虛擬仿真技術(shù)在中職數(shù)媒專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用研究

2022年11月，工業(yè)和信息化部、教育部等五部門聯(lián)合發(fā)布《虛擬現(xiàn)實(shí)與行業(yè)應(yīng)用融合發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2022—2026年）》，提出加速虛擬現(xiàn)實(shí) 教育培訓(xùn)場(chǎng)景應(yīng)用落地。在中職數(shù)字媒體技術(shù)應(yīng)用專業(yè)（以下簡(jiǎn)稱數(shù)媒專業(yè)）教學(xué)中，學(xué)校可通過(guò)行業(yè)企業(yè)調(diào)研，編制專業(yè)人才培養(yǎng)方案和相關(guān)課程標(biāo)準(zhǔn)，升級(jí)專業(yè)實(shí)訓(xùn)場(chǎng)室，基于虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行實(shí)訓(xùn)教學(xué)實(shí)踐，將課程思政和 1+X 相關(guān)考證內(nèi)容融入教學(xué)中，進(jìn)一步完善教學(xué)評(píng)價(jià)體系，提升教學(xué)效果。

一、虛擬仿真技術(shù)

（一）概述

虛擬仿真技術(shù)是起源于20世紀(jì)的一項(xiàng)新興技術(shù)。虛擬仿真融合了計(jì)算機(jī)、電子信息、仿真技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域的內(nèi)容，通過(guò)計(jì)算機(jī)及多種外部設(shè)備結(jié)合模擬的環(huán)境，以用戶的感知評(píng)價(jià)為中心，當(dāng)用戶處于虛擬仿真環(huán)境之中時(shí)，用戶自然地與環(huán)境中的虛擬物體交互，產(chǎn)生身臨其境的感覺(jué)。隨著科技日新月異的發(fā)展，計(jì)算機(jī)性能快速提升，為虛擬仿真技術(shù)的普及提供了技術(shù)支持，虛擬仿真技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走人了千家萬(wàn)戶。虛擬仿真設(shè)備的價(jià)格也一降再降，并且用戶可以自制VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）眼鏡盒子，將手機(jī)放入VR眼鏡盒子中，在手機(jī)中安裝相應(yīng)的虛擬仿真 App 即可實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)的虛擬仿真效果。

（二）國(guó)內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀

國(guó)外的科學(xué)家在1981年開始著手空間信息顯示的研究，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域逐漸增加，技術(shù)為傳統(tǒng)行業(yè)賦能，產(chǎn)生了不同的應(yīng)用場(chǎng)景，如 教育、 VR+ 金融、VR+ 醫(yī)療等。

目前，我國(guó)虛擬仿真行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模保持高速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。隨著國(guó)內(nèi)虛擬仿真設(shè)備出貨量的迅速增長(zhǎng)，人們的接受度也越來(lái)越高，未來(lái)行業(yè)有望持續(xù)擴(kuò)大，但虛擬仿真生態(tài)還在建設(shè)當(dāng)中。當(dāng)前，虛擬仿真相關(guān)領(lǐng)域高端研發(fā)人才缺乏，需要構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試認(rèn)證體系，健全配套的政策法規(guī)；虛擬仿真應(yīng)用的覆蓋度和力度有待加強(qiáng)，消費(fèi)者對(duì)于虛擬仿真相關(guān)產(chǎn)品處于觀望階段；虛擬仿真硬件市場(chǎng)現(xiàn)階段規(guī)模較小，配套虛擬仿真內(nèi)容變現(xiàn)能力較弱，影響了相關(guān)從業(yè)人員的積極性，終端和內(nèi)容互相促進(jìn)的正向循環(huán)產(chǎn)業(yè)生態(tài)尚未形成。

雖然國(guó)內(nèi)虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展起步晚于國(guó)外，但虛擬仿真的一些硬件和技術(shù)已有不錯(cuò)的成績(jī)。VR快速發(fā)展，廣泛應(yīng)用于教育、培訓(xùn)、娛樂(lè)等行業(yè)，并在宣傳、運(yùn)營(yíng)、服務(wù)等多個(gè)環(huán)節(jié)得到充分應(yīng)用。以5G網(wǎng)絡(luò)為代表的通信技術(shù)的高速發(fā)展，為各行各業(yè)大規(guī)模應(yīng)用VR技術(shù)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

