虛擬現實技術在高職院校實訓教學中的應用研究

王芳?陳書理

摘要：虛擬現實技術運用計算機技術，模擬集聽覺、視覺、觸覺一體的環境，能夠為使用者提供更為真實的感受。虛擬現實技術應用廣泛，在工作實踐和教育教學等方面都有相關應用。在高職院校實訓教學中，教師可以應用虛擬現實技術，借助交互技術、數據收集、場景構建、三維建模的實現方式，發揮其在創設仿真教學環境、提高實訓交互感、滿足學生操作需要、降低實訓過程風險、輔助學生自主學習等方面的價值，需要落實以下應用策略：打造沉浸式學習環境，引入生動的應用場景，引導學生三維建模，注重進行場景構建，實施特效實踐活動，輔助學生鞏固技能。教師通過落實以上策略，能夠有效提高實訓教學的效果。

關鍵詞：虛擬現實技術；高職教育；實訓教學；沉浸體驗；模擬實訓

一、前言

在高職院校人才培養中，為更好地培養高素質的技能型人才，學校會在學生掌握基本理論知識的基礎上，基于技術應用和技能培訓的目標，開展多種多樣實訓活動，以此更好地提高學生動手能力與實操能力，便于學生在今后的工作中能解決實際問題。隨著國家持續加大對職業教育的投入力度，加上高職院校自身的資金投入，院校的實訓設施更加齊全和先進，實訓基地更為多樣和完善。但仍存在著實訓設備應用不便、實訓場地受限、實訓場景實現困難、無法保證人人操作等問題。在虛擬現實技術的幫助下，高職院校可以更好地實現實訓教學，模擬真實實訓環境，帶給學生沉浸式體驗，促進學生積極參與實訓。

二、虛擬現實技術概念和實現方式

虛擬現實技術來源于英語Virtual Reality，簡稱為VR，近年來已經應用在工作與生活中，能夠有效模擬真實環境，帶給用戶足夠真實的體驗。虛擬現實技術的基本特點是感知性、交互性、沉浸性：用戶可以沉浸在虛擬環境中，依據自身感知和認知全面獲取知識，尋找解答問題的科學方式，獲得更真實的反饋[1]。

在實現虛擬實訓場景中，需要借助高性能計算機和相關設備，模擬真實崗位的工作環境，建構虛擬仿真平臺，模擬各種教學場景，引導學生沉浸于虛擬環境中學習和操控，學生能夠借助VR眼鏡和手持設備獲得更為真實的實操體驗，完成各項學習任務，提前熟悉崗位的工作技能。其實現方式主要有數據收集、三維建模、場景構建、交互技術。數據收集主要收集與虛擬技術相關的圖片、地圖、數據等；三維建模是實現這個技術的前提；場景構建能夠更好完善虛擬現實技術；交互技術是實現這項技術的關鍵，可分成幾何建模和圖像兩種交互技術。

三、虛擬現實技術在高職院校實訓教學中的應用價值

基于大數據、云計算、人工智能的背景，很多高職院校開設了新的專業，現代社會的工作崗位對畢業生提出了更高的要求，原有的教學資源和教育方式已無法滿足現實需要。因此，新時代的高職教育應當更加重視虛擬現實技術的應用，更好地發揮在實訓教學中的應用價值。正視虛擬現實技術在高職院校實訓教學中的應用價值，也是更好地助力該技術的推廣與應用的重要選擇。

（一）創建仿真教學環境

在高職院校實訓教學中，教師根據實訓教學的目標，借助虛擬仿真室，提前創建仿真教學環境，構筑多種任務場景，讓學生沉浸在模擬情境中學習以及操作。在仿真教學環境中，虛擬仿真技術不僅能夠模擬真實工作環境，還能模擬各類工具和工藝，學生借助工具控制操作裝置與生產設施等，更好地調動學生多種感官，促進學生集中精神獲得更為真實的實訓體驗[2]。與傳統視頻播放等多媒體的呈現方式相比，虛擬仿真技術能夠更好地創設仿真教學環境，提高實訓教學效果。不論是建筑設計場景、工程施工現場，還是設施巡檢工作、設備搶修現場，或者是企業自動化生產線，虛擬現實技術都可以很好地模擬出來。

