虚拟现实技术在职业院校教学中的应用现状与对策研究*

余梦露

(河北师范大学， 河北 石家庄 050000)

21 世纪以来，学生的学习方式逐渐向信息化、数字化、智能化发展，传统的教学方式已不能满足于时代的发展和社会的需求，新型的教学媒介层出不穷，虚拟现实技术也逐渐加入职业教育教学的应用之中。2019年1月24日，国务院印发《国家职业教育改革实施方案》(简称“职教20条”)，提出要适应“互联网+职业教育”发展需求，运用现代信息技术改进教学方式方法，推进虚拟工厂等网络学习空间建设和普遍应用。国家相继出台了相关政策支持虚拟现实技术教育产业，“虚拟现实+教育”也将成为未来的发展趋势之一。而国内不少职业院校已经将虚拟现实技术运用于实践教学之中，但鉴于目前虚拟现实技术还不够成熟，且在实际教学中仍存在很多问题，尚未在职业教育教学中广泛应用。由此，如何将虚拟现实技术融入职业院校教学成为目前亟待解决的课题。

一、虚拟现实技术的内涵与特点

(一)虚拟现实技术的内涵

虚拟现实技术是以计算机技术为核心，结合相关科学技术，生成与一定范围真实环境在视、听、触感等各方面高度相似的模拟环境，用户借助必要的设备与虚拟环境中的对象进行交互和相互影响，从而获得如同亲临真实环境的感受与体验[1]。

根据虚拟现实应用时的不同形式以及交互性程度的不同，可将其分为四种类型：桌面虚拟现实、沉浸式虚拟现实、增强现实型虚拟现实和分布式虚拟现实[2]。桌面虚拟现实是在计算机桌面上为用户提供一个虚拟平台，用户通过鼠标与虚拟世界进行交互，以反应真实场景中的情况，这种形式对设备要求较低，但其缺点是沉浸度低，不能提供真实的现实体验。沉浸式虚拟现实是利用一些真实工具，如头盔显示器、手套、跟踪器等，将用户置身于与真实环境高度相似的虚拟环境中，为用户提供完全沉浸的体验。增强现实型虚拟现实是将真实环境与虚拟环境结合起来，来增强用户对真实环境的感受，使得用户能够体会到那些在现实中无法被感知或很难被感知的感受，其特点是具有实时人机交互功能。分布式虚拟现实是将各个不同地理位置的、互相独立的用户通过计算机网络实时地连接起来，在同一个虚拟现实空间中进行观察和操作，以达到协同合作的目的，这种形式不仅可以实现人机交互，而且可以通过计算机与其他用户进行交互。

(二)虚拟现实技术的特点

基于虚拟现实技术的教学研究发现，虚拟现实技术对学生知识的习得提供了巨大的促进作用。传统的黑板和多媒体教学只是抽象地描述知识或简单地展示事物，而学生都是被动地接受教师所准备好的知识内容。相比于传统的教学方式，虚拟现实教学方式改变了传统的讲授式引导法，增强了学生的主动性，加强了学生与教师间、学生与真实情境间的交互作用，形成以学生为中心的个体化、合作化的教学环境，强调了学生自主探究和自我解决问题的能力。

除此之外，与传统教学方式相比，基于虚拟现实技术的教学还具有想象性、沉浸性、交互性和临场性的特性[3]。想象性是指虚拟现实不仅可以再现现实存在的真实事物和场景，而且还可以展现人脑中能想象但真实不存在的事物和场景，根据这一特性教师就能自主构想教学情境，营造合适的教学情境，使得教学过程更加生动、有带入感，将抽象变为形象，从而推进学习者的思维发展。沉浸性是指人能通过设备在虚拟环境中感受到自主性，有身临其境的感觉，这一特性能够拓宽学生对知识的认知途径，从传统的视、听到所有感官沉浸于虚拟的教学情境之中，增加了学生的体验与经验，也促进了学生的无意识学习。交互性是指人可以与虚拟环境进行互动交流，在虚拟现实的交互性作用下，师生可以无意识间转变自身角色，学生作为主体去观察认识情境中的事物，自主学习并解决问题，教师则从传授者、组织者、监督者等角色转换为促进者、合作者和咨询者，向学生提供解决问题的经验。临场性是指操作者可借助系统设备观察和操作远程的虚拟情境和用户，这使得虚拟现实教学可以突破时间、地理、环境的限制，只需要远程控制平台开放教学资源，无论学生处于怎样的教育环境，都可以通过虚拟现实设备共享优质的教育材料和师资等资源。

