基于沉浸式VR的多学科多方协同共建机制研究

董全德 吴文平 宋启祥

摘要：AI、大数据、VR等新兴技术进入高等教育领域，正在以它独有的方式改变着我们的传统学科教学模式.本文分析了现在已有的学科培育模式，并在此基础上提出以多学科交叉的视野来促进教学，并结合高校、企业、政府多方的协同共建来促进学科发展，通过沉浸式VR平台按照学生学习的差异化来进行智能化推荐，在教育资源和学生个体化效率之间达到最优化.最后，通过对计算机多学科交叉的案例分析来对这种共建机制进行评价，并分析了这种共建机制的发展趋势和意义.

关键词：沉浸式;VR;协同交叉;多学科;多方共建

中图分类号：G642  文献标识码：A  文章编号：1673-260X（2019）05-0151-04

0 问题提出

2018年可以说是人工智能爆发的一年，11月7日在CIIE的谷歌展台上，以手势就可以在屏幕上唤出惟妙惟肖的十二生肖，这给了我们一个启示，AI技术的发展将可能会带来我们生活方方面面的改变，包括我们的传统教育[1].随着AI、VR以及大数据等这些新兴技术的渗透，将在一定程度上改变着我们教与学之间的关系，我们需要的教育应该是一个良性循环的生态系统，我们应该站在更高的维度上，以多学科的视野去迎接下一轮教育变革的高潮.

现在已有的教育模式的弊端已日趋凸显：第一，学生存在个体差异，满堂灌的教学模式效率低下;其次，教师需要重复大量枯燥的劳动，没有时间去进行教学的改进;第三，教师与学生之间缺少互动，不能及时进行反馈和改进[2].高等教育者也在摸索新型教育的道路上不断前进.Flliping ClassRoom、SPOC、智慧课堂、MOOC等教学模式的提出在各大高校得到了广泛应用，也在一定程度上改善了讲授者与学习者之间教与学的生态系统，学习者参与课堂互动的时间增多，讲授者也能夠得到教学的及时反馈.但是在AI时代，作为地方应用型院校，我们需要培养的人才应该是一个综合性的学科人才，而不是局限于某一个专业，应该以一个专业为核心，以企业需求为向导，多学科进行辐射，在高校、企业、政府多方协同作用下，以AI、VR和大数据技术为平台，形成一个良性的学科生态系统，以学促教，以教引学.

1 多学科多方协同共建机制研究

宿州学院作为地方应用型本科高校，在此大背景下，应该抓住机遇去探索地方应用型本科高校发展的新道路，为高校发展注入新的活力，突破以往传统高校教育以高校为主体、学生为从体的主从教育模式，应该构建以高校、企业、地方政府、教师、学生多方协同对等的教育模式，形成多学科的工程人才培养模式[3]，强化人才的创新应用能力的培养，为宿州地区的发展凸显本科高校的人才储备能力.

多方协同共建机制的目标是共建“培养地方应用型高校人才，孵化创新创业基地，科技成果转化企业效益”这样的一个生态学院体系，形成地方应用型本科高校发展的创新创业链和产业效益链.

1.1 共建基础与意义

之前我们的多媒体教学环境下人与计算机之间的交互只能通过键盘、鼠标等设备，计算机与人之间的互动教学是一个二维平面的互动，从交互设备到虚拟环境，AI等技术的飞速发展正在构造一个三维的具有一定程度的视觉、听觉和嗅觉等五官感知能力的教学环境[4].沉浸式VR的三个特征分别是：Immersion（沉浸），Interaction（交互），Imagination（构想），如图1所示.讲授者与学习者之间通过这种VR平台进行友好地交互，充分发挥了学习者个体的主观能动性.

