虛擬現(xiàn)實技術(shù)在中、高職實訓教學中的應用效果研究

摘 "要 "目前，應用虛擬現(xiàn)實技術(shù)開展實訓教學是新時代職業(yè)教育的新方向，但其缺點較為明顯，包括一次性投入成本大、師資隊伍建設和匹配欠缺、教學模塊不能自主開發(fā)等。因此，為了解虛擬現(xiàn)實為載體的數(shù)字化教學技術(shù)在中、高職實訓教學中的應用效果，在調(diào)研已發(fā)表的19篇虛擬現(xiàn)實技術(shù)相關(guān)文獻的基礎上，進行該技術(shù)對教學效果影響的定量分析。以真正提高學生理論水平、技術(shù)能力和學習興趣等作為實訓教學出發(fā)點，避免過分追求所謂的高新技術(shù)而陷入虛擬現(xiàn)實的“技術(shù)陷阱”，旨在定量分析虛擬現(xiàn)實技術(shù)應用在中、高職實訓中的效果，以期為教育決策者提供有益的參考。

關(guān)鍵詞 "虛擬現(xiàn)實技術(shù)；職業(yè)教育；中高職實訓教學；Meta分析；實訓室

中圖分類號：G717 " "文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2024）11-00-07

0 "引言

虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）技術(shù)起源于20世紀末期，發(fā)展不過短短的20余年，但VR技術(shù)具有強大的生命力，在醫(yī)學、工業(yè)制造、教育等領域有著廣泛的應用，其創(chuàng)造的場景更加逼真，輔助真實的教學手段可能會產(chǎn)生更好的教學效果。中、高職實訓課程一般占總課時量的四分之一至三分之一，是職業(yè)教育的一個重要環(huán)節(jié)，考查學生對知識的應用能力。積極引入VR技術(shù)，構(gòu)建數(shù)字化、智慧化的實訓室成為眾多職業(yè)院校著力開展的一項工作。因此，各職業(yè)院校都在大力改進和完善智慧化實訓室建設。深圳職業(yè)技術(shù)學院提出面向職業(yè)院校的虛擬現(xiàn)實資源建設及教學應用整體規(guī)劃模式，提出虛擬現(xiàn)實教育資源的三層應用模式，并通過實踐案例證明有效性[1]。周美圻等[2]將VR技術(shù)引入機械課堂教學，并從開放式虛擬機械學習、分布式虛擬機械實訓共享、虛擬機械實訓評價考核三個方面進行展望。廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學院[3]應用VR技術(shù)開展軌道類專業(yè)實踐教學探索，打造軌道交通虛擬仿真工場，實踐路徑可為其他院校提供借鑒。可以看出，目前VR技術(shù)在我國職業(yè)院校的應用方興未艾，因此有必要開展基于VR技術(shù)的實訓教學效果研究。

VR技術(shù)的優(yōu)點很多，例如：醫(yī)學、護理等專業(yè)由于學生臨床接觸病人的機會不多，采用VR技術(shù)可以提高護理教育質(zhì)量；對于理工科如機電制造、工業(yè)機器人、汽車維修等相關(guān)專業(yè)群實訓教學，運用VR技術(shù)可以更好地融入企業(yè)需求真實場景，構(gòu)建項目任務工單、虛擬工廠等虛擬與現(xiàn)實交互式實訓場景。有學者指出，VR技術(shù)能夠吸引學生的注意力，使學生在VR技術(shù)創(chuàng)設的三維世界中穿梭行走并發(fā)現(xiàn)樂趣和挑戰(zhàn)；在中、高職各年齡段學生的實訓教學中，VR技術(shù)都有引領、促動和鼓勵發(fā)現(xiàn)新知的潛力，學生能夠與3D環(huán)境交互并創(chuàng)造自己的多維世界，有一種身臨其境的體驗感，并參與