二、虚拟现实技术在职业院校教学中的优势

(一)打破时空限制

职业教育传统的教学方式大多同普通教育一样，以板书教学或多媒体教学为主，但由于职业教育职业性的特点，学生更需要在真实工作环境中进行知识与技能的学习，而虚拟现实技术的临场性能够打破时空界限，呈现给学生更加直观、更加真实的内容。从空间上来看，一方面，虚拟现实教学能够打破物理空间的限制，不再受制于实验场所、地理区域、教学设备等物理空间及硬件设备的要求，甚至能打破教学材料、内容、师资力量等软件资源的制约，使得不同经济发展水平的地区共享优质的教育资源；另一方面，虚拟现实教学能够实现微观空间的可视化，虚拟现实技术可以通过构建虚拟环境呈现物体的内部结构和微观空间的运作，直观感受物体的内部结构和空间关系，加深对其的理解与认识，例如，汽修专业学生可在虚拟环境中观察汽车内部的构造及各部件的位置关系，并能够通过缩放、拆解汽车构件了解各个部件在汽车内部的运作情况。从时间上来看，虚拟现实教学不再局限于时间限制，在职业教育实际教学中，很多实验结果在短时间内是无法呈现出来的，例如，农林专业的学生进行花卉栽培实验要考虑到季节与天气环境，且需要一定时间的培育，而虚拟现实技术可以通过系统编程营造合适的环境并缩短实验时间，大大提高了教学效率。

(二)改善教学环境

虚拟现实教学具有想象性的特点，采用虚拟现实技术构建的教学环境基本与真实场景一致，为了促进教学甚至也可以构建并不存在的虚拟环境。对于大多职业院校来说，在教学中为所有学生提供与专业发展相匹配的工作环境与设备是不现实的，不仅是因为经费有限，更是因为学校的更新速度很难跟得上社会形势与科技发展的需求。由此采用虚拟现实技术构建虚拟教学环境不失为一个好的选择，其不仅为学生提供了与真实工作环境基本相一致的教学环境，给予学生身临其境的体验，并且当需要更新设备与技术时只需改进虚拟现实系统即可，大大降低了投资成本。同时，虚拟现实环境极大程度上保障了学生的环境安全问题。由于在职业院校的教学中有着大量的实训课程，这些课程中不乏有危险系数较高或者难以控制的项目，例如，电工专业的学生可能会因操作问题引起触电危险，化学实验中配比不当可能会导致燃烧爆炸等危险，这样就很难保证教学环境的绝对安全。而学生在虚拟现实系统中基本不会有类似的安全隐患，并且可以在保障安全的基础上激发学生的创造性。

(三)拓宽认知方式

传统的教学方式大多采取文本、语言和多媒体进行知识的传递，学生则通过视觉、听觉器官来接收信息，再通过想象、思考与自我理解完成对语言文字的意义加工来形成认知，从而最终获取知识。这种方式是抽象且刻板的，单一的通过视觉和听觉进行信息的获取极易引起学习者的疲劳与兴趣的丧失，学习者一味地接受大量信息输入，且多种感官未能参与到认知过程中就会导致学习效率底下、效果不佳的结果。而虚拟现实教学的沉浸性拓宽了学习者的认知方式，在教学过程中学习者穿戴的虚拟现实设备使其调动更多的感官投入虚拟情境，极大地减少了外界干扰因素，更好地投入虚拟现实教学。同时，虚拟现实教学脱离了传统的以多媒体为媒介的信息传递方式，其传递信息的方式不仅仅限于图片与视频的2D视听，而是更为立体、生动的3D视听信号，使得学生的触觉、平衡觉、机体觉等都共同感受着虚拟环境，这种多信道模式增加了学习者的主体体验和经验，促进了学习者的无意识认知，形成了内隐学习[3]，这种内隐学习所能用到的知识技能总量远大于意识能够展现出来的知识技能总量。

