虛擬現實技術在職業教育線上實踐教學中的應用研究

聶永濤，王 平

(1.濰坊工程職業學院，山東 青州 262500；2.山東省青州第一中學，山東 青州 262500)

0 引言

虛擬現實技術產生于美國，早期主要應用在航空航天和軍事等領域。該技術具有感知性、交互性、沉浸性、客觀性、想象性五大特征，能使體驗者在計算機虛擬的三維空間內感知虛擬物體的多個物理特征，并能觸發使用者的視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等多種感知，且能產生實時交互，讓人達到聲臨其境的感覺。隨著虛擬現實技術的不斷成熟和發展，該技術在職業教育領域也得到了廣泛的應用。同時，受到新冠肺炎疫情的影響，線上教學也得到了進一步的推廣和發展，諸多線上教學平臺和學校合作，創建了多學科的在線課程，在疫情防控的背景下保障了教學活動的順利開展。但是線上實踐教學由于受到實訓條件、實訓設備等多重因素的制約，尤其對于培養高素質技術技能人才的職業教育來說，教學效果較差。在此背景下開展虛擬現實技術在職業教育線上實踐教學中的應用研究，提升職業教育線上實踐教學的教學效果勢在必行。

1 線上實踐教學的研究現狀

通過當前權威數據庫中國知網以“線上實踐教學”為主題進行搜索，共檢索到研究論文534篇，研究論文發表年度受到疫情防控的影響，主要集中在了2020年和2021年，圖1為具體的發表年度分布圖。

圖1 研究論文發表年度趨勢圖

研究的內容集中在了線上教學、線上理論教學與線下實踐教學相混合的混合教學模式，以及疫情防控為主，針對線上實踐教學的研究較少。

其中哈爾濱商業大學的張文君等[1]以歐倍爾云課堂虛擬仿真學習系統為平臺，在制藥等專業中進行了線上實踐教學的嘗試，取得了較好的教學效果；天津理工大學的劉博等[2]將VR技術應用在了動漫專業的實踐教學過程中，并在動漫實踐教學的各個環節提出了應用的思路和方法，提升了實踐教學的信息化水平，也增強了學生學習積極性和主動性；廣西民族師范學院袁芳等[3]借助北京歐倍爾云課堂虛擬仿真學習系統和超星平臺，嘗試將食品工程原理實驗課在線上實施，取得了一定的教學效果；中國石油大學(華東)鹿德臺等[4]通過網絡課堂講解、虛擬仿真教學平臺實操仿真直播、工程軟件訓練、作品設計和加工四個電火花加工技術培訓體系，進而達到與線下相同的人才培養目標。

綜上所述，線上實踐教學基本上在本科院校進行嘗試和實施，大部分本科院校借助引進的虛擬仿真教學平臺來進行線上的虛擬仿真實訓，并通過虛擬仿真平臺和教學平臺來監控評價學生的學習效果，借助專業的軟件來進行實踐教學成果的展示和檢測。上述線上實踐教學嘗試都是針對特定專業或者專業實踐軟件較多的課程開展嘗試和探索，具有一定的局限性，推廣和復制上述的線上教學模式比較困難。

2 職業院校開展線上實踐教學存在的主要困難和不足

2.1 職業院校少涉獵

線上實踐教學基本在本科院校中開展和嘗試，職業院校中較少涉及，為職業院校開展線上實踐教學參考和借鑒的案例幾乎沒有。

2.2 虛擬仿真實訓平臺與職業院校切合度不高

本科院校開展線上實踐教學大都借助專業公司開發的虛擬仿真實訓平臺，對于職業院校來說引入這些平臺，以及與自身課程的切合程度都存在一定困難。

2.3 線上實踐課程教學效果不佳

職業院校學生學習的主動性和積極性較差，線上實踐課程如果形式和教學環節單一、缺乏互動性和激勵性，以及不能很好地設計課程反饋和課程考核評價體系，則很難引起學生學習的興趣和共鳴，教學效果得不到保障。

2.4 職業院校教師自主研發虛擬仿真軟件難度大

職業院校教師相對于本科院校教師科研能力較弱，結合學校實際設備和教學內容自主研發虛擬仿真軟件的能力不足。同時，部分教師有此方面的意愿，但受學校軟硬件、經費、人員配備等條件的限制，研發的軟件也達不到預期的效果，而有一定研究能力的教師并沒有找到一條適合職業院校教師自主研發虛擬仿真軟件的技術路線，從而導致自主研發虛擬仿真軟件的計劃無法實現。

2.5 線上實踐教學模式不成熟

線上實踐教學還處于探索和實踐階段，大部分院校還沒有成熟的線上實踐教學模式可以提供參考和借鑒，部分線上實踐教學在特定的專業和特定的教學環境下實施和開展，難以在其他院校開展，不具有普適性和推廣性，更不能盲目地進行照搬照抄。

3 虛擬現實技術應用在職業教育線上實踐教學關鍵因素

根據職業院校開展線上實踐教學的困難和實際，結合職業院校學生的特點及借鑒本科院校開展線上實踐教學活動的相關經驗，在職業院校開展線上實踐教學最切實可行的做法是將虛擬現實技術引入職業院校線上實踐課程中。一方面通過虛擬現實技術能夠很好地將學生帶入到網上“真實”的實踐實訓教學環節中，同時通過虛擬現實技術也解決了職業院校實踐課上師資力量少、實訓設備短缺、部分實訓項目危險系數高、實訓消耗大的諸多難題；另一方面就是利用虛擬現實技術設計一些闖關元素、獎懲機制，增加線上實訓課程的趣味性、互動性，調動學生線上實踐課程學習的積極性、主動性，進一步提高學生參與線上實踐課程的程度；最后通過線上教學平臺的考核和虛擬現實技術制作的軟件設計考核內容，檢查和督導學生線上實踐課程的學習效果，確保線上實踐課程教學質量。

