“鲁班工坊”背景下VR /AR技术对化工物流教学影响研究

张子文，张 蕊

(天津渤海职业技术学院，天津 300402)

一、研究背景

随着现代高职教育的发展，高职课程教育改革越来越多的利用现代科学技术手段，充分借助科技手段整合各种教学资源与建立便捷互动的交流渠道路径从而有效提升教学质量，这已经成为高职课程教学改革的新常态，其中VR/AR技术在高职教学中具有很大的推广前景。VR(Virtual Reality)虚拟现实技术，是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，通过计算机图形系统以及多种传感器控制设备将人带入虚拟世界中，并与虚拟世界产生各种交互，具有强烈的沉浸式体验。AR(Augmented Reality)增强现实技术，是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像、视频、3D 模型的技术，把原本在现实世界一定时间空间范围内很难体验到的实体信息，通过科学技术模拟仿真后再叠加到现实世界被人类所感知，从而达到超越现实的感官体验。

当前，“鲁班工坊”项目正在如火如荼的推进，但访学交流效果有待于进一步提升，尤其各个高职院校都在致力于提升“鲁班工坊”背景下针对留学生的教学交流效果，以期进一步促进专业技术交流，推动“鲁班工坊”的深入发展。作者针对前来中国交流学习的留学生进行了调研，以化工物流专业接待的留学生为例，通过问卷调查发现他们在专业学习方面存在以下突出问题：语言不熟悉(20%)、课堂兴趣低(23%)、知识理解与应用不足(28%)、安全意识差(24%)，其它(5%)。针对留学生在专业学习方面普遍存在的问题，本项目提出将VR/AR 技术引入到化工物流的教学中，考察研究“鲁班工坊”背景下VR/AR 技术对高职化工物流专业教学影响研究。研究VR/AR 技术能否弥补传统授课方式的不足，以解决当前留学生存在的问题，提高留学生的学习质量，本项目的研究将有利于推动中国的先进技术更好的输出国门，期望通过引入人工智能设备推动“鲁班工坊”的访学效果深入发展。

二、分组实验

作者将某高职学校物流专业一班留学生作为实验小组，将全班20个留学生平均分为两组分别为A组和B组，每组均为10个人。A组留学生使用VR/AR学习，B组未使用VR/AR进行学习。试验时间为一个月，一个月后考察两组留学生的学习进度和效果，参见图1。

图1 A、B两组留学生一个月之内的成绩对比

由图1可以看出使用VR/AR学习的A组留学生一个月后的成绩明显高于未使用VR/AR学习的B组留学生，下面我们继续来考察，对于A组留学生自己来看，使用VR/AR技术进行教学前后的成绩是否有明显变化呢？见表1。

表1 A组同学使用VR/AR前后成绩变动

通过分组实验说明，使用VR/AR的一组留学生成绩普遍(平均分)高于未使用VR/AR一组的留学生。且A组留学生VR/AR后与未使用VR/AR教学前相比，成绩也有了明显的提升，通过对比说明，使用VR/AR确实对留学生教学效果有明显的提升作用。同时通过小组访谈，也发现使用VR/AR的留学生自我感觉学习质量较高，对于知识理解更为透彻，但未使用VR/AR的留学生反映学习效果不是很好，且学习中感到语言存在障碍、兴趣不高、知识理解较为困难，缺乏较强的专业安全意识及创新意识，没有对所学知识得到有效吸收。

三、指标体系的建立

上文中分组实验已经证明VR/AR技术的引入确实使得留学生的学习成绩得到提升，对于化工物流专业的留学生学习效果起到正向促进作用，但现在仍然不确定VR/AR技术在哪些方面对化工物流专业的教学效果存在影响，是正向影响还是负面影响，影响程度如何，这些深入的研究对于“鲁班工坊”的推进具有重要的研究意义，故下文将继续针对这些具体问题来进行探究。

本文研究的是鲁班工坊背景下VR/AR技术对高职化工物流教学影响研究，因此结合该背景下专业的特点，参考了与“鲁班工坊”教学相关的文献，按照教学中的各个影响方面进行指标体系的构建，设计了7个指标：学习兴趣、安全意识、创新能力、记忆力、语言障碍、知识理解与应用、动手操作能力，这七个可能存在相关影响的因素。