(四)实现交互反馈

虚拟现实教学具有的一大优势就是其强大的交互系统，虚拟现实技术的交互性可以实现用户与虚拟环境、用户与用户等多方互动。在虚拟现实教学活动中，学生能够与虚拟环境和其他学习者不断地进行交互活动，这一方面无意识地转变了师生角色，大大地提高学生的主动性和参与度，且虚拟现实学习环境给予学生“一对一”的感觉，一定程度上调动了学生的积极性[4]；另一方面，学习者之间的互动也培养了学生协同合作的能力，达到了互相学习、共同进步的效果。同时，交互性具有的另一个优势是反馈与评价功能。传统的教学中，教师无法给予每一位学生正确、即时的反馈；而在虚拟现实教学中，每位学生都能够及时得到系统的反馈与评价，这就保证了学生学习内容的正确性，并且在虚拟现实系统中所有学生的学习过程都被记录下来，教师作为引导者和监督者能够更客观、清晰地给予每位学生准确的反馈与评价。

三、虚拟现实技术在职业院校教学中现存的问题

(一)虚拟现实设备的问题

在虚拟现实教学中，虚拟现实设备至关重要，其包括计算机和头戴式显示设备等。而就目前对职业院校的观察来看，关于虚拟现实设备的问题有以下几点：第一，职业院校中虚拟现实设备数量不够，真正投入使用的设备较少，这是由于虚拟现实设备价格较高，学校无法购置足够的设备数，同时虚拟现实技术属于新兴事物，学校缺乏精通于虚拟现实教学的教师，因此使用设备的次数较少。第二，头戴式显示设备本身还具有一定的缺点，如显示器本身的分辨率较低影响了使用者的使用体验，甚至会因此出现眩晕感；设备的重量和体积较大，不能够长时间佩戴；虚拟现实系统的红外摄像头或无线电波传送装置灵敏度不够高，无法精准捕捉使用者的身体动作；设备通常是封闭式的，使用者在头戴头盔时看不到真实场景中的事物，无法躲避现实障碍物等[4]。

(二)虚拟现实技术的问题

运用虚拟现实技术进行教学的核心就是虚拟现实系统如虚拟现实平台、虚拟现实软件等的开发。现在职业院校运用最多的虚拟现实技术还是桌面式虚拟现实，但是桌面式虚拟现实与现实世界还是存在着较大差距，因此无法提供给学生沉浸式的、真实自然的环境体验。同时，就目前国内开发的虚拟现实系统来说，软件开发与教学一线的工作是相互分离的，教师的能力不足以开发出虚拟现实软件，而开发团队对于课程的实质把握不够，以致于虚拟现实软件不够成熟，质量有待提高。

(三)后期管理维护的问题

只有保障虚拟现实教学系统的有效运转和合理利用，才能充分发挥其在教学领域的技术优势。然而，大多职业院校在实际的教学过程中缺乏对虚拟现实系统的管理与维护，没有制定对系统设备进行管理和维护的规范，这也一定程度反映学校对于虚拟现实系统的不重视，也加快了设备的老化。这样的做法不利于于学校教学质量的提升，也丧失了虚拟现实技术促进教学的作用。

(四)教师教学能力的问题

对于现阶段的大多教师来讲，虚拟现实技术还是一个较为陌生的技术，要将其应用到实际教学中还存在很多的问题。一方面，教师对于虚拟现实技术的认识还停于表象的、感性的层面，对其的认识只是它能够给人带来感官上的冲击，因此导致虚拟现实技术在实际教学中的应用也停留于表层，不够深入。另一方面，基于虚拟现实技术的教学要求，教师需要具备更先进、更全面的教学能力，不仅要具备教授知识技能的基本教学能力，还需要具备熟练运用虚拟现实技术的操作能力，但目前大多教师都不具备这方面的操作能力，这也是导致虚拟现实教学效果不够理想的原因之一。

(五)教学模式与内容的问题

在虚拟现实教学中，教师使用传统的教学模式和内容进行教学已然是不适合的。一方面，传统教学模式不适用于虚拟现实教学，在虚拟现实教学中会显得较为枯燥，学生也无法通过传统的教学模式获取虚拟现实技术相关的操作技能，这将导致虚拟现实技术脱离于课堂教授的知识技能，失去虚拟现实教学的意义。另一方面，传统教学内容无法满足虚拟现实教学，传统的教学内容更多的是基础性知识，缺乏真实情境下的应用性知识，而情境性是虚拟现实技术的特性之一，基础性知识不一定能解决真实情境下的真实问题。因此，教师需要在教学内容上增加相关的应用性知识，创设专业相关真实工作情境，以使学生具备真正解决问题的能力。

