虚拟现实技术与职业教育结合的发展路径研究

[摘           要]  职业教育是我国技能型人才的主要培养渠道。深入探讨职业教育现阶段存在的教材质量不佳、教师结构性矛盾、师资能力不足、专业设置不合理、课程枯燥等问题，提出将虚拟现实技术与职业教育结合的方法，改善职业教育发展现状，为我国培养高水平、高素质的技能型人才。针对职业教育目前存在的短板，推进教育信息化大环境下虚拟现实技术与职业教育的融合创新发展，使职业教育能够发挥其最大作用。鉴于此，提出了三个改善创新的方向：向传统教材注入VR技术，实现虚拟现实课程;将虚拟现实技术应用于教师培训领域，提高职前教师培训质量;应用虚拟教学代理，开发沉浸式生态课程等高品质课程。最后得出虚拟实训平台的开发将是今后虚拟现实技术与教育结合的主要发展方向这一结论。

[关    键   词]  职业教育;教育信息化;虚拟现实技术;创新发展

[中图分类号]  G642                    [文献标志码]  A                  [文章编号]  2096-0603（2022）22-0160-03

一、引言

职业教育是我国教育体系的重要组成部分，是培养技术技能型人才的主渠道。现阶段我国职业教育依然存在一些问题，如教材单一、教师的结构性矛盾、专业设置不合理、课程枯燥等。大数据技术、云计算技术等新兴信息技术引发了教育模式的变革，教育信息化成为当下教育发展的大方向。其中，虚拟现实技术让使用者拥有沉浸交互的体验感。职业教育强调实践性，注重培养学生的职业技术能力，非常容易因训练场所、实验设施、实验安全等因素，导致教学效果大打折扣，而虚拟现实技术的虚拟操作性、沉浸式体验感和交互性，能够实现职业教育中对模拟实践教学的需要。为此，本文对如何有效将虚拟现实技术应用于职业教育，提升职业教育质量，为国家培养更多更优秀的职业技术人才展开论述。

二、虚拟现实技术的基本概述

虚拟现实技术起源于计算机图形学，经过多年的演变成为一项新兴的前沿技术。虚拟现实技术是一个高度融合的整合体，融合了当代仿真学、人机交互学、传感学等多个学科领域，落脚点在于构建三维立体环境使用户获得更好的沉浸式体验。科幻小说家温鲍姆（S. G. Weinbaum）幻想了主角在戴上特制眼镜后进入另一个奇妙的世界，这是最早的虚拟现实构想。头戴式显示器可以与用户身上的穿戴式传感器相连，用于训练军事人员完成各种危险任务。虚拟现实技术已成为社会关注的热点，研究其能否与职业教育教学结合，将有效促进职业教育的发展。一方面，我们要根据研究成果，总结虚拟现实的基础性技术并预测未来的颠覆性技术，根据职业教育的特点，分析虚拟现实技术的适用性。另一方面，我们要根据虚拟现实技术的发展趋势，依据学习理论阐述虚拟现实技术与职业教育会有怎样的创新发展。

三、虚拟现实技术在教育领域中的应用

虚拟现实技术在近几年有长足的发展，从最初的服务军事部门到现在逐渐向民用领域过渡，展现了它应用范围的广度。虚拟现实技术是一种面向应用的技术，现在涉及的领域包括教育、建筑、娱乐和旅游等。

（一）美国虚拟现实技术在教育教学中的应用

美国将VR技术使用在教育领域，利用大数据技术、云计算技术等新型技术和头戴式交互式显示器等硬件设备，使虚拟环境更加丰富、立体，增强用户的沉浸感。

1.虚拟现实技术应用于职业教师职前培训领域

TeachlivE是美国中佛罗里达大学利用虚拟现实技术开发的实训系统，该系统创造了一种虚实融合的教学环境，提高教师职业技能训练的成效。曹彦杰是国内第一个研究美国中佛罗里达大学TeachLivE模拟课堂实验室的人。TeachLivE模拟课堂实验室预设不同教育水平的虚拟学生，教师实习生在使用系统时可根据实际情况选择学生。为通过系统认证，他们需通过三个阶段课程考核，这就是教师教育中运用TeachlivE的具体步骤与方法。虚拟现实技术构建了一个高度仿真的模擬课堂，能快速提升教师教学、管理和反馈技能。

