基于虛擬現實人才培養的課程教學研究與實踐

席曉聰 劉偉童 孫育紅

山東女子學院數據科學與計算機學院（山東省濟南市 250300）

1 引言

虛擬現實，顧名思義，是用計算機技術營造出來一種虛擬環境，但卻讓人如現實般感同身受。虛擬現實是以計算機技術為核心，綜合了多媒體技術、仿真技術、人工智能技術、人機交互技術、傳感器技術、計算機圖形學等現代高科技技術，產生的一個集視覺、聽覺、觸覺，甚至是嗅覺和味覺的多感官模擬虛擬環境，在這個多維的信息空間中，人們可以通過多種設備，以自然的交互與虛擬環境中的對象進行交互，從而得到身臨其境的感受和體驗。虛擬現實起源于20 世紀60 年代，而我國虛擬現實研究起步于 20世紀 90 年代初，雖然起步較晚，但國家對于虛擬現實產業的發展非常重視，2016 年以來，我國相繼出臺產業政策支持虛擬現實行業發展，更是提出到2020 年，我國虛擬現實產業鏈條基本健全，到2025 年，我國虛擬現實產業整體實力進入全球前列，掌握虛擬現實關鍵核心專利和標準，形成若干具有較強國際競爭力的虛擬現實骨干企業[1]。在相關政策的支持下，隨著5G 技術的發展，虛擬現實越來越廣泛地應用于各個領域，如教育、軍事、工業、藝術與娛樂、醫療、城市仿真、科學計算可視化等領域的應用都有了極大的發展，產業發展對虛擬現實人才的需求也與日俱增，但與之相反，虛擬現實核心人才的缺乏卻成為整個虛擬現實產業快速發展亟待突破的瓶頸。據《全球虛擬現實人才報告》中顯示，現階段中國虛擬現實人才數量僅占全球2%，但對虛擬實現人才的需求卻達18%，遠遠無法滿足行業對虛擬現實技術技能崗位的用人需求。

伴隨著市場發展的迫切需求和國家的高度重視，高校作為我國現代化建設事業的人才培養基地，責無旁貸承擔著輸送人才的重任。由于我國虛擬現實技術起步較晚，專業積累不深，各大高校目前多根據自身學科積淀與成熟度，在虛擬現實人才培養過程中，依托計算機、藝術設計類現有專業群，以專業方向課為切入點，進行虛擬現實人才培養[2]。但由于缺少成熟的教學體系、相關教學積淀匱乏和師資嚴重不足等原因，不能較好地滿足高素質復合型工程技術人才培養的需要，所培養的虛擬現實專項技能人才也不能對點行業需求，無法滿足一線工作的需要，因此成為了行業痛點。如何基于現有資源，精準對接行業缺口、服務社會需求成為高校培養虛擬現實人才的一個亟待解決問題。課程建設是人才培養的基本環節，也是最終落腳點所在，其水平和質量直接影響著人才培養質量，故虛擬現實人才培養應加強重視課程建設，緊密切合生產實際需求把好教學質量關，為虛擬現實行業提供合格的復合型人才。

2 課程建設研究

2.1 課程建設目標與思路

2020 年2 月，在《教育部公布2019 年普通高等學校本科專業備案和審批結果通知》中虛擬現實技術專業才正式獲批，虛擬現實技術作為一個新專業開始粉墨登場，但是人才的培養需要教學閉環的不斷打磨，目前還不足以支撐社會對虛擬現實人才的迫切需求，面對社會的迫切輸出需求，目前高校多結合計算機類、藝術設計類專業開展虛擬現實人才培養，由于兩類教育國內起步相對較早，已形成相對成熟的學科鏈和完善的教學體系，在此基礎上以專業方向課為切入點進行虛擬現實人才培養，會造成虛擬現實人才培養質量的片面化、不均衡等問題，計算機類培養的虛擬現實人才偏重于編程開發、交互集成等技術開發類內容，而藝術類培養的虛擬現實人才偏重于多媒體內容的設計與創作等內容，兩種側重不同的培養內容勢必會影響高質量人才的輸送[3]。2021年7 月，國家人力資源和社會保障部職業技能鑒定中心在調研深圳市虛擬現實產業聯合會時也指出，目前虛擬現實產業的現狀是缺乏內容制作、應用開發等技術技能復合型人才。而高校面對未來的“新工科”建設布局，也更應該培養具有創新創造能力和跨界融合的復合型科技人才。故在虛擬現實人才培養的相關課程中應設置雙重培養目標，應兼具“技術”與“藝術”的雙重培養，即培養學生扎實的技術能力又要培養學生的藝術設計素養，培養一批會技術、懂藝術的虛擬現實高素質復合型工程技術人才，既可以完成一定的虛擬現實展示系統和互動創意系統的開發，又可以完成復雜的虛擬現實系統邏輯開發與進一步的虛擬現實核心技術研發。但對比目前高校資源，師資和教學積淀嚴重缺乏，小到課堂案例大到教學體系經驗嚴重匱乏，面對課程建設經驗的空白與不足和高質量人才輸出的迫切需求，必須尋求出路。“以賽促學”要求學生以產出為導向，通過參與大賽完成一個較為完整的主題作品，實踐鍛煉自己的專業技能和綜合設計能力、創新創造能力和一定的藝術構造能力，提升學生的整體綜合素質[4]。“以賽促學”也可以幫助教師“以賽促教”，層層倒推課程教學中的各環節安排與設計，把好教學質量關。而“校企共建”則可以讓學生高效地對接企業實踐項目和最新技術，緊密切合生產實際需求，精進自己的大賽項目落實落地，專業技術更高、更精、更尖，并可提升學生的專業職業化認知與職業素養。“以賽促學、校企共建”的有機結合可融契數字技術和藝術創意，培養具有工程實踐能力、藝術創作能力、行業創新能力和可持續發展能力的高素質復合型新工科人才。