四、对策建议

(一)加强政策引导

虚拟现实技术的发展离不开政府的政策性引导与方向性支持，当前政府已经逐渐意识到虚拟现实教学的发展趋势和潜在价值，但就目前的相关政策来说，大多政策是鼓励性和支持性内容，无法在操作层面上进行指导。为此，各级政府应从以下几方面入手来规划、引导虚拟现实技术在职业教育中的应用：一是要从宏观、中观、微观各层面做好工作指导，尤其是在微观层面应制定相关具体的实施措施，在虚拟现实技术的装配、维护、虚拟现实教学技术的评价标准体系和教师能力标准等各方面做出相关规定，以指导职业院校的具体实施工作；二是政府应加大对职业院校的资金投入，学校是非盈利组织，但是职业教育不同于普通教育，职业教育的职业性要求职业院校提供与工作岗位相关的技术技能训练，这就离不开设备设施的投入，而虚拟现实技术的高昂价格更需要政府的支持，由此政府应为职业院校提供一定的资金保障以促进职业教育的发展；三是要鼓励和建立虚拟现实教学研究基地和团队，其不仅应包括职业院校的一线教师，还需要虚拟现实技术的相关研发人员的参与，使虚拟现实技术的研发与教学紧密结合起来，让虚拟现实技术在职业教育教学中发挥最大效用。

(二)强化技术研发

虚拟现实技术在教学中的应用前景可观，其核心的技术问题是最主要和最亟待解决的问题。首先，完善基础技术条件，要加强虚拟现实技术的研发和改进，如头盔类、眼镜类和一体机类等硬件设备，动作捕捉、头部追踪、声音感知、全景视频等交互设备，系统平台中的操作系统、相关应用程序等软件设备，使其适合于职业教育教学要求，提升教学效果。其次，在虚拟现实教学方面需要进一步深入研究，在虚拟现实教学中需要注意的是虚拟现实技术教学的实用性，例如，要使学生和教师在虚拟现实教学中不会因为操作而分散注意力；能通过虚拟现实技术激发学生学习的兴趣；加强虚拟现实教学的情境性，使学生在使用时与真实场景相近；尽可能地减少教师的技术学习负担等。最后，虚拟现实技术的研发要与相关职业院校进行沟通，了解院校实际教学内容和过程，研发设计符合相关专业教学情况的虚拟现实技术，使其能作为教学辅助设备，能够做到真正为教学服务，为学生需求服务。

(三)提高教师教学水平

在关于教育与技术能否相容的问题上，有学者提出了“非显著性差异”的质疑[3]，虚拟现实技术能否在教学中带来实质性的效果成为一大疑问。但由于教学活动具有众多因素变量，其中包含的“教师”这一关键因素使问题显得更为复杂，但同时也是这一质疑的答案，影响虚拟现实技术在教学中效果的最大因素之一即是教师的能力与行为，教师如何理解、运用虚拟现实技术，以及其技术水平、教学设计如何都直接影响甚至决定了虚拟现实技术所带来的的效果。作为职业院校教师，首先要摒弃对于新技术的怀疑与恐惧，转变观念理性认识虚拟现实教学，加深对虚拟现实技术的认识与了解，利用它的优势促进教学，使课堂教学更加生动真实，提高教学效果；其次，学校要通过培训向教师传授虚拟现实教学这一新理念，使教师在了解虚拟现实技术基本概念的基础上，快速掌握虚拟现实技术的操作技能，有效提高熟练程度；最后，教师要通过教研活动研发适合于虚拟现实教学的方式和方法，根据虚拟现实教学的特性，结合职业院校学生的生理特征、心理状态和学习情况进行教学情境设计和方法选择。

(四)构建虚拟现实教学模式

根据虚拟现实技术的特点与优势，结合认知学徒制通过创设情境构建学生思维模型的教学模式，构建基于虚拟现实技术的教学模式，其分为准备、示范、情境化学习、指导、清晰表达、反思和项目式探究七个步骤[5]，其中教师在教学过程中主要是以引导者的身份为学生提供示范、指导与脚手架支撑，而学生则作为主体进行自我思维体系的构建(如图1所示)。

图1 虚拟现实教学模式

1.准备

首先，教师需要根据学校设备情况、学生学情和教学内容等选择适当的虚拟现实技术类型；其次，教师应该充分利用虚拟现实技术的特点重现真实工作场景并创设真实工作任务，以促进学生的技能学习；最后，教师要向学生讲解虚拟现实情境的内容和目的，讲述学习的目标和方法。在该阶段，教师需要科学合理地进行教学设计，合理利用虚拟现实去促进教学效果，将抽象的内容具体化，使教学内容更加形象、生动，激发学生的学习动力。