學習[4]。

但是，由于資金等各方面因素的限制，國內(nèi)各職業(yè)院校應用VR技術(shù)的水平參差不齊。一方面，VR技術(shù)所涉及的裝備和模塊更新?lián)Q代的速度很快，即使在資金相對充沛、扶持力度較大的院校早期投入資金建設實訓基地，后期VR技術(shù)設備的迭代和維護消耗依然較大，難以持續(xù)；另一方面，一些院校的制造類專業(yè)選用VR設備開展教學，但是發(fā)現(xiàn)學生對知識的掌握和學習滿意度并沒有得到顯著提升[5]。此外，有部分VR技術(shù)設備的安全性不高，學生在操作設備時會有一些安全隱患。正如美國學者Pantelidis V[4]列舉，應用VR技術(shù)的缺點是設備花銷較大、可能帶來健康和安全問題、要求教師花大量時間學習VR技術(shù)的軟硬件使用，以及將VR技術(shù)整合進一門系統(tǒng)課程需耗費大量精力。因此，不論是從采購先進教學設備的性價比還是從安全性角度考慮，在中、高職實訓教學中是否堅持引入VR技術(shù)、在哪些專業(yè)引入VR技術(shù)，應該有必要的論證，達到用最小的投入產(chǎn)生對學生理論知識、技能提升的最好效果，避免陷入虛擬現(xiàn)實的“技術(shù)

陷阱”。

1 "研究方法

Meta分析又被稱為元分析或薈萃分析，是一種定量化的文獻綜述技術(shù)，由美國統(tǒng)計學家基恩·格拉斯于1976年正式提出。經(jīng)過近50年的發(fā)展歷程，Meta分析被廣泛應用于醫(yī)學、生態(tài)學、教育學等領域的研究中。其研究步驟主要包括：

1）確定研究主題，制定文獻檢索策略，在各個數(shù)據(jù)庫中全面地搜集有研究數(shù)據(jù)支撐的文獻；

2）對文獻進行數(shù)據(jù)提取，找出想要挖掘的關(guān)鍵性因素，并進行質(zhì)量評價；

3）合并效應值的計算，合并效應值的檢驗并進行異質(zhì)性分析，最終完成對研究主題的結(jié)果評價。

本項研究是在搜索大量文獻的基礎上，應用Meta分析的方法探索VR技術(shù)在中、高職實訓教學中的影響效果，主要考查相較于板書、PPT、實物模型等傳統(tǒng)實訓教學模式，利用VR技術(shù)教學對學生理論成績、實操能力、滿意度和學習興趣提升的效果。

1.1 "文獻檢索和篩選

計算機檢索Web of Science、中國知網(wǎng)（CNKI）、

萬方等多種數(shù)據(jù)庫，檢索近六年（2016年1月至

2022年5月）發(fā)表的文獻。采取搜索主題詞的方式

制定檢索策略，并采用二次檢索法查找相關(guān)文獻。

英文數(shù)據(jù)庫檢索詞為“Virtual reality”“Poly-technic education”“Practical Training”，中文數(shù)據(jù)庫檢索詞為“職業(yè)教育”“虛擬現(xiàn)實技術(shù)”“實訓”。本研究對選取的文獻采用以下標準進行篩選。

1）應用VR技術(shù)實驗發(fā)生在國內(nèi)中職和高職實訓教學中，必須來源于實驗研究或者準實驗研究，不能是定性的論述性文獻。

2）數(shù)據(jù)資料中盡量含有VR技術(shù)教學效果的干預數(shù)據(jù)，包括教學前后的前測數(shù)據(jù)和后測數(shù)據(jù)；必須采用正確的統(tǒng)計學方法，有具體數(shù)值（含圖表）平均值、方差或者標準差，盡量有原始數(shù)據(jù)。

