虚拟现实技术在高职教学中的应用研究

史丽燕

（郑州信息科技职业学院，河南 郑州 450046）

1 虚拟现实技术概述

虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术也被称为沉浸式多媒体，是一种通过智能设备及传感器等，模拟产生一种可交互的虚拟三维世界环境的新技术，给使用者提供听觉、视觉、触觉等直观、逼真的感受，如同身临其境。虚拟现实技术融合了计算机人工智能、计算机图形图像、传感等技术，是一门高度交叉的技术。其具有3个重要特性：沉浸性、交互性、构想性。VR技术 作为完全沉浸的设备，能够让使用者全身心地投入其中，感受场景的变化。虚拟现实技术是人机交互内容、交互方式的革新。

在我国现阶段，虚拟现实技术正得到越来越多的重视。2016年9月，习近平主席在G20峰会上指出：“以互联网为核心的新一轮科技和产业革命蓄势待发，人工智能、虚拟现实等新技术日新月异，虚拟经济与实体经济的结合，将给人们的生产方式和生活方式带来革命性变化。”国家也相继出台了相关政策支持VR技术产业。例如：2015年起，虚拟现实进入国家重点支持的高新技术领域目录；2016年3月，十三五规划纲要将虚拟现实列为重点支持的新兴支撑产业；2016年9月，工信部和发改委将VR技术纳入智能硬件产业创新专项行动等等。目前，各行各业都在努力探索如何应用VR技术，帮助自身产业实现转变与提升[1]。“虚拟现实+教育”也是未来的发展趋势。已有高校逐步开展相关课题的研究。高职院校的各个专业在学科建设中，也可引入VR技术来提升教学效果，如：机械专业、汽车专业等。随着VR技术的不断发展和完善，VR技术在高职教育领域将会发挥越来越重要的作用。

2 虚拟现实技术在高职教学中的应用优势

高职院校教育更加注重课程的实践性与应用性，大多数课程是在实训场地完成。虚拟现实技术可以创建和体验虚拟世界，通过视觉、听觉、触觉让使用者产生身临其境的交互视景的仿真[2]。因此虚拟现实技术的特点完全和高职教育的特点相吻合。虚拟现实技术在高职教学中以下优势。

2.1 改善教学条件，不受时间空间的限制

在高职教学的实训课程中，经常会存在着设备落后、设备数目不够、场地不足、经费不够等因素，使教学实验无法进行或无法达到预期效果。利用虚拟现实技术，可以弥补由于这些因素造成的影响。例如利用虚拟现实技术模拟的生产创造实践环境，使用这种环境学生不再受到设备、场地等限制，学生可以像在真实环境中训练学习一样进行操作。利用虚拟现实技术，构造虚拟学习环境，同样可以使学生深入到事物或对象的内部，观察对象结构，加深对学习内容的理解。例如，在构建虚拟汽车发动机维修学习系统中，学生不仅可以认识发动机的结构和功能[3]，还可以进一步了解整个逼真的维修过程。在农林类专业教学中，很多专业实验实训课程都需要遵循季节性规律来进行，一年中可能只能在某一个季节做特定的实训。如花卉栽培、动物繁殖、育种等。教学借助于虚拟现实技术，利用创建出来的虚拟现实系统来进行实训，将不再受时间以及季节的限制，同时可以缩短实际实训中各种生物生长期时间，学生将把关注重点放在各个关键知识点及其联系上。再例如学生可以进入虚拟发电厂系统内，深入观察发电机的每个部件的工作情况以及每个部件之间的相互联系，可以观察到整个发电过程，包括内部器件的工作过程。通过虚拟现实技术，可以在很短的时间内给学生观察到需要几十年甚至上百年才能观察的变化过程。例如，生物学中的孟德尔遗传定律，用果蝇做实验往往要几个月的时间，而虚拟技术在一堂课内就可以实现。

2.2 实验危险系数降低

在药物类、电子电工类、机械类、生产类专业开展实验课程存在一定的安全隐患。如果利用虚拟现实技术建设相应的环境，可以大大降低危险的发生。如利用虚拟现实技术建造的电工操作训练系统，可以避免因操作失误而造成的触电事故、人身伤亡[4]；如虚拟外科手术系统，可以避免由于操作失误而造成医疗事故；如虚拟化学实验系统，可以避免由于化学反应产生的燃烧、爆炸带来的人身伤害等等。