2.示范

职业院校教学是以技能学习为主的，因此，虚拟现实系统中的示范可以是教师自己执行一项任务供学生观察，也可以是让学生观摩一些典型的专家案例，大多以微视频的方式进行，这样情景化、可视化和使隐形知识显性化的特点更有利于职业院校学生的技能学习。不论教师以什么方式呈现示范内容，在这一过程中，教师主要是在虚拟环境下将专家解决问题的技巧和思维外显，使得学生能够通过示范初步了解专家的思维过程，因而教师示范的内容要将岗位技能要求和教学知识相结合，并通过虚拟现实技术实现情境重现。

3.情境化学习

在示范过后，教师为学生创设新的虚拟现实环境并提出学习任务。学生学习的虚拟环境可以包括多个虚拟教学模块，其可通过理论链接、虚拟实训、技能考核等功能模块设计工作场景、理论知识、师生互动、考核作业等教学内容，让学生自主探究，在虚拟现实情境下进行技术技能的学习和实践操作。这一阶段主要是为了使学生在教师示范后进行实操与模仿，将外显的专家思维内化，通过虚拟环境中的师生互动和情境化的反馈建议，逐渐构建同专家一致的思维模式。

4.指导

指导是指教师在学生学习过程中所提供的帮助、引导和监督，包括搭建脚手架、暗示、反馈等，其目的是让学生更接近于专家的思维。在虚拟现实教学中，教师可以通过系统在线给予学生帮助与提示，不再局限于时间和地点，使得师生间的交流更加方便与及时。教师在什么时候如何进行指导是十分重要的，教师要在学生不能解决部分局部任务时给予适当的建议或者暗示，同时教师要及时淡出这种指导，逐渐减弱学生对教师的依赖，培养其独立思考的能力。

5.清晰表达

清晰表达即是将学生思维外显的过程。传统教学中教师无法掌握所有学生的学习情况，不能给予及时的引导与帮助，这将使得学生在实操过程中无法保证操作的准确性，导致学习方向的偏移。而在虚拟现实教学中，全体学生以用户身份在虚拟现实系统中清晰表达，通过虚拟现实平台将自我解决问题的过程与思路以实践记录或文字解释展现出来，这一过程能够暴露学生思维中存在的问题，且系统可以直接对简单问题进行即时反馈，教师也可及时观察学生出现的问题并引导学生向专家的思维靠近。

6.反思

反思是学生构建自我思维体系的过程，学生在该阶段可以通过课后观看课堂实录或实践记录，或者在虚拟现实平台中观看教师或专家的教学案例，比较自己的问题解决思维与专家、教师和同学的问题解决思维，在自我思考、自我怀疑、自我纠错的过程中建构属于自己的关于特定问题解决的思维模型。同时，学生可以利用虚拟现实技术交互性的特点，通过在虚拟现实平台中发布自己的实操过程来实现师生互动和生生互动，汲取教师和同学的指导与评价，达到高效学习。

7.项目式探究

职业院校以培养技术技能型人才为目标，而项目式探究以企业真实项目和实际案例为中心，在虚拟现实技术创设的虚拟工作环境下，再现了与实际工作场景一致的虚拟情境，促使学生的学习内容在适宜、逼真的实践环境下从静态的事实性知识向动态的行为性技能转变，更有利于技术技能型人才的培养。在这一阶段，教师要提供具备典型性和真实性的项目，其项目应选择实践性强且理论知识点相对集中的内容，每个项目依据教学知识点划分为若干个工作任务，且任务的安排要较之前更具复杂性和多样性，逐级递增，以此巩固学生所学的知识与技能，培养学生探究复杂项目和解决实际问题的能力。学生从情境化到反思阶段的期间已具备一定的专家思维和技能知识，因此，该阶段教师需完全淡出脚手架，为学生营造独立探究的氛围，同时教师也可以借助虚拟现实平台以小组合作、竞赛比拼、优胜奖励等多样化形式促进学生的团队合作意识和技术技能培养。

五、小结

虚拟现实技术作为新兴技术，因其想象性、沉浸性、交互性和临场性的特性在职业院校教学中有着巨大优势与良好前景。而国内虚拟现实技术尚在初级阶段，在职业教育教学中的应用也存在着许多现实问题，仍需广大学者围绕职业院校虚拟现实技术进行不同角度的深入研究。本研究旨在问题基础上提出相关对策建议，以期能够在一定程度上指导职业院校虚拟现实教学，为职业教育教学提供新思路。