2.虚拟现实技术应用在人工智能领域

随着人工智能技术的发展，智能管家、语音助手等虚拟人物生活管理软件也与教育教学有效融合在一起。人工智能在教育领域中得到深入发展，James C. Lester结合了虚拟现实技术和人工智能技术，创造了虚拟教学代理。虚拟教学代理是学生跳脱于现实世界之外的虚拟导师，它与机器人最大的不同是其可以模仿人类的情感和学生进行交互，让学习变得更有吸引力。虚拟教学代理是一种学习工具，通过创设真实的上课情境帮助学习者更加沉浸地学习。学习者可以根据自己的需要选择不同等级的虚拟教学代理，如初级学习者可以将教学代理视为真正的老师，听他授课;中级学习者可以把虚拟教学代理当成交互式学习的学习对象;高级学习者可以把虚拟教学代理当成自己的学生，通过对虚拟教学代理讲授课程内容获得自我能力的提高。

3.虚拟现实技术应用在生物医学领域

虚拟现实技术最早就是应用在生物医学领域，研究生物医学领域的一些独创性项目也会对教育教学的发展起到积极作用。克里斯教授针对分布式多用户虚拟环境建造一个虚拟生态教学环境的课程——EcoMUVE，它旨在支持学生对生态系统概念和环境发展过程的学习。该课程利用虚拟现实技术创设出一个仿真的虚拟现实环境，学生可以在这个虚拟仿真环境中运用课程讲授的知识和资源对虚拟的居民进行医学询问，根据他们不同的病症给出相应的医疗建议，有利于学生进行实践、实训。EcoMUVE沉浸式生态课程的特征有以下几点：以学生为导向的学习、自主探究、基于角色的教学、沉浸在虚拟环境中的体验。实验通过收集学生的学习态度，对学习内容的掌握以及教师反馈，认为适用该技术后，学生的学习积极性和对内容的理解都有所提高。克里斯教授在EcoMUVE课程的基础上加上位置移动技术建设了新课程——EcoMOBILE。EcoMOBILE课程主要解决以环境为主要因素的问题，如让学生带上FreshAiR（一种增强现实应用程序）的移动无线设备，让学生在池塘实地考察，观察覆盖在池塘水面上的虚拟画面，学习并且理解水质检测的方法。

（二）我国虚拟现实技术在教育教学中的应用

我国目前将虚拟现实技术与职业教育结合主要依赖于VR和AR技术，具体表现形式为构建虚拟学习环境、利用VR游戲教学、利用AR进行职业教育培训。

1.构建虚拟学习环境

虚拟学习环境的具体表现形式有虚拟课堂、虚拟实验室等。构建虚拟学习环境从学生角度来说，有利于学习者身临其境地体验课堂;从教师教学角度来说，有利于将复杂的课堂内容简单化，更易于学生理解。以高二物理“原子弹与核裂变原理”这节课的内容构建虚拟学习环境，用三维模型设计出一个大框架，制作一个展示原子弹内部结构的模型，还可以利用AR技术展示核裂变的过程，将抽象的内容变得通俗易懂。除了对基础知识进行虚拟建构，也可以在其他地方设计模型，为了将学习者的注意力集中在本节课的重点和难点，在三维模型构建的过程中，可以有重点地对整个仿真环境进行取舍。如讲原子弹的外部构造时，可以适当减少对内部构造和操作流程的虚拟环境制作，用简单的场景反衬实体模型，刘俐利认为这是设计的“相关性原则”。