2.3 形象的虚拟人物

虚拟现实系统[5]可以利用技术很容易在教学环境中构造虚拟的历史人物、名人、伟人、教师、学生等各种人物，提供人性化的生动的学习环境，学生可以与在线的虚拟教师、学生进行交流，让学生在自然、祥和的气氛中学习，提高学生的积极性和学习趣味性。

2.4 处于市场前沿的实验实训基地

随着各大高校教学方法、教学手段的不断改革，大量的职业院校相继建立了各种专业的虚拟实验室。例如利用虚拟的电子商务系统，可以为商品建立数字模型，让学生在网上访问虚拟世界中的商店，可以从各个方向审视商品，同时可以动手挑选商品，真实地体验购买商品的流程。学生在学校期间就能接触到模拟的真实的工作环境，感知逼真的工作氛围，不仅训练相应的岗位技能，同时让学生积累一定的“工作经验”，为毕业后能够很快适应工作岗位要求提前做好充分的准备。

3 虚拟现实技术应用在高职教学中面临的问题

虚拟现实技术在高职教学中拥有一些明显的优势，如能改善教学环境，增强学生学习兴趣，激发学生学习动机、提高实践教学效率等优势，但虚拟现实技术作为一种新兴的技术，目前尚不够成熟，在教育中的应用还处在初级阶段。硬件、素材以及相关人员是影响VR技术产业应用的几个重要因素。下面主要从以下几个方面来分析虚拟现实技术在高职教学中所面临的挑战。

3.1 硬件

目前用户在使用虚拟现实技术时，VR技术界面中场景的视觉不同步，或声音、运动不同步等，容易让人产生晕眩的感觉。直接影响VR技术在教学中的应用效果。再者，目前市面上的VR技术硬件设备价格仍较高，给其在教学上的普及带来一定难度。VR技术实训室的建设，大量资金投入让很多学校望而却步。

3.2 教学素材开发

VR技术教学资源的设计与开发技术门槛较高，各专业教师很难自行设计和开发对应的虚拟现实教学资源。尽管目前有些公司提供虚拟现实教学资源设计和开发业务，但是这些教学资源难以满足不同教师个性化、多样化的教学需求。VR技术有必要改进资源开发技术，方便各专业教师按照各自需求开发相关教学资源，使资源贴近教学目标，融合课程内容。

3.3 教学相关人员

教师需要转变教学方式。改变以往的设计教学内容，制定教学策略。例如虚拟现实场景的构建、知识的呈现方式、学生学习任务的编排等。教师还要做好教学评价工作，对学生在虚拟现实环境中的学习，作出有效的学习监控和评价。学生需转变学习方式，更多地主动参与进来。学生将以第一人称或角色扮演的方式，参与到虚拟学习环境中[6]。另一方面，虚拟现实环境中，知识点多以丰富多彩的形式传递，包括具有感染力的音效、高交互的操作等。这些容易干扰学生的学习注意力，也会让原本简单的师生关系变得复杂[7]。师生之间的交流被虚拟现实系统所隔离，削弱了师生之间情感的直接交流，阻碍了情感目标的实现。

4 结语

虚拟现实技术是一种新兴的科技产物，其以逼真的场景、高效的人机交互等带给用户身临其境的感受。在高职教学中应用虚拟现实技术有利于实现情境教学，增强学习体验等，让高职教育可以得到全新的发展和创新。目前，由于虚拟现实技术还处在初级发展阶段，在教育中的应用还存在一些不可避免的问题，如设备价格高昂，教学资源匮乏，学习效果不易掌握，大多数教师还不适应使用VR技术教学等。高职院校要充分研究和利用虚拟现实技术的特性，根据学院本身的教育定位、师资情况和学生需求，结合自身的优势，在教育教学、组织制度等方面进行深入探索。相信随着VR技术的稳步发展，其在高职教育领域的发展前景将变得越来越广。