虚拟现实技术与职业院校教学手段融合的路径研究

刘 艺，李江涛

（广东技术师范大学，广东 广州 510665）

大数据技术、云计算技术和人工智能技术等新兴信息技术推动教育模式朝着信息化方向变革，也为职业教育的发展带来了新的机遇。《关于推动现代职业教育高质量发展的意见》中提出“促进现代信息技术与教育教学进行深度融合”，能够提高课堂教学质量，推动人才培养模式改革，满足学生的多样化学习需求。2022年4月20日修订《职业教育法》，这为推动职业教育现代化发展带来了机遇。作为新一代信息技术的重要前沿方向，虚拟现实技术正面解决了传统职业教育实训中无临场体验性、危险系数较高的问题，为职业院校改革传统教学模式增添了助力。就虚拟现实技术与教学的融合而言，应摒弃将技术作为工具辅助教学的观念，改变技术游离于教学过程之外的现状，促进技术与教学深层次的融合。吴传刚认为虚拟现实技术与教学深度融合主要围绕技术层面展开讨论，通过企业、教师、政府、学校四大主体共同推进虚拟现实技术与教学融合［1］；史文鑫认为教师积极参与虚拟现实技术与课堂融合的研究并探索两者融合的方式、教育主管部门给予政策方面支持等是促进虚拟现实技术与教育教学融合的方式［2］。因此，推进虚拟现实与职业教育教学手段融合，首先能拓宽学生的认知方式，激发学生主动性，其次能创新职业院校教学模式，最后能提升学生职业技能水平，这对促进职业教育现代化具有重要意义。

一、虚拟现实技术与职业院校教学手段融合的必然性

（一）符合新时期对职业教育人才的现实需求

经济社会发展需要越来越多的大国工匠，而培育大国工匠，离不开高质量的职业教育。目前我国已建成世界上规模最大的职业教育体系，目前共有职业学校1.13万所，在校生超过3000万人。职业院校大力推进高级技术技能人才的培养，但目前高级技术人才缺口较大。技术工人追求的是“工匠”精神，一名称职的中高级技工需要多年的学习和历练。职业教育注重培养学生职业操作能力，其教学效果容易受到实训场所、实训设备及过程安全性等因素的影响，而虚拟现实技术的沉浸性、想象性和交互性特点可以解决这一系列问题，实现职业教育对于更新快、安全性高的实训教学的需要，能够更好地提高职业教育的质量，培养更优秀的职业技术人才。

（二）是信息化时代职业教育教学手段与新融合模式的创新

信息技术与教育教学融合推动教学模式的变革。一方面，虚拟现实技术突破时空限制，推动学习环境创新；另一方面，虚拟现实技术融于教学过程的各项要素中，改变了传统教学方法、教学工具及教学内容等环节。在传统教学模式中，老师一般在教室里面向多名学生讲解知识，教学内容呈现方式较为单一。虚拟现实技术的应用可以弥补传统教学模式的不足，根据课堂教学内容构建相应的虚拟环境和交互内容，改变枯燥封闭的黑板式课堂教学，改变传统的师生关系、教学环节和流程，转向可扩展、多样化交互学习环境，使学生能够通过自身与数字化模拟环境的交互体验来获得知识和技能，开阔学生思维，帮助学生夯实技能操作的基本功，提升学生的综合应用能力，最终使学生能够根据教学过程中的问题和自身需求进行个性化的探索。

（三）符合教育的内在规律

虚拟现实技术是融合数字图像处理、计算机信息技术、仿真技术和传感技术等多学科领域技术的整合体，目的在于构建在视、听、触感等方面与真实环境高度近似的三维立体环境，使用户获得更逼真的沉浸式体验。Burdea和Coiffet提出虚拟现实具有“3I”特征，即沉浸性、交互性、想象性。［3］沉浸性是通过交互设备，使用户通过视觉、听觉、触觉感知虚拟环境的刺激，造成心理沉浸，如同置身于真实世界，从而增加对学习的兴趣。交互性是用户利用多样的传感器设备，通过动作、语言自然地与虚拟环境中的物体进行交互，同时收到实时、多感官的反馈，创新了传统教学模式，提高了学习者与老师之间的沟通效果。想象性是指用户在虚拟环境中可以对知识信息进行建构，打造不同的虚拟世界，将抽象概念具体化，激发创造性思维，获得对事物更深刻的理解和认知。

鲁本（Ruben Puentedura）博士提出了著名的SAMR模式（如图1所示）。他将技术融入教学分为四个层级：一是代替（Substitution），即技术是直接替代性工具，对学习任务无功能性改进；二是增强(Augmentation)，即技术是直接替代性工具，对学习任务有功能性改进；三是改进(Modification)，即技术允许重大任务进行重新设计；四是重构(Redefinition），即技术可以创造前所未有的新任务。［4］

图1 SAMR模式层级图

沉浸性改变了教学内容的呈现方式，以替代传统的教学模式。在传统认知中，用户一般通过阅读学习材料和聆听老师授课来获取知识，这一过程中，用户通过视觉、听觉等感官来接受信息，再通过对文字信息的意义加工和大脑想象来形成认知并获取知识。但这种传统的认知活动容易使用户失去学习兴趣。而虚拟现实的沉浸性带来新的学习模式，用户可以穿戴相应的虚拟现实设备，保障其感官较少受到外界干扰，更加专注虚拟现实投入到虚拟教学环境当中。想象性改变了教学情境，强化了学生的相关学习体验。在虚拟现实教学中，教师可以自主想象教学情境，通过建构合理的教学情境将教学活动生动化，并为学生提供沉浸学习的基础。虚拟现实的想象性还能够方便学习者对学习任务进行反复训练直至熟练。例如，设计专业学生若设计出的作品尚未达到要求或需继续打磨，那么可以利用虚拟现实技术对作品进行重新设计或再修改。交互性改变了教学主体角色。教师通过虚拟现实教学的交互活动，转变其传统教育教学方式，从而转变教师角色。虚拟现实教学课堂中师生共同处在一个场域，共同参与教学活动，解决教学问题。学生感受教师经验，体会教师教学方式和方法，其元认知能力也逐渐变化，教师在这一过程中也逐渐转变为学生元认知的促进者。