在教育行業(yè)，應(yīng)用開發(fā)者可以根據(jù)學(xué)生特點(diǎn)和知識(shí)內(nèi)容的不同，開發(fā)相關(guān)的混合現(xiàn)實(shí)教學(xué)應(yīng)用。學(xué)生通過(guò)混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)身臨其境地進(jìn)行學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣。對(duì)于復(fù)雜枯燥的理論知識(shí)，學(xué)生使用混合現(xiàn)實(shí)教學(xué)應(yīng)用進(jìn)行全方位、多角度的觀察學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)效果。

相對(duì)于普通教育，職業(yè)教育除了傳授學(xué)生理論知識(shí)外，更注重技能的教學(xué)。數(shù)媒專業(yè)的學(xué)生經(jīng)常會(huì)面對(duì)一些復(fù)雜的操作技能，比如三維建模、攝影攝像，出于對(duì)環(huán)境要求、操作安全性等多方面的考慮，教師很難給學(xué)生充足的實(shí)踐時(shí)間，這對(duì)技能的習(xí)得提出了更高的要求。VR技術(shù)可以將教學(xué)內(nèi)容數(shù)字化、虛擬化，并使教學(xué)場(chǎng)景和虛擬環(huán)境無(wú)縫融合，通過(guò)虛實(shí)結(jié)合的方式輔助學(xué)生深度掌握操作技能。

二、數(shù)媒專業(yè)教學(xué)現(xiàn)狀

數(shù)媒專業(yè)經(jīng)過(guò)了多年的發(fā)展，形成了一套穩(wěn)定的教學(xué)模式，培育了不少技能人才。隨著市場(chǎng)環(huán)境的變化，學(xué)校需要不斷進(jìn)行調(diào)整以適應(yīng)新時(shí)代的教學(xué)需要。目前，中職數(shù)媒專業(yè)教學(xué)存在以下問(wèn)題。

（一）教學(xué)內(nèi)容陳舊，無(wú)法與時(shí)俱進(jìn)

中職學(xué)校的教材正逐步規(guī)范，但部分教材的成書時(shí)間較早，或者存在不適用于本校教學(xué)實(shí)際的情況。教師受制于專業(yè)局限，不能將新技術(shù)、新工藝等融入教學(xué)中，與前沿的技術(shù)相差甚遠(yuǎn)。

（二）實(shí)訓(xùn)內(nèi)容失實(shí)，缺乏可行性

學(xué)校和企業(yè)聯(lián)系不夠深人，學(xué)生在學(xué)校中學(xué)習(xí)的項(xiàng)目是教師基于自己的專業(yè)思維選取的，可能缺乏代表性、可行性。由于沒(méi)有進(jìn)行深入的企業(yè)調(diào)研，實(shí)訓(xùn)內(nèi)容不能很好地與真實(shí)生產(chǎn)活動(dòng)相對(duì)接，降低學(xué)生就業(yè)的適應(yīng)性。

（三）設(shè)備數(shù)質(zhì)不足，實(shí)操效果不理想

教學(xué)中的實(shí)操部分依賴于實(shí)訓(xùn)設(shè)備，有些學(xué)校的實(shí)訓(xùn)設(shè)備數(shù)量和質(zhì)量都低于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。學(xué)生在進(jìn)行實(shí)操練習(xí)時(shí)，人均學(xué)習(xí)操作時(shí)長(zhǎng)較少，導(dǎo)致學(xué)生相關(guān)操作技能掌握不牢，小組內(nèi)人數(shù)較多，存在搭便車的現(xiàn)象，學(xué)習(xí)效果不

理想。

三、數(shù)媒專業(yè)虛擬仿真教學(xué)探索

（一）研制專業(yè)人才培養(yǎng)方案與相關(guān)課程標(biāo)準(zhǔn)

