基于虚拟教学平台的开发和探究

陈宇翔 陈良 赵佑初

摘 要：从虚拟教学实际出发，进行了课前问卷，软件开发和实训反馈的模式，对虚拟现实技术在高职教育方面进行了全方面的探讨。同时通过对虚拟教学平台简单的二次开发，让读者更好地了解虚拟现实的技术的开发流程，让其更好地了解虚拟软件以后并进行针对性的教学。并通过实训对比数据，来对虚拟现实技术进行一个完善的解读。

关键词：虚拟现实技术 虚拟教学平台开发 虚拟实训 严肃的游戏

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）12（a）-000-03

随着信息的进步，虚拟教学使教学视野大为拓宽；教学空间从某一特定的物理空间延伸到虚拟的赛伯空间：教学资源的界限从少量有限伸展到大量无限。其中虚拟现实技术可以营造出一个学生“自主学习”的大环境，将传统的“以教促学”的学习方式转变为学习者通过自身与信息环境的相互作用来获得知识、技能的新型学习方式[1]。Koedinger K. R在匹兹堡三所高中代数课的实验中采用了名叫PAT的虚拟辅导系统，得到实验班的470名学生的标准化测验平均成绩比对照班的高出15%的结论[2]。而曹彦杰教授从VR技术在美国教师教育中的应用研究中发现：利用虚拟现场经验替代传统现场经验，在促进实习教师从教育理论到教育实践转换的过程中具有独特的优势[3]。由于高职院校办学经费有限、实训设备昂贵等原因，导致实训资源短缺和实训学时不够的问题难以解决，从而导致实训教学开展不到位，严重影响了高职院校人才培养的质量及其进一步提高[4]。虚拟现实技术给学生提供了一种增强“存在感”的体验，这导致学生对学习的参与度和兴趣直线上升。虽然虚拟现实技术在教育学方面的应用所产生的效果并不是很理想，所应用的规模并不是很大，其中的技术和理论都需要更多的研究[5]。但未来的发展前景却是让人充满憧憬的。

传统的教学环境往往不能满足那些喜欢体验活动和使用新技术的学生的学习需要。该文讲解一个包含教学基础知识的游戏平台的新模式。当学生使用这个平台时，他们会发现学习是一件有趣的事情，这就是所谓的严肃的游戏。

1 VR虚拟现实应用的问卷调查

通过问卷星选择万向职业技术学院机电一体化专业2016级和2017级212名学生为研究对象，采用问卷调查方式来观察学生对虚拟现实教学和传统教学方法的看法，其调查结果如图1所示。

通过图1中的数据对比，可以发现绝大多数学生都是想参加虚拟教学的，并对虚拟教学是否会增加教学效果持肯定的的意见。但其中存在疑问的是虚拟教学真的比传统教学好吗？这个问题相信不仅仅存在于学生中，包括大多数老师都存在这个疑问！所以该文会通过VR虚拟教学软件的开发和设计过程来让大家初步了解一下虚拟教学平台。

2 虚拟教学软件的开发

2.1 虚拟教学数据模型的建立

要完成一个测量虚拟仿真软件的设计，首先要对实物进行学习，以确保开发出来的软件内容的正确性和完整性；其次要对真实的实物进行尺寸测量以及拍摄真实的照片，以便下一个节点的进行。同时，为了确保仿真对象的真实性，如图2所示。

2.2 虚拟模型的设计和导入

要完成一个软件，开发前的脚本和软件规划是很重要的，它直接关系到软件的开发方向，保证软件的正确性。脚本如同一部电影的剧本，直接关系到软件的好坏，并且能让开发人员开发的效率显著提升，如图3所示。

由于该文运用到了unity3D二次开发平台，运用Excel的编辑功能简化了操作，同时减少了大量的工作量。通过自己对对脚本的设计自己来开发教学软件。

2.3 虚拟“Game”教学游戏的设计

“Game”教学设计分为两部分，第一部分是普通视频的虚拟仿真教学，通过视频教学步骤来学习基础步骤，并通过一些课后虚拟仿真练习来加深学生学习效果，如图7所示。第二部分通过一些带有游戏性质的仿真比赛来提高学生的参与度，刺激学生在学习方面的活跃度，如图4所示。

3 虚拟教学的实际应用

在实际应用中，从机电专业抽出73名同学分成了2个组进行实验组的对比，第一组采用传统的教学模式，采用20%的理论上课+80%的场地实训模式进行实训教学形式。第二组采用虚拟仿真教学+传统教学相结合的模式，采用50%的虚拟实训+50%的传统实训的教学形式。

由于传统实训设备有限，在第一组大约60%的学生在等不到设备的时候无所事事，开始玩手机和聊天。第二组由于有虚拟设备参与，可以分组进行实训（一组进行实训时，其他人在机房进行虚拟实训），无论效率和学习的积极性都有大幅提高，基本没有出现学生无所事事的情况。最后在实训科目的考核上，第二组明显成绩比第一组的同学高出20%左右。

最后學生反馈，传统实训在理论环节上安排的时间太少，学生往往还没有完全掌握就开始实训，实验设备太少，大部分时间都在等待别人的设备使用完毕，大部分的时间都浪费了。而虚拟实训和传统实训相结合充分把学生的空闲时间利用起来，让学生对知识点有更多的学习时间，但是缺点是虚拟仿真环境和实际操作还是有一定差异，无法立刻进行转换，缺少实际操作的情况下，对一些设备还是无法得心应手。另外由于学生对新鲜物体的好奇心，把一部分时间浪费在开括虚拟系统的新功能，无法有效的进行学习，而忽略了一部分知识点的学习。但总体来说在传统实训中加入虚拟实训还是利大于弊的。

4 结语

虚拟教学技术是未来教学方向的发展趋势，它在增加学生学习效率和参与度方面有着很大的潜力。它给学生一种全新的教学体验，让学生在玩中学，大大缓解了学校实训设备不够和经费问题，给枯燥的传统教学注入了一股新鲜活力。同时通过实验数据对比可以看出引入虚拟实训设备后，学生的学习成绩也得到了大幅提高。

参考文献

[1] Koedinger KR，Anderson J R，Hadley WH，et al.Intelligent Tutoring Goes to School in the Big City[J]. International Journal of Artificial Intelligence in Education，1997， 8（8）：30-43.

[2] 沈爱莲.虚拟现实技术在高职汽车电子类课程教学中的应用研究[J].湖南理工学院学报：自科版，2011， 24（4）：90-92.

[3] 曹彦杰.虚拟现实技术在美国教师教育中的应用研究——以中佛罗里达大学为例[J].比较教育研究， 2017（6）：93-102.

[4] 彭高宏.虚拟现实技术在高职“虚拟课堂”中的应用[J]. 液压气动与密封，2017，37（7）：9-12.

[5] Brent Gregory， Sue Gregory， Denise Wood， et al. How are Australian higher education institutions contributing to change through innovative teaching and learning in virtual worlds？[D]. Hobart University of Tasmania，2011.