新冠疫情下基于虚拟现实技术的实训教学平台建设研究

田萌

摘要：实训教学是当前业务技能培训的主要方式，2020年新冠肺炎席卷全球，如何培养高危应急业务人才是实训教学研究的新课题，本文分析了传统实训教育存在问题，并结合虚拟现实技术特点提出基于虚拟现实技术的实训教学平台建设构想，并对功能架构、技术架构、物理部署及课程组织进行了描述。

Abstract： Practical training is the main method of current business skills training. In 2020， COVID-19 sweeps the world. How to train high-risk emergency business personnel is a new topic in practical teaching research. This paper analyzes the problems of traditional practical education and combines the virtual reality technical characteristics to proposes the concept of the construction of a practical training teaching platform based on virtual reality technology， and describes the functional architecture， technical architecture， physical deployment and course organization.

关键词：虚拟现实;实训教学;功能架构;技术架构

Key words： virtual reality;practical teaching;functional architecture;technical architecture

中图分类号：TP391.9                                    文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）21-0001-04

0  引言

实训教学是当前业务技能培训的主要方式，它是通过模拟实际的工作场景和环境，进行实际的操作演练的教学活动，实训教学重点是学生参与式、体验式的学习，是提升学生在专业技能、实践经验、工作方法、团队合作等方面的主要手段。目前，国内众多高职院校、培训机构均建设了实训教学环境，各类实训课程在教学活动的比重逐渐增加。

如今新冠肺炎肆虐全球，世界各国对如此类事件的处置应对人才需求剧增，传统实训教学的资源和模式已无法满足现阶段培训需求，主要体现在以下几个方面：一是实训环境为实景搭建，部分案例和高危事件无法进行沉浸体验，知识理解难度大;二是受场地和培训时间限制，学生无法随时随地进行学习和教学资源的获取;三是实训基础环境设施维护和更新需要投入大量的人力物力和财力;四是教学管理模式相对落后，数据信息采集效果不佳。

中共中央办公厅、国务院办公厅印发的《加快推进教育现代化实施方案（2018-2022年）》中针对实训教学方面提到，“着力构建基于信息技术的新型教育教学模式”、“开展国家虚拟仿真实验教学项目等建设”等内容。从中我们不难看出，改革现有实训教学模式，构建集仿真体验与信息化教学管理以于一体的实训平台在必行。

1  虚拟现实技术简介

虚拟现实（英文名称：Virtual Reality，缩写为VR）诞生于20世纪初，随着技术不断的迭代发展目前已进入理论成熟及广泛应用阶段，该阶段主要表现为技术高速发展，系统非常成熟，在各个领域均有广泛应用。VR技术具有沉浸性、交互性、感知性、构想性、自主性等特点，能有效的解决传统实训教学存在的问题。

利用VR技术，学生可进入虚拟化的实训环境，将学习环境由物理空间转移至信息化空间中，其构想性可根据培训需求任意构建场景，设计任意的流程，而培训机构仅需要花费维护服务器、VR设备、PC等基础设备以及实训脚本的更新费用。同时，VR技术还可与教学管理系统进行对接，完成学生管理、课堂管理以及教学资源的调用，实现整体实训教学的信息化管理。

以新冠肺炎检查处置流程实训为例，我们可以仿真还原机场口岸等现实场景，并对防护设备、检测设备、人员等进行仿真建模，形成虚拟实训环境。实训学员通过虚拟现实交互设备（如VR头盔、眼镜等等）进入虚拟环境，在系统的提示下按照流程一步步完成操作学习，同时也可以进行操作的演练和考核，在这期间教师可以进行课程的管控和数据的采集。此外，实训学员还可以在不到场的情况下部署相应的交互设备进行远程学习，打破时空限制随时随地进行练习操作。系统一方面不存在真实场景的危险性，另一方面还可以构想其他的场景和流程，灵活性高。

2  平台设计

2.1 功能架构

实训教学平台分为教师端功能和学员端功能。体系结构如图1所示。

2.1.1 教师端功能

学员信息维护功能：对学员用户的登陆账号、密码进行增加、修改、删除等操作。

课程设置功能：設置学员端的培训内容、培训时间、培训方式等，包括教学直播和现场考核俩种方式。教学直播：可以选择进入系统教学或教学模式，通过投屏的方式引导所有学员开展教学培训。其中系统教学主要通过引导教学的方式，介绍系统的操作和使用方式，包括场景介绍、仪器拿放、按键操作等。教学模式则基于培训脚本，通过文字、语音、动画等形式，介绍辐射探测仪器设备的使用方法、标准作业流程、安全注意事项等，一步一步引导培训学员进行辐射探测，适用于入门和初级探测培训。现场考核：给所有学员发送考核任务，开始考核。