針對職業院校在虛擬現實技術應用到線上實踐教學的諸多困難，可以通過以下幾個方面予以突破和解決。

3.1 虛擬仿真實踐教學軟件的選擇與制作

隨著虛擬現實技術的不斷進步和發展，目前國內的高校和公司除了開發虛擬仿真實訓教學平臺，還開發了諸多的虛擬仿真實踐教學軟件，基礎類課程的虛擬仿真教學軟件使用范圍廣，價位也較低，部分軟件還能免費使用，職業院校可以適當引入到線上的實踐教學中。對于一些專業性較強的虛擬仿真實踐教學軟件，定制的價格較高，如果有一定的計算機繪圖和編程基礎，職業院校教師可以聯合開展虛擬仿真教學軟件的制作和研發，一方面提升了教師的教科研水平和信息化教學水平，同時降低了虛擬仿真實踐教學軟件的研發費用，另一方面研發的虛擬仿真實踐教學軟件與本校的實踐實訓項目和相關設備更加的貼合，更加有利于線上實踐教學的開展和學生技能水平的提升。通過比較分析和自己的切身實踐，職業院校教師如果想自己研發虛擬仿真教學軟件，目前來看最佳的技術路線為三維建模用Solidworks，三維動畫制作軟件用3DMAX，虛擬仿真制作軟件用Unity3d，最終虛擬仿真系統在Unity3d軟件中合成，并以.exe文件的形式生產單機版和網絡版的虛擬仿真實訓教學軟件。

3.2 虛擬現實技術(VR)全面融入線上實踐教學環節

VR技術創設與實訓教學環境相似的虛擬空間，讓學生在虛擬的環境里也能感受和實訓演練相似的教學環境，提升參訓學生實訓演練的自信心，緩解因擔心實裝操作出現安全事故而不敢動手操作的畏難心理。

VR融入實訓教學環節，利用VR技術的交互作用和計算機編程語言的邏輯控制能力，創建與實訓教學環節一致的實訓教學項目，保障虛擬操作與實訓操作的一致性，讓虛擬實訓操作更加的“真實”。只要虛擬實訓操作過關，參訓學生自信心得到提升，出錯率就會明顯下降，實裝操作的教學效果也會明顯提升。

VR融入實訓教學評價體系，參訓學生利用實訓軟件進行虛擬操作，實訓軟件的數據庫會自動記錄下操作者的操作情況和出現錯誤的操作步驟，此時系統根據每個學生的操作給出一個虛擬操作的合理分數。此分數以合適的比例加入實訓教學評價體系中，給學生在虛擬操作的同時增加一點壓力，確保學生高度重視虛擬實訓操作，不走過場，能進一步熟練實訓項目的操作步驟和安全注意事項等實訓教學內容。

3.3 借助虛擬現實技術的線上實踐教學設計與組織

線上實踐教學首先應選擇合作的教學平臺，并將引進或者自主研發的虛擬仿真軟件很好地嵌入其中。教學平臺創建實踐課程，對于實踐內容與步驟、安全注意事項等理論講解內容可以通過問題導向、情境案例等多樣化的教學方法、輔助微課、動畫等教學資源來進行開展，具體操作方法是實訓教師通過直播、錄課等形式完成示范操作。理論和操作要點掌握的學生可以通過平臺上的仿真軟件進行仿真訓練，部分實訓條件允許的課程學生可以進行線下實訓操作演練?？己穗A段可以通過虛擬仿真軟件的考評功能結合教學平臺的考核模塊進行，考核的形式根據課程的不同可以采用理論考核、仿真操作考核、作品設計、實物展示等多種方式進行，以此來保障線上實踐教學的教學效果。

3.4 線上實踐教學模式的創建

線上實踐教學模式的創建應該把握以下幾個原則。

1)中心。在整個實訓教學的過程中始終要圍繞著實踐教學這個中心組織教學，充分調動學生的主觀能動性，克服畏難心理，激發學生實踐動手操作的積極性，積極參與到整個實訓教學過程中，提高實訓教學的教學效果。

2)遞進。主要包括虛實遞進和技能遞進。虛實遞進指的是首先利用虛擬仿真教學軟件進行虛擬實訓操作，虛擬實訓操作不僅讓學生進一步熟悉實訓操作步驟和注意事項，而且能提升學生動手實操的信心，虛擬實訓操作合格后再進行實裝操作，提升線上實訓教學的教學效果；技能遞進指的是在實訓教學中，首先通過VR技術進行基礎性的實踐教學，在掌握的基礎上進行故障診斷與排除、線路設計、創新設計等綜合類實踐實訓課程，在VR技術的輔助下，讓學生逐步提升實訓操作的技能水平。

3)環節。主要包括線上自主學習環節、線上演示環節、虛擬仿真實踐環節、線上考核評價環節、總結提升環節。把這些環節理順，并能熟練運用，定能取得很好的線上實踐教學效果。

4 結語

虛擬現實技術在職業教育線上實踐教學中的應用還處于起步階段，需要不斷的嘗試和探索，適合職業教育的線上實踐教學模式也需要不斷進行總結和凝練，確保能夠提升學生的技能水平，并為我國高素質技術技能人才培養貢獻一份力量。