專業(yè)人才培養(yǎng)方案作為實(shí)施專業(yè)人才培養(yǎng)和開展質(zhì)量評(píng)價(jià)的基本依據(jù)，學(xué)校在研制時(shí)應(yīng)結(jié)合數(shù)媒專業(yè)面向的崗位要求及成果，進(jìn)行有針對(duì)性的編制，將虛擬仿真技術(shù)融人數(shù)媒專業(yè)教學(xué)中。在融人虛擬仿真技術(shù)的同時(shí)，教師還應(yīng)考慮書證融通的問(wèn)題，首先了解本專業(yè)相關(guān)的 1+X 證書種類，接著有計(jì)劃地選擇一種或多種 1+X 證書進(jìn)行試點(diǎn)，在專業(yè)課程教學(xué)中深度融人職業(yè)技能等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容及要求，對(duì)原有專業(yè)人才培養(yǎng)方案進(jìn)行優(yōu)化。

課程標(biāo)準(zhǔn)是闡述某一學(xué)科的性質(zhì)、目標(biāo)、內(nèi)容、實(shí)施建議等的教學(xué)指導(dǎo)性文件。作為專業(yè)人才培養(yǎng)方案中某一課程的具體實(shí)施文件，課程標(biāo)準(zhǔn)在課程的基本理念、目標(biāo)、實(shí)施建議等部分進(jìn)行深入闡述。在制定虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，編制者首先要明確本課程是數(shù)媒專業(yè)的核心課程。該課程是對(duì)數(shù)字媒體技術(shù)基礎(chǔ)課程的細(xì)化與延伸，是學(xué)生提升虛擬仿真資源制作能力的有效保障，對(duì)學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)和掌握核心技能有很大幫助。因此，本課程堅(jiān)持以應(yīng)用三維建模軟件和虛擬仿真引擎進(jìn)行作品設(shè)計(jì)與創(chuàng)作為主線、以能力培養(yǎng)為核心，通過(guò)強(qiáng)化學(xué)生的操作技能，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散思維、技術(shù)應(yīng)用能力和崗位職業(yè)素養(yǎng)，為學(xué)生將來(lái)從事虛擬現(xiàn)實(shí)工程技術(shù)等工作提供知識(shí)與技能儲(chǔ)備。接著，教師對(duì)本門課程的學(xué)習(xí)成果進(jìn)行梳理：本門課程主要針對(duì)虛擬仿真工程技術(shù)員等崗位開設(shè)，基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教與學(xué)，讓學(xué)生掌握虛擬仿真的基礎(chǔ)技術(shù)，使學(xué)生能夠熟練地進(jìn)行場(chǎng)景搭建、動(dòng)畫制作、場(chǎng)景漫游、交互實(shí)現(xiàn)，通過(guò)藝術(shù)與技術(shù)的結(jié)合，能熟練制作交互式虛擬漫游系統(tǒng)。對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)成果進(jìn)行梳理后，實(shí)現(xiàn)課程成果的途徑十分重要，本課程在教學(xué)過(guò)程中以培養(yǎng)學(xué)生的崗位核心能力為中心，融人了 1+X “虛擬現(xiàn)實(shí)工程技術(shù)應(yīng)用”職業(yè)技能等級(jí)證書要求，構(gòu)建“校企任務(wù)驅(qū)動(dòng)、教學(xué)做一體”的工學(xué)結(jié)合人才培養(yǎng)模式（圖1）。

（二）教學(xué)場(chǎng)地?zé)ㄐ骂?/p>

傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)類專業(yè)將課程安排在機(jī)房中進(jìn)行，如今為了引入虛擬仿真技術(shù)，學(xué)校需對(duì)傳統(tǒng)機(jī)房進(jìn)行升級(jí)，改造為數(shù)智創(chuàng)新中心。