从线上人与机之间的交互演变为人的五官感知教学环境，沉浸式VR的优势在于构造一个友好交互的教学环境，借助相应的VR设备让学生进入高度仿真的环境，这对于计算机专业的学生在项目式学习和引导式任务学习中具有极大的帮助.在VR课堂中，教师可通过小组任务的发布提高学生参与的积极性，还可以通过发布一个项目让每个学生都参与到项目的完成中.在这个沉浸式学习过程中，无论参与度是多少，在整个项目的完成中担任了怎样的角色，都对整个项目的完成有着反馈作用和修正作用，相对于传统的MOOC线上交互学习，大大地提升了学习的效果.

基于沉浸式VR平台、大数据、AI等新兴技术的支持，可构建高校、企业、地方政府地方高校教育新模式，在校企合作项目的基础上，充分发挥双方的资源优势，共享资源.高校可充分发挥学科优势和人才资源，联合企业的平台资源，互通有无，互利互惠，在实现自身价值的前提下能够将利益最大化.融入地方企业，激发高校发展新活力.

1.2 多学科多方协同共建机制架构

多方协同共建是将各种资源进行整合，创新高校、企业和地方政府协同育人新模式，结合当前新的经济形势和企业需求，以人工智能、大数据和VR为平台，多方主体参与和产教研相互融合的协同共建机制[5]，共建机制如图2所示.

1.2.1 构建多学科新兴产业人才培育基地

按照生态学的理论，在高校这个大环境下，每个学科都有自己一定的位置和优势所在，内部优势有学科自身的优势、团队合作，外部优势有平台资源、政策支持、企业需求等.且每个多学科的生态位随影响因子呈现正向变化，可表示为：

Ni=f（xi）

其中Ni代表单个影响因子的生态位值，而xi代表生态位影响因子，在多学科交叉融合的发展中，我们要综合考虑师资、设备建设、平台资源等多种因子，综合考虑多个学科之间的融合，达到一个均衡发展.

1.2.2 构建产教研多学科实训中心

多学科交叉实训中心主要由AI创新实训中心、VR创新创业实训中心和大数据以及云计算实训中心组成，如表1所示.

1.2.3 构建enterprise education机制，孵化创新创业产业基地

大学生创新创业对于国家和民族的发展至关重要.目前我国在校大学生达到4000多万，各大高校也都在推行和鼓励在校大学生创新创业，但根据数据显示，大学生创新创业的失败率高达百分之六十.对于大学生创业失败的原因，究其根本有以下几个方面：缺乏引导、盲目跟风、自身素质等.

鉴于此，高校在鼓励学生创新创业的同时，应该联合地方政府、企业多方力量，以学生的兴趣为引导，搭建产业化创新创业平台环境，鼓励学生进行协同创作，并且建立相应的创新创业保障机制，探索出一条适合地方应用型本科高校的双创之路.

1.2.4 科技成果转化

我国高校作为人才聚集地，拥有着科技创新的资源，但是就目前的情况来说，我国高校的科技成果转化率较低，并没有发挥出高校在科技创新这方面的优势.制约因素主要有以下几个方面：研究成果与市场的需求不符，由于科技成果转化涉及多方利益，利益分配不合理也會造成科技成果转化不成功.

借鉴美国在这方面的经验，应充分发挥地方政府在这方面的宏观调控，提升企业和高校在科技成果产业化的积极性，从而带动地方经济的发展.其次，对于高校本身来说，应建立健全转化激励体系，制定合理的激励措施，例如职位晋升和奖励资金等，确保利益分配过程中的公平性和透明性.

高校若想真正地将科研成果产业化，必须加强与企业的合作，使企业在项目选题、科研研发、产品测试的过程中发挥一定的作用，对研究成果提供一定的资金支持和方向引导，避免不必要的资源浪费，并对产品进行推广，达到互利互赢.