考核评价功能：对培训学员进行综合评价，结果数据归档等。

统计查看功能：对学员的考核成绩进行查看、统计和分析等操作。

2.1.2 学员端功能

系统登录功能：系统启动后，须输入用户名、密码进行登陆验证，如验证通过则进入系统开始培训体验，如验证不通过，则弹出提示对话框“用户名、密码错误，请重新输入”。

系统教学功能：通过引导教学的方式，介绍系统的操作和使用方式，包括场景介绍、仪器拿放、按键操作等。

教学模式功能：基于培训脚本，通过文字、语音、动画等形式，介绍辐射探测仪器设备的使用方法、标准作业流程、安全注意事项等，一步一步引导培训学员进行辐射探测，适用于入门和初级探测培训。

练习模式功能：在没有任何引导提示，基于自身知识积累完成所有操作步骤，达到巩固和加深的目的，适用于具有一定系统使用经验的学员进行自主练习。该模式没有考核压力也允许用户有出错的机会，用户可选择“操作提醒”功能，系统将提醒当前用户该执行的操作以及注意事项;同时，当用户出现违反安规的操作，或是不按标准流程操作时，系统通过文字、语音的形式自动告警，纠正用户的不当操作。

考核模式功能：以任务的形式，用户需在规定时间内完成整个辐射探测作业过程。考核结束后，系统会弹出考核结果，显示各环节的完成情况和不足的地方，适用于系统熟练人员进行实战前的模拟考试。考核评价分为系统客观评价和教师主观评价两种：系统客观评价综合考虑完成时间、准确率、误操作次数等要素进行量化打分;教师主观评价是考核结束后，教师可根据个人经验输入点评意见。同时系统须具备对考核评价结果的查看、统计、分析、比对等功能。

2.2 操作模式

学员对于平台操作模式包括以下三种：①单人VR互动体验：单人戴VR头盔进行沉浸式交互体验，体验内容包括标准业务流程、设备说明、交互操作等。②多人（培训内容）VR协同体验：多人同时带VR头盔进行沉浸式交互实训，内容包括标准业务流程、设备说明、交互协同操作等。③多人VR观摩：多人同时带VR头盔进行沉浸式观摩学习，内容包括标准作业流程、设备说明和使用等。

3  平台设计

3.1 技术架构

平台的技术架构如图2所示。

①系统平台层：包括软件平台和硬件平台，主要模块及功能详情如表1所示。②技术框架层：包括消息处理中心、逻辑处理中心和第三方插件等，主要模块及功能详情如表2所示。③应用功能层：遵循底层技术框架，基于交互功能和通讯接口标准进行系统功能模块开发，主要模块及功能详情如表3所示。④应用交互层：主要是不同权限用户的功能和UI开发。

3.2 培训环境部署

实训场地规划设计示例如图3所示。

由图3，辐射探测VR实训室场地规划3个区域：1、2区域为VR交互体验区，3区域为VR观摩体验区。1、2区域既可以作为两个独立的单人互动体验区，亦可合并作为1个双人协同体验区域;3区为教师控制区域;4区域为多人观摩体验区域。详情如表4所示。

各区设备部署包括：

1、2区：部署VR交互设备，用于用户进行沉浸式的实训学习和操作;前方各安装显示屏幕，实现教师和其他用户场外观摩。

3区：管理控制终端（PC、智能移动终端等），实现教师对课程的把控和管理。

4区：如VR眼镜等沉浸式观摩设备，实现多人同时进行学习和观摩，由教师控制观摩画面。

4  結束语

如今，虚拟现实+教育的模式已经得到广泛应用，在业务技能培训方面优势凸显。未来，虚拟现实教育将与人工智能、大数据、物联网技术进一步融合，打造智能化的虚拟学习空间，打破时间空间限制，让学习者更加深入、直观的沉浸于学习中，更好的提升学习的体验感和获得感。此外，我们还需要进一步开发虚拟现实课程，将知识通过虚拟现实技术展现，提升虚拟现实实训平台的应用效果，成为实训教学的主力军。

参考文献：

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[4]桂丽.虚拟现实技术对实训基地建设的影响[J].信息系统工程，2019（07）：157.