3）對同一作者重復報道的數(shù)據(jù)只選用一次。

根據(jù)以上制定的文獻檢索原則，在數(shù)據(jù)庫中進行文獻篩選后得到19項相關(guān)的研究報道，根據(jù)文獻發(fā)表年限的先后順序?qū)⒀芯拷Y(jié)果的主要信息依次列出，見表1。可以看出，19篇文獻所涉及的領域包括財會類、智能制造類、化工檢測類、康養(yǎng)旅游類和醫(yī)學護理類等五大類專業(yè)。

1.2 "文獻編碼

文獻編碼的內(nèi)容主要包括作者信息、發(fā)表年份、學生專業(yè)、年級學段、知識類型、VR技術(shù)設備種類等。其中，年級學段包括中職和高職兩類；知識類型包括理論、實踐和理實一體化教學三類；VR技術(shù)設備種類包括桌面式VR系統(tǒng)、Unity-3D系統(tǒng)和沉浸式VR系統(tǒng)等。

1.3 "統(tǒng)計方法

應用RevMan 5.3軟件進行分析并繪制漏斗圖和森林圖。采用I2值判斷研究間異質(zhì)性檢驗，當

I2＜50%時，認為研究間同質(zhì)性較好，采用固定效應模型合效應量；當75%＜I2＜100%時，認為研究間存在異質(zhì)性，采用隨機效應模型合效應量。在不同的效應模型下輸出相應的森林圖。

2 "結(jié)果與討論

2.1 "發(fā)表偏倚檢驗

為了保證納入文獻實驗數(shù)據(jù)的可靠性和科學性，本研究引入漏斗圖來檢驗是否存在發(fā)表偏倚。發(fā)表偏倚是指不能系統(tǒng)、全面地反映已發(fā)表文獻做的整體研究，發(fā)表偏倚不同程度地存在于Meta分析中。漏斗圖的橫坐標表示效果大小，縱坐標表示標準誤差，兩條斜線表示95%的置信區(qū)間。發(fā)表偏倚主要通過觀察確定，同時，如1.3節(jié)所述，當I2＜

50%時，采用固定效應模型合效應量；當75%＜

I2＜100%時，認為研究間存在異質(zhì)性，采用隨機效應模型合效應量，漏斗圖對稱意味著沒有發(fā)表偏倚。顯然，圖1中除實操能力的漏斗圖以外，其余三項都是對稱的，表明整體的Meta分析結(jié)果是可以接受的。然而，在漏斗圖中存有一些點在兩條斜線之外，這意味著在那里納入的研究可能存在異質(zhì)性。這一結(jié)論與異質(zhì)性檢驗結(jié)果一致，并進一步分析基于引入文獻的森林圖數(shù)據(jù)。

2.2 "Meta分析結(jié)果

2.2.1 "VR技術(shù)教學對學生理論成績提升的影響

本分項研究符合要求的文獻共計18篇，共涉及1 304名學生。I2=92%，采用隨機效應模型合效應量。如圖2所示，本項研究的均值差為-8.46，總效應值Z=26.62，且P＜0.05，這表明VR技術(shù)教學對學生理論成績的效果有顯著差異，VR技術(shù)優(yōu)于傳統(tǒng)教學技術(shù)。此研究結(jié)果與吳雪艷[13]的研究結(jié)果矛盾。在吳雪艷的研究中，中職學生機械制圖課程的對照組與實驗組的前測理論成績沒有差別（P=0.221）；在利用VR技術(shù)進行教學后，結(jié)果表明兩者的后測理論成績依然無顯著性差異（P=0.585）。

同樣，在國外的VR技術(shù)教學研究中也有類似的結(jié)論。Khot Z等[24]利用傳統(tǒng)模型教學和VR技術(shù)教學兩種手段對60名醫(yī)學生進行解剖學名詞識記實驗，通過10分鐘的學習對25個項目問題進行測驗。結(jié)果表明，利用傳統(tǒng)模型教學的識記率為67%，而利用VR技術(shù)教學的識記率只有41%。相比于靜態(tài)的模型教學，通過VR技術(shù)教學在提高學生識記項目方面并沒有顯著優(yōu)勢。