2.2 教學內容

針對虛擬現實技術多學科交叉融合、知識點紛繁雜亂的特點，建立“以賽促學、以賽促教”的教學內容，將大賽所需的專業知識和藝術素養要求分解進教學內容中，形成知識模塊，進行項目式教學。在學生逐個解決的模塊化學習和練習中建立立體知識體系，培養學生將知識融合貫通，進行知識整合應用的能力，并通過完成一個完整的虛擬現實作品培養激發學生的思考、創新創造和批判精神，達到藝術修養的培養與提升。但由于高校教師普遍實踐經驗較少，技術不夠純熟與先進，教師培訓與學習還需要一定的周期轉化，為讓學生深入產業一線了解并掌握最新技術與實踐應用，“校企共建”課程是大勢所趨，通過企業參與課程教學的后半階段，進行深入、提升與升華，豐富相關真實案例，講解最新技術，完善項目作品，可以大大提高學生的實際應用能力、藝術素養能力，切實提高產出項目作品質量，通過企業的參與也大大提升了人才培養的針對性，大大提高了人才培養的質量。

2.3 教學方法

“以賽促學、校企共建”易采用線上線下混合式教學方法[5]。以大賽項目為主線，校企雙方共同錄制、更新網絡課程作為線上學習資源，供學生進行課前預習與課后復習，視頻資源內容應根據當前熱門、高水平大賽對于虛擬現實人才技能的需求情況，整合學校和企業現有教學資源，重新梳理知識體系，除了要繼承經典內容和案例，還要善于革新，對知識點進行有機結合和重構，打破傳統課程教學中的章節鏈接關系，將虛擬現實必備基礎知識與應用實踐拆解成模塊，層層引導，層層設計。在課前預習中可指定線上資源進行自學，在課后方便不同層次的學生進行查漏補缺、鞏固。線下前期由校內教師講授，配合線上課程資源主要講授基礎知識與應用的重難點與現場指導，通過模塊化學習與練習，使得學生可以初步完成一個相關完整的項目作品。線下后期由企業教授，對前期已學模塊進行延展和延深，并引入當下最新技術與真實應用案例，對初步完成的項目作品進行改造與提升，打磨出高質量的項目作品。這是對前一階段的總結、凝練與提升，通過最后的企業授課，將整門課程進行收尾與升華，最終形成一個集技術與應用價值、藝術水平均達標的虛擬現實作品，達到復合型虛擬現實人才輸出的要求。除此之外，在后期學生打磨虛擬現實參賽作品時，還需設置企業教師線上直播答疑、校內教師現場輔助指導時間，為學生提供及時的幫助。一是面對如此嚴峻的疫情形勢，減少學生的不必要外出是以學生為中心的必要舉措；二是直播答疑視頻易根據答疑點制成短視頻，有助于學生回看、解疑與教學資源積累；三是采用企業直播答疑可以方便校內教師做為一個學習者間接學習企業實踐經驗，幫助自己迅速成長，盡快完成“雙師雙能型”教師身份的轉變，也減少了企業參與教學的成本，從而達到一舉多得的共贏效果。

2.4 教學資源

2020 年2 月，虛擬現實技術專業正式獲批后，隨著我國虛擬現實產業的布局建設與發展，將會有更多的高校開設虛擬現實技術專業，可通過前期對課程建設教學資源的不斷積淀逐步支撐起整個虛擬現實人才培養的體系要求。通過“以賽促學、校企共建”的思路，校企雙方可進行有機結合，形成一批適用于本校實際的基于虛擬現實技術的共建網絡課程、共建教學平臺、共建教材、共建團隊等資源，具體又可細化為建設在線課程、教學課件、項目案例、技術文檔、素材、試題庫、團隊制度等等。而且由于虛擬現實相關課程在虛擬現實設備上的局限性，包括價格、性能、空間的局限，學校可以依托合作企業資源開設開放實驗室，以提供給學生最新、最全、最自由的實驗硬件與軟件環境，讓學生可以充分地進行創新創造與實踐應用。從軟實力和硬實力兩方面校企共同開發教學資源，即減輕了高校的負擔，又從企業獲得第一線的社會需求，使得教學資源內容既來自于社會，又較好的反饋服務社會。