2.基于VR和AR的教育游戏研究

教育游戏可以在一定程度上增加学习的趣味性，并使学习者的学习积极性维持在一个较高的水平上，参与性提高了，学习效率就会高，学习结果自然就会有所提升，这体现了教育的多样性和丰富性。在对昆虫的学习中，教育游戏还可以帮助学习者克服内心的恐惧。融合了增强现实技术的教育游戏更有环境沉浸感，学习者可以在特定环境下进行学习。风靡全球的Pokemon Go游戏就是利用基于位置的增强现实，使人们感受到户外学习的乐趣。现在我们把这项技术运用到教育实践中，例如对生态环境的探索，通过预先将演示内容链接到学习资料中，开启特定扫码软件读取资料信息时就会出现实时影像，即各式各样不同的三维生物模型。

3.基于AR的新型职业教育研究

职业教育是教育的一个重要环节，将虚拟现实技术运用到职业教育中是推动教育发展的重要进步。欧洲率先将增强现实技术运用于职业教育，开展了LARGE Project和ARAVET Project等项目，既能为用户提供职业教育培训，又能创造符合用户需求的仿真教育平台。乔兴媚等人研究了AR技术会影响职业教育发生怎样的教学模式变革。可穿戴的AR设备可以模拟精细作业场景，弥补因现实的限制而导致的实践不足。当操作有行业标准要求时，我们可以在模拟场景的关键节点上设置AR触发装置，一旦操作者有操作失误或者不符合操作规范的行为出现，AR触发节点就会自动报警，提示用户并且给出修改意见。这种实时触发的AR技术可以让用户熟悉本行业的操作规范。

（三）虚拟现实技术应用于教育的适用理论

随着近年来越来越多的虚拟现实技术与职业教育结合的项目和范例出现，一些适用的学习理论也应运而生。胡智标认为“一项新技术能否应用到教育领域，除了技术本身要具备一定的适用性，还要得到相关学习教育理论的支撑，才能使技术应用实现最理想的效果”。

1.建构主义学习理论

建构主义学习理论的核心是搭建一种环境来辅助学习者对知识进行了解和掌握。那么如何搭建环境、搭建一种怎样的环境就至关重要。虚拟现实技术可以充分吸收现实世界的资源，将这些资源映射到虚拟空间中，富含了丰富的资源和场所，这就更能汇集学习资源来满足构建的要求，也符合皮亚杰的“把实验室搬到课堂中去”的主张。

2.自主学习理论

自主学习理论是以学习者为学习的主导者，教师作为学习的辅助者和引导者，帮助学习者自主探索世界。在学习者探索世界的过程中，学习需求会自然而然显露出来，而虚拟现实技术可以为学习者提供丰富的学习资源和学习场所，满足学习者在不同时间产生的学习需求，弥补教师因为知识能力缺陷和反应不及时而造成的辅助学习失效。

3.具有认知理论

传统的教学方式之所以被称为“填鸭式教学”，就是因为它只注重知识的总量和传输，并没有深入研究怎样教学才能使学习者真正领悟和内化所学知识。具有认知理论注重学习者身心合一，认为身体和意识是不能分开的。身体是世界经验和人类自身经验沟通的桥梁，我们不能脱离身体只谈意识。虚拟现实技术与教育职业结合的重要目的就是为了增强学习者身临其境的体验感，以此加强学习者获取知识的积极性以及对抽象复杂事物的理解力。随着虚拟现实技术的发展和丰富，现代教育教学可以将VR/AR/MR等技术交叉使用，采用混合式教学方法。混合式教学方法的优势是“虚拟实验室”，那些在现实中很难完成的实验（如对月球的探索）和存在一定操作风险的实验（如易燃易爆化学物质的合成）都可以在混合式教学的虚拟实验室下完成，提升学习者的学习体验。

四、虚拟现实技术与职业教育结合的创新发展

职业教育是我国教育发展历程中不可或缺的一部分，我们必须要构建完整的职业教育体系，做到上能衔接高等教育，下能对接基础教育。崔宇馨等人认为，我国职业教育出现存量不足的现象，社会结构失衡可能导致技术型人才市场的断层，所以优化职业教育教学模式，更新职业教育教学方法，将虚拟现实技术等新技术与职业教育结合，向职业教育教学注入新血脉的任务刻不容缓。