四、数据的收集与来源

根据上文指标体系的构建设计了问卷，采用问卷调查的方法继续来收集数据，本问卷采用李克特五分量表，从1到5分别代表完全不同意、不同意、一般、同意、完全同意。问卷调查对象主要是天津渤海职业技术化工物流专业“鲁班工坊”项目的留学生，通过在线和纸质的方式发放问卷200份，回收了190份。通过筛选共得到有效问卷185份，问卷有效率达到了97.3%。调查结果令人满意。为了保证此次研究的可信性及科学性，本文利用SPSS21.0对所得的185份问卷进行了信度检验，Cronbach’sa系数为0.911，表明问卷可信度较高。

五、相关性分析

根据文献梳理、调研及前人的研究，当前假设存在七个可能相关的影响因素有：学习兴趣、语言障碍、知识理解与应用、安全意识、创新能力、记忆力、动手操作能力，但这七个影响因素不一定每一个都能充分的表现出“鲁班工坊”特定背景下VR/AR技术对高职化工物流教学效果的影响，现通过spss21.0软件进行相关性分析，从而确定这七个因素中，VR/AR技术对哪些因素是有显著影响的，故本文对这七个影响因素进行相关性分析，找出显著相关性因子，剔除不相关变量，从而考察VR/AR技术对高职化工物流教学效果具体哪方面存在相关性影响，从而考察VR/AR技术是否能解决当前留学生存在的问题，下表2是VR/AR技术对七个假定影响因素的相关性分析结果。

表2 spss相关分析及结果

该结果表明，鲁班工坊背景下学习兴趣、语言障碍、知识理解与应用、安全意识、创新能力这几个变量的相关系数分别为：0.869、-0.899、0.774、0.875、0.799，均大于0.05，且显著性水平均为0.000，该回归结果说明VR/AR技术对高职化工物流教学效果确实存在影响且具体在学习兴趣、语言障碍、知识理解与应用、安全意识、创新能力这五个方面存在显著相关性关系，对这五个因素存在显著影响，且各自变量之间不存在较高的相关性。而记忆力、动手操作能力这两个变量的相关系数分别为：0.021、0.039，均小于0.05，说明在“鲁班工坊”的特定背景下，VR/AR技术暂时与记忆力、动手操作能力二者不存在显著的相关性，即VR/AR技术在“鲁班工坊”背景下暂时与记忆力、动手操作能力二者不相关，通过相关性分析，故最终确定的五个相关影响变量为：学习兴趣、语言障碍、知识理解与应用、安全意识、创新能力。

六、实验结果分析

通过上文的分析可知，VR/AR技术对学习兴趣有正向促进的作用，对留学生的访谈结论也表明，引入VR/AR技术进行教学，使得学生在课堂上的学习兴趣一下子就被调动起来。而传统课堂，让学生只能看到抽象的概念，无法实际感知。因此，VR/AR技术的引入确实解决了“鲁班工坊”背景下留学生学习兴趣不高的问题，使得留学生更积极地带着兴趣来学习新知识。

通过实验结果可以看出，语言障碍的回归参数为负值，说明VR/AR技术的引入降低了语言障碍，这是VR/AR技术最基础的功能。在VR/AR系统应用中，留学生可自己选择熟悉的语言，比如，泰国留学生可以选择泰语，系统就自动通过泰语进行知识讲解，比起传统课堂，只能用中文授课，即使有翻译，翻译成英文后，有的泰国学生可能仍然英语基础较差，有些内容听不懂，影响教学效果，但使用VR/AR技术后可以直接选择留学生的母语，能够完全听懂所学内容，提升留学生的听课效果。

通过实验可以看出，VR/AR技术和知识理解与运用成正相关，大大促进了留学生对知识的理解与运用，这也与访谈结果是一致的，VR/AR技术的应用使留学生更加直观的感受课堂授课氛围，有利于知识的传递和消化吸收，同时VR/AR教学系统中也有许多趣味练习、仿真模拟等教学手段，均可增强知识的理解与运用，由此可见，“鲁班工坊”背景下，VR/AR技术在知识理解与运用方面提升了教学的效果，解决了留学生知识理解与运用不足的问题。