2.5 教學考核

基于虛擬現實人才培養目標的雙重要求，兼具技術與藝術，應采用多元化評價機制。在評價標準上，不易設置試卷考試形式將學生成績作為衡量學習效果的評價，應著重使用考核方式，通過要求學生提交虛擬現實項目作品考核學生的技術應用能力、創新創造能力和藝術素養能力，除此之外，還應將團隊合作能力、交流溝通能力等職業素養要求納入評價標準。在評價方式上，采用過程性評價和總結性評價相結合的評價方式，并增加過程性評價的監督與把握，通過對過程中學習問題的把握，從而可以幫助教師及時調整教學內容與教學方式，過程性評價應包括線上網課的學習情況、模塊單元的作品匯報情況和課堂參與等情況，而總結性評價來由期末虛擬現實作品即大賽參賽作品決定。在評價主體上，采取教師、企業兩主體共同評價的方式，改變原來單一的主體評價方式，構建多重評價，使得評價的結果能夠加信服，更能體現高校、企業與社會對虛擬現實人才的綜合要求和評價。通過上述多元化的評價機制，可實現對學生學習過程的全方位管理和人才培養質量的全方位判斷。

3 課程建設實踐

3.1 《虛擬現實腳本設計》

《虛擬現實腳本設計》是虛擬現實人才培養中的核心課程，主要講解Unity 3D 編程技術。內容涵蓋項目開發所需的各個系統與模塊，包含相關核心概念、物理系統、交互界面、動畫系統、音頻系統、數據管理和資源管理等內容。從該課程知識體系可以看出，該課程是從虛擬現實的人才培養目標出發，不止專注于培養過硬的技術能力，還注重學生的設計和藝術能力。故對其進行教學研究實施是一個理想的切入點。

3.2 教學實施

依托山東省大學生數字媒體創意大賽三維游戲競賽類通道，我們對《虛擬現實腳本設計》課程內容進行梳理與重構，制定了如下模塊化教學內容：基本概念、物理系統、UI 系統、動畫系統、音頻系統、數據管理系統、人工智能系統。校內教師主要教授基本概念、物理系統、UI 系統、動畫系統、音頻系統等基礎內容，企業教師主要講授數據管理系統、人工智能系統等內容，將產業發展的最前沿和最鮮活的實踐成果引入課程，進行后期拔高與提升。在講解技術知識點的同時，注重穿插對藝術素養的培養，通過以上模塊的學習，學生可以完成一個比較完善的虛擬現實高質量作品。為更好的進行課程建設與開發，我們與山東新視覺數碼科技有限公司深度融合，組建了一只工、文、藝、理交融的跨學科虛擬現實技術師資團隊，確立以立德樹人為核心，培養兼具技術工具理性和藝術價值理性人才的目標，校企共建1 部網絡課程和1 部教材等資源。依托智慧樹課程對學生線上學習進行檢測與管理，線下層層推進項目落實落地、更加完善。根據線上線下混合式教學，我們制定了如下考核方式：綜合成績=40%線上成績+60%線下成績，線上成績包括10%的課前學習成績和30%的網課課程參與成績，線下成績包括5%的課堂成績、20%線下實驗、35%的參賽作品成績.

3.3 教學效果

我院2019 級數字媒體技術虛擬現實方向學生共計80 人。通過該課程的學習，100%的學生均參加了虛擬現實技術相關大賽，如國家級大學生創新創業訓練計劃項目、山東省大學生數字媒體創意大賽、山東省大學生虛擬現實技術應用設計大賽等，并獲國家級獎項3 項，省級獎項12 項，學生虛擬現實作品質量普遍技術過硬，又兼具一定的藝術水平，也因此成為省內獨具特色的知名專業，受到了學界、行業和企業的廣泛認可。

4 結語

通過論述新時期下對復合型虛擬現實人才的需求，結合現階段課程建設的突出短板問題，需要堅持以產出為導向的理念，通過“以賽促學”反向設計課程教學內容與考核評價機制，深化“校企共建”合作機制，共建團隊、共建網絡課程、共建教材等多元協同育人措施，提高課程的高階性、創新性和挑戰度，并運用線上線下混合式教材正向實施，可以全面提高學生的實踐應用能力和藝術素養能力，達到復合型虛擬現實人才培養的要求。