2.2.2 "VR技術(shù)教學對學生實操能力提升的影響

本分項研究符合要求的文獻共計12篇，共涉及875名學生。I2=92%，采用隨機效應模型合效應量。如圖3所示，本項研究的均值差為-15.5，總效應值Z=4.09，且P＜0.05，這表明VR技術(shù)教學對學生實操能力的提升效果有顯著差異，同樣是VR技術(shù)優(yōu)于傳統(tǒng)教學技術(shù)。值得注意的是在徐晶心[19]的研究中，對中職學生開展全口義齒工藝教學，利用VR技術(shù)并沒有與傳統(tǒng)模型教學產(chǎn)生顯著性差異。作者分析這是由于在口腔醫(yī)學教學中，VR技術(shù)無法實現(xiàn)操作手勢的同步傳授，尤其是在專業(yè)化比較強的口腔醫(yī)學領域，利用VR技術(shù)結(jié)合行業(yè)專家的實際操作示范才可以取得較好的實操效果。

2.2.3 "VR技術(shù)教學對滿意度和學習興趣的影響

對VR教學滿意度和學習興趣的研究，分別有八項和九項研究符合數(shù)據(jù)納入標準，相應的涉及學生數(shù)分別為496人和641人。

從圖4中可以看出，相比于傳統(tǒng)教學模式，利

用VR技術(shù)進行實訓教學后學生的滿意度更高，兩

者之間具有顯著差異（P＜0.01）。但也有學生在調(diào)查問卷中表示不喜歡VR技術(shù)教學，分析原因可能是由于低年級段的學生長時間佩戴沉浸式VR設備會造成眩暈感，出現(xiàn)不適癥狀，進而降低了VR技術(shù)教學的體驗感[20]。

從圖5可以看出，總體來說，相比于傳統(tǒng)教學模式，學生對采用VR技術(shù)的教學更感興趣，積極性也更高。也有學生反映VR教學的效果與傳統(tǒng)教學模式差別不大[8，22]，究其原因，可能是沉浸式的VR技術(shù)教學雖然是新鮮事物，對學生的吸引力較強，但由此引發(fā)課堂紀律欠佳，最終導致學生無法真正靜下心來掌握課程教學知識點[4]。本項研究結(jié)果啟發(fā)教師應該精準把握采用VR技術(shù)教學的切入點和教學時間，并對課堂紀律進行有效控制以保證教學質(zhì)量，這樣才能收到事半功倍的效果。

2.3 "研究結(jié)論

VR技術(shù)在國內(nèi)尚屬新興事物，基于以上19項實驗的研究結(jié)果表明，初步判斷將VR技術(shù)應用于中、高職實訓教學活動中會有助于提升學生的理論知識水平和實操能力；相比于傳統(tǒng)教學模式，VR技術(shù)教學可以大幅度提升學生學習的滿意度和專注度，由此可以催生學生學習的興趣和主動性，但同時要嚴格管理班級上課紀律。然而，在學生理論知識鞏固和運用方面還沒有涉及研究，如何更好地開發(fā)利用VR技術(shù)以增強教學效果還有待進一步探索。

從本項研究結(jié)果來看，涉及桌面式VR系統(tǒng)教學的如會計、導游、禮儀、食品加工等專業(yè)，應用VR教學的效果顯著好于傳統(tǒng)教學模式，在機械加工、汽車維修、機器人拆裝等專業(yè)利用沉浸式VR設備教學效果也好于傳統(tǒng)模式教學效果；但是對于專業(yè)性比較強、學制較長的專業(yè)（如醫(yī)學），就要謹慎開展單一利用VR技術(shù)教學的模式，因為在此類專業(yè)中，行家導師的帶教和示范對學生理論和實操水平的提升同樣具有很大的影響。

