虚拟现实技术在高校实践教学中的应用研究

李小林　徐剑坤　潘程奇

摘要：本文在对虚拟现实技术和实践教学分析的基础上，结合将虚拟现实技术应用于实践教学的实施过程分析，构建了虚拟现实技术在高校实践教学中三层应用模式，最后结合安全应用分析了虚拟现实技术在学生实践教学中的应用过程和实施效果，拓展了学生参与企业实践的途径，提高了实践教学的效率和效果。

关键词：虚拟现实；实践教学；模式

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）06-0140-02

一、前言

虚拟现实技术（Virtual Reality Technology，VR），是利用电脑模拟产生一个三度空间的虚拟世界，提供用户关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让用户如同身临其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。用户进行位置移动时，电脑可以立即进行复杂的运算，将精确的三维世界视频传回产生临场感。目前，虚拟现实技术已广泛地应用于教育、军事、工业制造、医疗等眾多领域，为行业发展提供切实可行的解决方案。特别是在教育领域，虚拟现实技术不仅可以灵活生动地展现教学内容，还可以通过场景模拟，为学生定制类真实的实践环境，这为高校实践教学的开展提供了新的途径。

实践教学一直是高校提高学生专业知识应用能力、培养学生分析创新能力的重要教学过程。我国教育部对专业学位学生的培养目标定位为培养掌握某一专业（或职业）领域坚实的基础理论和宽广的专业知识，具有较强的解决实际问题的能力，能够承担专业技术或管理工作，具有良好的职业素养的高层次应用型专门人才。而现阶段，我国大学生在实践的过程中经常会遇到企业由于缺乏规范而又完善的实习措施，学生实习期间的无人管理和安全问题；高校对学生实践管理不灵活，评价体系不规范等一系列问题，使得学生在实践过程中的表现效果并不理想。如何提高学生实践能力，培养出适应社会需要的高素质人才是各高校对学生实践教学改革的重中之重。

本文结合虚拟现实技术的实施过程，给出其应用于实践教学的模式体系，以提高学生的专业技能和实践能力的培养，提升实践教学质量。

二、虚拟现实技术应用于实践教学的实施过程分析

虚拟现实技术基于计算机仿真、人机交互、传感器等技术，生成类真实的环境，为用户提供一个沉浸式的、可交互的模拟系统，以特有的浸沉感、交互性和构想性提高用户的代入感和参与度。实践教学的核心之一就是学生对生产实践的参与。通过直接参与生产，可以让学生从各个感观通道收集信息，并结合所学专业知识激发逻辑性和创新性的思考，实现理论知识到实践应用的转化。

将虚拟现实技术应用于实践教学首先需要硬件体系与软件环境的支持。目前各类虚拟现实硬件设备已经得到快速的发展，包括建模设备；视觉显示设备，如投影、头盔等；听觉、触觉、味觉等感知设备；交互设备，如动作捕捉、眼动仪、力反馈等。这些硬件设备的完善发展为创建合适的实践教学环境提供了基本的技术保障。

在软件方面，基于B/S和C/S的软件体系可以很容易满足和实现企业与高校之间的信息数据传输要求及相应功能。通过物联网技术将企业生产、管理数据收集并实时传输到高校可以极大地增强了虚拟现实应用的即时性。这些即时数据与模型化后的生产场景一起形成时变的虚拟现实场景，为学生提供了实时高效的真实交互，使得学生通过虚拟现实平台参与企业实践成为可能。

三、虚拟现实技术应用于实践教学模式

虚拟现实应用于实践教学的实现依托于一定的软硬件体系，根据抽象层次，可以分为企业层、平台层和实践层。通过三个层次的转换，实现企业场景和生产管理数据在学校虚拟环境的重现，使得学生能够在方便快捷地在虚拟场景中进行优化设计，完成实践教学任务。其总体模式结构如图1所示。

在企业层，各企业提供实际生产管理需求场景，教师完成必要的场景、数据界定和仿真环境建立。通过网络环境，将数据传输至虚拟现实平台层，在平台层首先实现企业应用的抽象，将不同场景的数据规范整理，结合虚拟现实平台中的模型进行应用展示。在实践层中，学生可根据自己需要实践的内容选择在虚拟场景中进行相应模块的实践操作，如进行布局设计仿真实践时，学生可以对虚拟场景中的物体进行重新布局并进行优化评估，实现结合企业实际情况的沉浸式实践操作，以到达身临其境的效果。

四、应用案例分析

以某电源开关制造企业为例，该企业车间的主要生产模式为流水线作业。由于其规模较大，厂房空间布局不合理，设备摆放不规范等因素造成流水线生产不平衡、厂内物流不通畅、在制品堆积严重等问题。现企业需要重新设计布局和优化物流工作，并且在其实践学习中不能影响生产线的运作。在完成企业层的分析接洽后，需要对问题在平台层进行抽象建模。利用3DMAX软件及Unity3D软件对工厂中流水线的实体进行建模，建立虚拟现实场景，要求其与真实的场景实体保证高度的相似性；通过企业ERP系统获取企业即时的生产数据，实现生产流程的真实展现。在实践层，学生结合虚拟仿真平台建立的虚拟场景对企业即时数据进行仿真分析，优化现场流水线布局方案，并将结果方案与企业沟通实施，实现学生通过虚拟仿真平台参与企业生产实践的教学效果。其中主要部分的虚拟现实平台层的展示如图2所示。

将VR技术与实践教学相结合的教学模式，可以避免学生在企业中出现无人管理和安全问题，丰富了实践教学模式；虚拟技术营造沉浸式环境，增强学习的互动体验性，激发学生的热情，提升他们对于学习的渴望，发掘他们的潜力；虚拟现实的交互方式提供了传统方式无法比拟的信息维度，让学生获取更丰富的资讯，更全面地了解学习对象，思考现状并发现问题，进而提升认知世界的能力；虚拟现实有极强的互动性，但是又安全可靠，降低了学生探索学习的门槛，降低了他们害怕失败的心理成本，为学生探索发现世界，促使他们勇于思考、勇于尝试提供了最有力的支持，用安全有趣的方式，提高学生的探索能力。

五、结语

本文通过对虚拟现实应用于实践教学过程的分析，建立了通过虚拟现实技术平台让学生参与企业生产实际的实践教学模式。通过案例应用表明其教学模式的可行性和实现效果。虚拟现实作为一种新的实践教学模式，提供了更为安全和快捷高效的实践体验和学习效果，可以让更多的学生参与实践并取得较好的实习质量。通过进一步建立有效的监测和评价体系，可以更有效地保障实践教学效果的实现。

参考文献：

[1]温树杰，周俊卿.基于虚拟现实技术的实践教学探讨[J].江西理工大学学报，2010，（06）：66-68.

[2]项炳池.专业学位研究生实践能力培养：雇主参与的视角[J].研究生教育研究，2015，（05）：79-83.

[3]王蕊，陆璐.工科专业大学生实习现状及改进对策研究[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2014，（02）：71-72.