（一）虚拟现实技术在职前教师培训中的应用

虚拟现实技术凭借其独有的沉浸式体验和仿真模拟场景等功能，被越来越多地用于军事、医疗、教育教学、游戏、商业等领域，受众面越来越广。虚拟现实技术可以对教师进行职前培训和仿真教学实践。模拟教学环境是培训教师过程中极其重要的构建情景式教学方法，通过模拟真实的课堂环境让教师能够提前适应教学方法并熟悉教学流程。现阶段，我们要将新技术引入教师培训，使得教师发展紧跟学生发展，避免出现教师教育技能与学生学习技能不匹配的现象。美国的混合现实教学实训系统是利用VR技术让用户沉浸于一种完全“真实”的课堂环境中，以提升教师的教学技能和学生的学习素养。这个软件包含不同学术水平的虚拟学生，也有代表教师或父母这样的虚拟成人。每个虚拟的人都有属于自己的性格特点，教师可以根据自己的实际需要选择性实践，还可以向虚拟家长做出陈述和反馈，也可以举行模拟家长会。模拟实践者可以获得第一手现场教学的经验，作为以后进行实体课堂教学的基础。

（二）虚拟现实技术在教材开发中的应用

教育信息化時代开始后，职业教育在教材信息化方面涌现出许多研究成果，如项目化教材、活页式教材等新型教材。2020年，山东信息职业技术学院率先研发了《机械设计基础项目化教程》教材。这本教材以结果为导向，在对学生毕业意向进行筛查后，结合学生的需求和市场的需要将教学内容重组，并与虚拟现实技术中的VR和AR技术进行融合，将重点和难点以三维虚拟场景构建的方式呈现在学习者面前，将抽象内容简单化。例如牛头刨床系统分析这个项目，它的教学演示内容都用VR技术复制到仿真场景中，学生借助VR眼镜，在虚拟空间中模拟操作刨床，可以身临其境感受整个工作过程，达到实践操作的目的。

（三）虚拟现实技术在课程内容革新中的应用

针对职业教育因专业设置不合理而导致的课程枯燥、实训课程发展缓慢、学生学习兴趣低等问题，可将虚拟现实技术应用于教学资源的设计与开发，包含实训基地的建设、教师信息化应用能力的提升、虚拟实训平台的设计和开发等，而其中的重点是对于模拟教育实训、虚拟实验室的开发。这样既节省场地空间的资源成本，还帮助学生正确运用抽象的学术知识，虚拟仿真实训平台不仅可以使教师跟踪管理教学环节，还能让学生通过平台进行在线实训操作、课后考核等。

五、结语

通过研究可以发现，现阶段对虚拟现实技术与职业教育的结合大多集中在教学资源开发方面，尤其是在实践实训和虚拟实验室开发方面，但一些中职学校和职业学校并没有足够现金的基础设施和启动资金将虚拟现实技术真正运用到课堂中，难以将两者结合的根本原因是开发的虚拟实训平台与职业教育教学的需求差异较大，所以实训平台的开发将会是今后虚拟现实技术和职业教育结合的重要发展方向。本文从职业教育的内涵和现状出发，通过研究职业教育存在的问题，总结了近几年虚拟现实技术是如何解决这些问题的，提出了虚拟现实技术与职业教育结合的现存短板和未来发展趋势，为教育信息化时代下我国职业教育的创新发展提出针对性建议。

参考文献：

[1]徐英萍.虚拟现实技术在高等职业教育中的应用研究综述[J].软件导刊，2020，19（7）：281-284.

[2]Weinbaum，S. G. Pygmalion’s Spectacles[M].Auckland：The Floating Press，2012.

[3]曹彦杰.虚拟现实技术在美国教师教育中的应用研究：以中佛罗里达大学为例[J].比较教育研究，2017，39（6）：93-102.

作者简介：冯歆然（1998—），女，汉族，河北唐山人，硕士研究生，研究方向：虚拟现实技术与教育融合。