（二）提高實訓的交互感

在高職院校實訓教學中，面對各個專業的實訓過程，往往涉及各種各樣的動手操作。通過運用虛擬現實技術，可以有效模擬各類設備的操作，學生可通過觸控等方式，更加自然地在空間中交互，獲得更真實的反饋，實現高效實訓操作。如對于設施農業與裝備專業的實訓，主要是運用現代信息技術，借助各類物聯網技術專業技能，為農業生產對象創造更適宜的生長發育環境，實現農業高效生產。但在實訓中對場地和器材的要求較高，教師在虛擬實訓室中，可以模擬智能化農業設施的工程施工、安裝、調試、維護等場景，以此增強學生實訓的交互感。

（三）滿足學生操作需要

由于受到資金投入的限制，很多高職院校的實訓場地不足，實訓設備有限，因此在實訓中往往不能保證所有學生同時進行，或者多名學生使用一臺設備操作，無法滿足人手一臺的需求。虛擬現實技術運用在實訓教學中，能重復利用資源和進行共享，便于多名學生在同一場景中操作，也可以進行協同工作，合作完成各類實訓任務，滿足學生各項操作需要。如汽車運用專業實訓中，涉及發動機檢修、拆裝等操作，通過借助VR設備，學生都可以在虛擬實訓室中參與檢修和拆裝等操作，彌補實訓設備少帶來的問題，提高實訓的效率。

（四）降低實訓過程風險

在傳統高職實訓過程中，長時間使用設備會造成損耗問題，設備長時間運行需要進行經常檢修和維護。學生在各類實訓操作中，由于對操作流程不熟悉、操作不規范等，還有可能出現各類事故。通過運用虛擬仿真技術，能模仿實訓環境與操作流程，學生借助VR設備進行實際操作，能夠大大降低甚至消除實訓過程風險，無需考慮操作事故和設備維護等問題。如在機電專業自動化生產線、數控專業數控機床操作等實訓中，傳統實訓過程損耗設備和損毀器具，容易造成一些事故，使用虛擬現實技術教學，能夠有效解決以上問題。

（五）輔助學生自主學習

教師借助虛擬現實技術開展實訓教學，能夠打破設備、場地、時間和空間等方面的限制，滿足學生個性化學習需求，便于學生靈活學習，輔助學生自主學習。學生可以根據自身需要，在虛擬實訓室中自行實踐，更好地鞏固操作技能。學生也可以根據實踐證書要求，有針對性地進行訓練，更好地獲得各類證書。

四、虛擬現實技術在高職院校實訓教學中的應用策略

根據本校的實訓教學經驗，通過調查本地其他高職院校的實訓教學，發現高職院校在實訓教學中已經開設運用虛擬現實技術，但是在以往的應用中還存在一些問題。比如，實訓教學準備不夠充分，未能有效打造沉浸式的學習環境；在實訓導入環節，引入的虛擬現實資源不夠豐富有趣，無法有效激發學生參與興趣；在建模環節，應用虛擬現實技術的范圍較窄，無法有效發揮這種技術的獨特價值；在場景構建的環節，由于教師的指導不佳，學生運用虛擬現實構建的效果不佳；在特效制作的環節，學生對于制作過程不夠熟悉，無法發揮虛擬現實技術優勢；課后缺少鞏固，無法鞏固技能。為了更好發揮虛擬現實技術在高職院校實訓教學中的應用價值，在今后的工作中，我們主要通過以下策略做出嘗試與優化：

（一）做好實訓教學準備，打造沉浸式學習環境

在高職院校實訓教學中，為了更好地應用虛擬現實技術，教師需要做好實訓教學的準備，為學生打造一個沉浸式的學習與操作環境。高職教育重視培養學生動手操作能力，相關院校根據本校所設專業和對應行業，搭建虛擬工廠，涵蓋若干虛擬仿真系統，縱向覆蓋生產實踐全流程，橫向融通全崗位職業能力和職業素養。在實訓教學之前，教師需要準備好桌面式VR設備、VR頭盔、AR眼鏡，搭建大場景顯示系統等，這樣便于學生更好地互動，帶給學生身臨其境的感覺[3]。

例如，在虛擬工廠中，教師運用各類設備模擬生產實踐的真實工作場景，以此組織教學過程，分解生產實踐流程，設計相關教學內容，設置綜合的學習任務，引導學生在各生產區域進行協作，更好地培養學生分析問題和解決問題的能力，提高學生跨工種的團隊合作能力，培養工匠精神。教師可以依托院校虛擬工廠，借助輔助設備實時采集與分析學生的學習過程、操作行為等數據，仿真實訓數據。在線下，教師可以全方位指導學生的操作規范、動作要領等，使學生逐漸提高綜合操作能力，形成職業能力與綜合素養，為將來工作做好準備。同時，教師還可以引領學生線上自學與操作實踐，通過推送關于虛擬現實的微視頻等資源，輔助學生掌握虛擬現實技術的操作，與所學專業結合起來，利用智慧學習平臺等在線上操作，這樣可以讓學生有效提高自學的效果，有效預習新課內容。