合理規(guī)劃空間。學(xué)校在機(jī)房中劃分出不同的功能區(qū)域，如教學(xué)區(qū)、實(shí)訓(xùn)區(qū)、VR體驗(yàn)區(qū)；在教學(xué)區(qū)配備LED大屏和移動(dòng)一體機(jī)用于教學(xué)展示；在實(shí)訓(xùn)區(qū)規(guī)劃54個(gè)工位，每6個(gè)工位為一組，方便師生互動(dòng)交流；VR體驗(yàn)區(qū)為互動(dòng)空間，師生在VR體驗(yàn)區(qū)中測(cè)試、使用虛擬仿真應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上，墻面刷綠可進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)直播或錄制。

更新原有設(shè)備。學(xué)校將原有計(jì)算機(jī)更新為高性能CPU并配備英偉達(dá)或AMD高性能獨(dú)立顯卡，為每個(gè)小組配備至少一套虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔或眼鏡，并提供防火充電柜，用于場(chǎng)室內(nèi)虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備充電。

提升網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。為確保數(shù)據(jù)傳輸速度和穩(wěn)定性，提升網(wǎng)絡(luò)帶寬，以支持虛擬仿真應(yīng)用，學(xué)校使用光纖直連網(wǎng)絡(luò)核心設(shè)備，機(jī)房?jī)?nèi)按照千兆標(biāo)準(zhǔn)鋪設(shè)網(wǎng)線，并提供無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接人。

（三）教學(xué)內(nèi)容雙融合

虛擬仿真課程在原有內(nèi)容的基礎(chǔ)上，在明確本課程的成果是開發(fā)一個(gè)交互式虛擬漫游系統(tǒng)后，將課程思政和

1+X “虛擬仿真工程技術(shù)應(yīng)用”職業(yè)技能等級(jí)考證內(nèi)容與教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行有機(jī)融合。課程內(nèi)容分為七個(gè)部分，一是虛擬仿真技術(shù)概述；二是虛擬仿真關(guān)鍵技術(shù)及硬件設(shè)備；三是三維全景技術(shù)；四是虛擬仿真開發(fā)基礎(chǔ)；五是交互式紅色紀(jì)念虛擬漫游系統(tǒng)開發(fā)；六是交互式紅船虛擬漫游系統(tǒng)開發(fā)；七是交互式黨史博物館虛擬漫游系統(tǒng)開發(fā)。七個(gè)部分涵蓋虛擬仿真所需重點(diǎn)技能，教學(xué)以任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方式使課程內(nèi)容自然銜接，學(xué)生在完成任務(wù)的同時(shí)，深入掌握了行業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)流程，將課堂的知識(shí)學(xué)習(xí)逐步運(yùn)用到完成企業(yè)綜合任務(wù)中去，夯實(shí)教學(xué)效果。學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)課程，完成黨史博物館虛擬漫游系統(tǒng)開發(fā)綜合項(xiàng)目，在學(xué)習(xí)中了解黨史，激發(fā)愛(ài)黨愛(ài)國(guó)的情感，并立志成為一名大國(guó)工匠，報(bào)效祖國(guó)。在學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中，教師融人 1+X “虛擬現(xiàn)實(shí)工程技術(shù)應(yīng)用”職業(yè)技能等級(jí)考證內(nèi)容，落實(shí)書證融通，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐精神和動(dòng)手能力。

（四）教學(xué)過(guò)程全參與

通過(guò)教學(xué)任務(wù)與工作任務(wù)對(duì)接，教學(xué)過(guò)程與工作過(guò)程對(duì)接，我們圍繞六個(gè)典型工作環(huán)節(jié)構(gòu)建教學(xué)模塊，根據(jù)“確定需求、分析方案、制作資產(chǎn)、布置場(chǎng)景、設(shè)計(jì)交互、評(píng)價(jià)結(jié)果”循環(huán)遞進(jìn)開展教學(xué)。每個(gè)任務(wù)都包含課程思政，每個(gè)工作環(huán)節(jié)都融入了職業(yè)素養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)思政育人。根據(jù)學(xué)生特點(diǎn)及教學(xué)流程優(yōu)化需求，我們采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法，以學(xué)生為中心，構(gòu)建“三全育人”體系，將工作任務(wù)貫穿課堂始終，目標(biāo)明確，精準(zhǔn)施策，強(qiáng)調(diào)知行合一，通過(guò)多手段融合解決重點(diǎn)，虛實(shí)結(jié)合突破難點(diǎn)（圖2）。