綜上，在學校引入VR技術(shù)進行教學時，應充分結(jié)合學校自身特點，有重點地挑選合適的專業(yè)進行建設，爭取投入最少的經(jīng)費產(chǎn)生最好的教學

效果。

3 "結(jié)束語

目前國內(nèi)學者系統(tǒng)性地開展VR技術(shù)對中、高職教學效果的影響研究仍不深入，根據(jù)設定的前置條件搜索數(shù)據(jù)庫得到的19篇文獻報道結(jié)果對于得出更普適性的結(jié)論可能仍顯單薄。

VR技術(shù)的應用是否能夠顯著增強教學效果，必須堅持實事求是的精神。筆者認為應該從以下幾個方面進行利用VR技術(shù)教學的人才隊伍和技術(shù)應用的建設。

3.1 "搭建基于虛擬與現(xiàn)實雙生態(tài)的實訓室

以傳授學生技能和培養(yǎng)學生職業(yè)素質(zhì)為主旨，以真正促進培養(yǎng)學生就業(yè)職業(yè)能力為導向，以模擬真實性與實訓室建設為原則，基于虛擬與現(xiàn)實技術(shù)的沉浸式教學模式包括：改革以教促學的傳統(tǒng)實訓教學模式，積極推進基于虛實結(jié)合的職教實訓教學模式，通過沉浸式VR技術(shù)創(chuàng)設基于工作環(huán)境的、模仿真實工作者活動的虛擬學習情境，提高學生學習的有效性，真正做到“學中做、做中學”的教學要求；同時努力探索利用該技術(shù)進行職教實訓教學的有效形式，如虛擬生產(chǎn)實訓、項目虛擬教學、任務虛擬教學等各種形式的虛擬實訓教學形式，努力培養(yǎng)學生在虛擬實訓中養(yǎng)成職業(yè)意識和職業(yè)素養(yǎng)，形成較強的職業(yè)能力。職教實訓課程體系采用沉浸式VR技術(shù)進行改革，學生在虛擬實訓過程中教、做、學三者相結(jié)合，有力提高自主學習能力，從而增強實訓的有效性。

3.2 "組建高素質(zhì)、專業(yè)化的教師隊伍

“三教改革”中最重要的環(huán)節(jié)是教師。VR技術(shù)融入的實訓課程及理實一體化課程體系建設應該秉承學以致用的職教理念，避免陷入“技術(shù)陷阱”，一味地追求新技術(shù)新設備，而忽略了職業(yè)教育最終的面向服務對象。這要求教師不僅具備較強的判斷能力，還需要有敏銳的觀察力和前瞻的預測能力，能夠合理地自主開發(fā)虛擬實訓平臺。也就是說，教師不僅要熟練掌握虛擬平臺的操作方法，還要能夠自主開發(fā)、更新和完善虛擬平臺，搭建虛擬實訓和現(xiàn)實之間的橋梁。

3.3 "探索實訓教學新模式

目前利用VR技術(shù)開展職教實訓教學已有較多報道，主要側(cè)重點在于闡述VR這種新技術(shù)的引入對于實訓教學的促進作用。但技術(shù)終究是手段，采用VR技術(shù)開展教學究竟效果如何，還需要實踐檢驗。VR技術(shù)實訓與實操實訓各有優(yōu)勢，在傳統(tǒng)工科專業(yè)群教學中需要綜合考量兩種教學生態(tài)優(yōu)勢，進行優(yōu)勢互補，可以相互補充但不可相互取代。因此，實訓教學應作相應的教學模式探索，以教學業(yè)績和教學成果為導向，探索“現(xiàn)實—虛擬—現(xiàn)實”的模式。

隨著該項技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，VR技術(shù)會在更多的場景下被職教實訓教學采納，VR技術(shù)將帶來職教課堂教學革命性變化，使教學環(huán)節(jié)更加生動有趣、更安全、更高效，真正成為未來中國職業(yè)化教育領域的關(guān)鍵性教學技術(shù)。

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