方向：現代教育技術。

（江西科技師范大學）