傳統(tǒng)的教學(xué)評(píng)價(jià)往往由教師主導(dǎo)，教師根據(jù)學(xué)生考試成績(jī)和平時(shí)表現(xiàn)進(jìn)行打分，但是評(píng)價(jià)點(diǎn)過(guò)少，影響教學(xué)評(píng)價(jià)的客觀性。改革后的評(píng)價(jià)體系采用多元評(píng)價(jià)的方式對(duì)學(xué)生進(jìn)行客觀全面的評(píng)價(jià)。學(xué)生完成任務(wù)后，先進(jìn)行自評(píng)，學(xué)生根據(jù)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)自己的完成情況進(jìn)行打分。緊接著，小組內(nèi)的學(xué)生進(jìn)行互評(píng)，對(duì)照自己的結(jié)果和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，評(píng)價(jià)的同時(shí)，學(xué)習(xí)其他同學(xué)的優(yōu)點(diǎn)。教師在學(xué)生互評(píng)結(jié)束后，對(duì)學(xué)生結(jié)果進(jìn)一步評(píng)價(jià)，總結(jié)操作過(guò)程中的得與失。企業(yè)導(dǎo)師從行業(yè)企業(yè)角度對(duì)學(xué)生的結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)和點(diǎn)撥，使學(xué)生提前明白實(shí)際生產(chǎn)中所要注意的指標(biāo)。教學(xué)平臺(tái)深度記錄學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)各個(gè)階段的表現(xiàn)，按照科學(xué)設(shè)定的比例進(jìn)行計(jì)分，并明確下一段位的積分要求，激勵(lì)學(xué)生繼續(xù)完成任務(wù)。教師根據(jù)學(xué)生的積分，定期授予綜合評(píng)價(jià)高的學(xué)生一定的獎(jiǎng)勵(lì)，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。教師、企業(yè)、學(xué)生多方協(xié)作評(píng)價(jià)，運(yùn)用數(shù)字化教學(xué)資源，達(dá)成知識(shí)、能力、素質(zhì)的全方位目標(biāo)。

（五）教學(xué)成果提素質(zhì)

虛擬仿真技術(shù)在中職數(shù)媒專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用研究主要分為三個(gè)層面：建設(shè)專業(yè)、優(yōu)化課程和融合技術(shù)（圖3）。

建設(shè)專業(yè)：修訂專業(yè)人才培養(yǎng)方案，提升師資教學(xué)水平，規(guī)劃與建設(shè)基于虛擬仿真技術(shù)的數(shù)智創(chuàng)新中心。

優(yōu)化課程：修訂虛擬仿真技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)，將該技術(shù)引人課程，豐富課程評(píng)價(jià)體系。

融合技術(shù)：師生融合三維建模技術(shù)、場(chǎng)景搭建技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)等多種技術(shù)開發(fā)一套虛擬仿真系統(tǒng)。

基于以上三個(gè)層面進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐，師生歸納提煉，形成教學(xué)實(shí)施研究報(bào)告，最終提升數(shù)媒專業(yè)教學(xué)效果（圖4）。

四、結(jié)語(yǔ)

虛擬仿真技術(shù)在中職數(shù)媒專業(yè)教學(xué)的應(yīng)用，可以不斷優(yōu)化專業(yè)人才培養(yǎng)方案和課程標(biāo)準(zhǔn)，將教學(xué)內(nèi)容與課程思政及 1+X 相關(guān)考證內(nèi)容深度融合，豐富教學(xué)資源庫(kù)，改進(jìn)教學(xué)評(píng)價(jià)體系，充分提升教學(xué)效果，進(jìn)一步落實(shí)立德樹人的根本任務(wù)。

[本文是中山市教育科研立項(xiàng)課題“虛擬仿真技術(shù)在中職數(shù)媒專業(yè)教學(xué)應(yīng)用的研究”的研究成果，項(xiàng)目編號(hào)：C2023167。]

責(zé)任編輯 陳春陽(yáng)