通过实验可以看出，安全意识得到了有效提升，由于VR/AR技术具有仿真模拟的功能，学生在系统中进行物流操作时，如果不符合安全规范，系统会报警并模拟呈现出不安全操作的后果，例如，运输危险品操作不当，就会出现爆炸等情景，给学生亲身体验感，留下深刻的印象，因此，深刻体会到不遵守安全操作规范会导致的不良后果，从而增强了化工物流中的安全意识，有效解决了留学生安全意识差的问题。

实验表明，VR/AR技术对创新能力也有较明显地促进作用，通过VR/AR学生可以反复进行模拟实验，找到最佳的物流配送方案。访谈中，留学生也说到，若没有VR/AR技术，只能纸上谈兵，无法落实或实验创新的想法，也就渐渐缺乏了创新思考的动力，但现在只要有了新的想法或创意，就可以通过VR/AR技术进行尝试，可以知道该方法是否可行，有利于创新方案的不断改进，也有利于促进培养留学生的创新精神，解决了“鲁班工坊”背景下留学生缺乏创新的问题。

而实验结果也表明了VR/AR技术对学生记忆力及动手操作能力暂时没有显著的相关性，这可能是因为该学科的特点所造成的，由于该专业留学生的培训内容中更多需要技能的理解与运用，需要死记硬背的概念并不是很多，故而所选取的样本回归后对于记忆力这个因素的影响并不显著，而访谈中，留学生也提到，在动手操作能力这方面仍然需要配合实训基地的实训设备来进行实操训练才能有效提升，因此也可以看出VR/AR技术并不是万能的，也需要其它教学资源的有效配合才能发挥更大的效果和作用。

综上所述，前文的回归结果表明，VR/AR技术对学习兴趣、知识理解与运用、安全意识及创新能力都起到了促进作用，也降低了语言障碍，但对记忆力、动手操作能力暂时没有显著相关性影响。

七、VR/AR对各因素影响程度比较

在上文的相关性分析中，各个变量是关于鲁班工坊背景下对化工物流专业教学效果的影响因素，其中起正向影响的有学习兴趣、知识理解与运用、安全意识及创新能力，其负向作用的是语言障碍，而根据当期回归结果的参数可以推断出各个因素影响程度的比较，根据影响程度大小的排序可为其他专业引入VR/AR技术提升教学效果提供一定的参考依据，按照其影响程度大小排序依次为：语言障碍>安全意识>学习兴趣>创新能力>知识理解与运用。如图2所示。

图2 VR/AR对各因素影响程度比较

八、结束语

本文对“鲁班工坊”背景下VR/AR技术对高职化工物流教学影响进行实证性研究，通过相关性分析找出了VR/AR技术在哪些方面对教学效果起到了影响，主要包括：学习兴趣、语言障碍、知识理解与应用、安全意识、创新能力，且其中对学习兴趣、知识理解与运用、安全意识及创新能力都起到了正向促进作用，对语言障碍起到负向降低的作用，但对记忆力、动手操作能力暂时没有显著相关性影响，说明VR/AR技术引入教学确实有助于解决留学生当前存在的访学问题。此外，可得到其它结论有，影响程度大小排序依次为：语言障碍>安全意识>学习兴趣>创新能力>知识理解与运用，通过本文的实证分析证明了“鲁班工坊”背景下VR/AR技术在哪些方面对高职化工物流教学存在影响，同时也从侧面说明了VR/AR技术并不是万能的，仍应配合其它的教学资源与手段才能使得教学效果达到最优，综上所述，在“鲁班工坊”背景下可以通过引入VR/AR技术来解决当前留学生存在的问题，有效提升留学生的学习质量，为“鲁班工坊”的建设和访学交流效果提供了重要保障，期望能为其它高职院校及其它专业的留学生项目、跨国交流项目提供一定的参考借鉴。