2 研究案例与分析

在新兴产业（人工智能、大数据、VR）对教育领域的冲击下，地方高校传统的人才培养机制与现有的产业需求存在多种不适，在两者的相互磨合下，很多地方高校推出了政府、企业、高校多方协同培育多学科交叉综合性创新人才的共建机制.宿州学院信息工程学院在这种需求背景下，探索学科教育新模式，推出了计算机类学科和电子信息工程学科、机械工程学科和材料学科多学科交叉的多方协同共建机制[7]，如图3所示.近几年通过政府支持、校企合作，依托企业丰富的产业资源和真实的企业项目，培养高级工程师来培养适应未来经济发展的多学科创新人才.

2.1 多方协同育人人才培养机制—产业学院

多方协同育人需要建立一定的组织机构才可以实现，宿州学院信息工程学院在分析了地方经济和新兴产业的形势下，建立了一种全新的校企共建的产业学院管理模式.产业学院设院长一名，下设副院长两名，一名是来自企业的副院长，一名是来自学院的副院长，主要负责对多方资源进行协调，构建校方企业共建互赢的长效机制，实现校企生态化发展，为地方区域经济转型培养创新型人才.

产业学院引入OBE和CDIO人才培养机制，通过“项目+案例”，“实习+实训”的方式实现产教相互融合.产业学院将人才培养机制分为四个阶段[8]，如表2和图4所示.

2.2 实习实训教学基地建立及小学期实训措施

根据OBE和CDIO人才培养机制，设立实习和实训两种课程结构，小学期实训一般安排在每学期期末进行，由企业高级工程师和校内老师共同来指导完成，如表3所示.目的是使学生能够掌握一个项目的任务分解并巩固课堂上所学的理论知识，提升专业技能，会用工程思想去分析问题和解决问题.

学院每学期会根据专业方向依据多学科交叉的特点从企业选取一些有项目经验的老师和校内有相关教学经验的老师共同指导整个实训过程，下面以2018年6月份小学期物联网工程专业实训为例，多方协同融合培养的课程设计和体系结构如表4所示.

将物联网与人工智能和大数据等相结合设计的一个小学期课程实训融合了多个学科的知识，拓宽了学生学习的知识面，不再局限于某一个学科，对于学生的创新性有益，符合综合性创新人才的培养机制.

每学期实习实训结束后会对参与实习实训的学生进行在线问卷调查，从362名学生的问卷调查结果来分析，70%的学生认为实训难度尚可，62%以上的学生认为实训获得了团队合作和分析问题的能力，95%的学生对实训课程和老师较为满意.

3 结语

作为多学科交叉融合专业，物联网+人工智能+机械工程+材料学依托多方协同共建的产业学院焕发出了新的活力，同时引进了AI、VR等新兴前沿技术渗透进传统教育，引导学生在此过程中不断创新，接下来会在产业学院的建设中不断总结和改进.

参考文献：

〔1〕管连，梁建花.新工科背景下校企协同育人模式探索及实践[J].计算机教育，2018（11）：100-103.

〔2〕王国杰，张飞.新工科背景下地方本科高校建设产业学院探索：以福建江夏学院装配式建筑产业学院为例[J].福建江夏学院学报，2017（6）：109-115.

〔3〕钟登华.新工科建设的内涵与行动[J].高等工程教育研究，2017（3）：1-6.

〔4〕范立南，李佳洋.新工科视域下多方协同产业学院的共建共管机制研究[J].教育现代化，2018（01）：129-131+143.

〔5〕周开发，曾玉珍.新工科的核心能力与教学模式探索[J].重庆高教研究，2017，5（03）：22-35.

〔6〕胡波，冯辉，韩伟力，徐雷.加快新工科建设，推进工程教育改革创新——“综合性高校工程教育发展战略研讨会”综述[J].复旦教育论，2017，15（02）：20-27+2.

〔7〕吴爱华，侯永峰，杨秋波，郝杰.加快发展和建设新工科主动适应和引领新经济[J].高等工程教育研究，2017（01）：1-9.

〔8〕杨琴.地方本科院校校企协同发展研究[J].教育现代化，2017，4（35）：80-81.