（二）引入生動的應用場景，激發學生參與興趣

根據虛擬現實技術的實現方式，教師將其應用在高職院校的實訓教學中，先要收集數據，主要是與虛擬現實技術應用相關的圖片、地圖與數據等，以此創設和引入生動的應用場景，激發學生學習興趣。教師可以根據現代生產與生活、三維建模等方面的具體應用，搭建和引入相應的應用場景，促進學生更好地感受其重要意義，調動學生探究興趣和學習積極性，更好地進入相關實訓中。

例如，三維建模可視化（3D）虛擬現實技術，在智慧城市和園區設計方面的應用廣泛，通常是物聯智慧園區整合產業園內各子系統信息資源，借助數字化3D可視化技術，動態展現智慧樓房的運維、能源、安防、服務等運行狀態，這樣就可以匯聚和共享園區的全景數據，更好地進行智慧管理，提高園區管理水平。從園區場景可視化方面看，教師可以運用數字孿生3D GIS建模技術，選擇特定的工業園區，真實還原1∶1園區內外的建筑和公共設施全景，還可以動態模擬環境，根據現實天氣數據模擬不同天氣，讓學生獲得身臨其境的感覺。教師還要布置簡單的模仿任務，要求學生按照微視頻的操作，利用身邊的平板設備，或者借助交互電子白板，在智慧樓房中參觀，熟悉“西氣東輸”等能源運輸通道，認識某公司的安防系統等。通過這樣的方式，能夠有效提高導入的效果。

（三）導入實訓學習任務，引導學生三維建模

教師應用虛擬現實技術進行實訓教學時，需要先導入實訓學習任務，引導學生借助虛擬現實技術進行三維建模，主要是用圖像數據方式、圖形建立模型的方式建模，初步發揮這類技術的重要作用。教師根據學生的動態反饋情況，進行針對性指導，可以在學生操作體驗中進行實時反饋，提高操作效率[4]。

例如，針對建筑動畫技術專業的實訓教學，實訓項目有建筑虛擬現實項目的實戰、建筑動畫項目實戰等。教師可以引入某位業主提出的建筑要求數據，布置借助虛擬現實技術進行建筑建模的任務。學生需要基于業主要求確定建模工具與建模大小的場景，操作圖形建立模型。建筑建模分為幾何建模與物理建模：前者要考慮各類細節，如建模形狀、輪廓、屬性，分析各類數據關系、各對象間說明信息與數值；后者重點處理光照、顏色、紋理、材料等。教師需要根據學習過程中的情況，有針對性地進行指導。教師在指導的過程中，重點是抓住細節以及整體：在過程中針對細節進行點撥，比如注意按照標準尺碼進行建模，減小誤差，讓光照打得又亮又均勻，突出虛擬現實中角色紋理等；在結束環節針對整體指導，基于學生或小組三維建模的整體成果予以點評。

（四）指導學生環境集成，注重進行場景構建

在建筑設計中，建筑和環境是一種相輔相成的關系，不僅要按照規定設計好建筑物，還要根據建筑物的外觀、顏色、用途等，搭配適宜的環境，要與周圍的環境相協調，打造和諧人居環境。以上主要是針對建筑建模方向的實訓進行分析，教師指導學生運用虛擬現實技術完成基本建筑物建模后，還需要指導學生進行環境集成，將建筑模型與周圍環境構建成有機體，這些環境分為水、天空、地面（如花草樹木、山體、人物、車輛等），這樣才能更好地打造環境和諧的空間。

例如，建筑建模方面的實訓中，運用虛擬現實技術可以做到：用貼圖技術呈現樹木、草地、公路等，解決現實的問題，實現特效場景等。如用貼圖技術呈現樹木時，先要有相關植物貼圖，運用3D制作軟件的材質編輯器，為其漫反射材質通道貼上植物貼圖等，還要構建多樣化的植物。教師指導完成后，讓學生進行實際操作，還可以用貼圖完成，以及加入一些視覺效果。如可以在一處建筑場景中加入云霧、下雨的情景等，主要用3D軟件粒子系統、動態貼圖方式操作，這樣能夠增強場景的生動性，完美融合視聽藝術和建筑空間的表現。教師還可以引入一些經典建筑設計的資料，如包豪斯校舍、蘇州博物院等，以此參考構建環境。

（五）有效運用交互技術，實施特效實踐活動

虛擬現實技術的一大特色就是可交換。當前社會運用虛擬現實技術中，交互技術已經在醫學檢測、體感游戲、航空航天等方面得到了大量的運用。教師指導學生在虛擬場景中實訓，完成基本的建構操作后，就需要有效運用交互技術，實施特效實踐活動，這樣學生可以在指定程序中瀏覽，能夠帶給學生真實的感受，也可以發現其中的問題，便于進行修改完善[5]。

例如，建筑建模工作結束后，教師指導學生運用3D軟件收集建筑動畫模型，可以生成視差圖像，設置不同路徑，編輯建筑模型，然后在指定程序瀏覽。學生在虛擬場景中進入建筑內部展示區域，可以運用多樓層展示、樓層切換、室內導航等功能，仿真還原現場環境，更好地感受各類建筑區域。教師可以根據學生的實際反饋，有針對性地進行指導，幫助學生更好地完成特效實踐活動。在指導中，教師要多引導、表揚、鼓勵學生，更好地培養學生學習和創造的自信心。

（六）布置學習探究任務，輔助學生鞏固技能

溫故而知新，可以為師矣。學習和訓練具有相輔相成的關系。相關實訓教學完成后，教師還要根據學生的課堂反饋情況，根據實訓教學的目標，布置一些自主學習與合作探究任務，以此輔助學生更好地鞏固實操技能。學生可以在課內完成相關任務，也可以在課外完成任務，但是都必須獲得一定的成果，將成果通過各類方式呈現給教師，教師對此進行科學評價與有效反饋[6]。

例如，教師基于虛擬現實技術在建筑建模方面的應用，可以布置一些可視化創建任務，如實現建筑區域、設備監控、能效管理、智慧安防、運營管理等方面的可視化。針對其他專業的學生，如機電一體化、電氣化等專業的強電電柜調試維修實訓，教師可以布置運用虛擬現實技術模擬維修操作的任務，學生借助虛擬現實設備和特定環境，能夠更好地掌握維修操作流程，獲得比傳統看視頻、做題目更好的效果。教師還要根據學生在課堂上的反饋情況，融合學生課下完成任務的情況，對學生參與模擬實訓的過程、態度和結果進行綜合評價，基于優點進行鼓勵，點明其中不足，引導學生進行針對性改善，更好地提高實訓的效果。此后，教師可以根據學生的專業特點和興趣方向，準備一些與虛擬現實技術相關的自主學習資源，推送到智慧學習平臺上，以此輔助學生課后自主學習。

五、結語

綜上所述，虛擬現實技術作為新時代教學改革的重要選擇，在實際的應用中具有重要的現實意義與價值。新時代的教育工作者應當正視虛擬現實技術的應用價值。同時立足開展實踐教學，嘗試拓展虛擬現實技術的應用路徑。在新時代的高職院校實訓教學中，教師可以應用虛擬現實技術，這樣能夠突破院校設備和場地等的限制，不受時間與空間的局限，有效實施各方面的實訓教學，滿足學生的不同學習需求。以上主要基于虛擬現實技術在建筑建模方面的實訓應用進行探究，也涉及其他專業實訓的應用，可以取得有效的實訓教學效果，不同院校的教師也可以根據實際需要，充分運用虛擬現實技術，以此更好地開展實訓教學，培養學生實操能力，為就業以及創業打下堅實的基礎。

參考文獻

[1]陳燕.淺談虛擬現實技術在高職院校實訓教學中的應用[J].計算機產品與流通，2020（2）：209.

[2]王璐.關于虛擬現實技術在高職實訓教學中的應用思考[J].大學，2021（27）：77-79.

[3]王繼群.虛擬現實技術在高職實訓教學中的應用[J].北京工業職業技術學院學報，2019，18（4）：76-79.

[4]楊婷婷.虛擬現實技術在高職院校動漫教學中的應用研究——以宣化科技職業學院動漫專業教學實踐為例.石家莊：河北師范大學，2019.

[5]黃文鶴.VR虛擬現實技術在高職院校實踐教學中的應用研究[J].花溪，2021（26）：26.

[6]李俊賢.VR虛擬現實技術在高職院校實踐教學中的應用探索[J].信息與電腦，2020，32（12）：238-240.