二、虚拟现实技术与职业院校教学手段融合存在的主要问题

（一）教师认知不足且实际操作能力不强

在职业院校的教学中，虚拟现实技术对大多数教师来说还属于较为陌生的新兴技术。一方面，在传统教学模式下，大多职业院校教师的课堂教学工作以口头传授与多媒体教学为主。虚拟现实技术的引进给职业院校教师的教学带来了感官上的冲击，但教师对该技术的理解仅停留在该层面，没有进一步深入研究。教师对两者融合缺乏理性的认识，在使用过程中一旦遇到困难易造成心理上的排斥。因此教师缺少主动应用新兴虚拟现实技术的意识，导致虚拟现实技术在实际教学中的应用不够深入。而且部分教师对虚拟现实技术能够改变教学结构、功能的认识不足，也直接影响虚拟现实教学的发展。另一方面，有些教师信息化教学能力不强。目前大多数教师都不具备熟练运用新兴虚拟现实技术工具的能力，达不到虚拟现实技术的教学要求，难以开展高质量的虚拟现实技术融合工作，限制了职业院校教育教学与虚拟现实技术的深度融合。

（二）虚拟现实技术与职业院校教学手段融合趋于表面化

由于教师对虚拟现实技术与职业院校教育教学融合重要性的认知不足，因此职业院校教育教学与虚拟现实技术的融合往往流于表面。深度融合不仅指的是虚拟现实技术作为教学工具出现在教学中，更重要的是在教学内容、教学方法、教学评价等层面融入虚拟现实技术，全面有效地应用虚拟现实技术革新教学模式。

根据《职业教育信息化发展报告（2021版）》显示，数字教育资源应用情况调查表明，12.55%的学生坦言自己不太使用虚拟仿真实验软件，有42.2%的受访教师从未使用过虚拟仿真实训环境开展教学活动。［5］由此可见，虚拟现实技术并未在创新教学模式、提升教学质量方面发挥应有的潜能，并且出现了当下大热的新技术、新设备、新技术环境等“被闲置”“被冷却”的现象。总之，这些形式化问题，使教育教学中内容、方法、思想、资源与虚拟现实技术的深度融合难以实现，限制了职业院校在信息时代的教育革新发展。

三、虚拟现实技术与职业院校教学手段的融合路径

（一）融入教学理念：加强融合重要性的认识

职业教育现代化不仅是实现设施设备现代化，更重要的是实现教育理念和教育技术现代化。职业院校着力推动虚拟现实技术与职业院校教学手段深度融合，需要加强教师对二者融合重要性的认识。首先，教师应主动转变角色。根据建构主义理论，教学内容需要学生主动参与来构建知识结构，使学生的被动学习变为主动接受学习，此时，以教师为中心的讲授形式也转变为以学生为中心的个性学习。因此教师应贯彻现代化职业教育理念，努力转变角色，成为学生学习的引导者。其次，教师需主动加强对虚拟现实技术与教学手段深度融合的理性认识，理解虚拟现实技术的3I特性与教学主体、内容、环境等内在要素和结构功能的关系。此外，还可以开展教师教研活动，激发教师发挥集体智慧，对虚拟现实教学实施的各个环节进行逐一击破，使虚拟现实技术更好地融入教学中。

（二）融入教学过程：三个转变

借助虚拟现实技术的应用推动职业院校教育教学的关键是两者的“深度融合”，需要将虚拟现实技术与教学内容、教学交互、教学场景等方面进行融合，处理好技术游离于教学过程之外的问题。

第一，转变教学内容呈现方式。推动教材信息化建设，将虚拟现实技术融入教材。学校可以结合学生需求和企业、市场需求将教学内容重组，与虚拟现实技术进行融合，将教学内容中的重难点和抽象知识点以虚拟场景构建的方式呈现在学生面前，学生借助VR眼镜进行模拟操作，身临其境地感受整个工作过程，从而加强学生的实践操作能力。例如，山东信息职业技术学院的虚拟现实技术团队制作了《机械制图》教材，其中包含108个虚拟现实/增强现实资源，学生可以更直观地学习，大大提升了学习效果。此外，为推进学科课程建设，虚拟现实教育硬件开发、虚拟现实教育系统和教育课程资源开发都要与学科化研究机制相结合。一线教师也应参与虚拟现实课程研发，不断提高虚拟现实与课程的融合度。

第二，改变教学交互方式，实施互动教学。教师以角色模拟的方式与学生进行交流互动，共同探讨学习问题，方便教师及时获得学生的反馈。在人机交互活动中，虚拟现实技术创造一个环境，学习者利用头盔、手套/手柄等设备工具进行演练操作，完成职业教育所需的实践练习，计算机收到交互信息后会记录学生的操作过程并给予反馈，同时可以根据学习者的薄弱环节进行个性化、针对性的训练。在人人交互活动中，充分的师生交互活动可以转变传统的教学方式，继而转变教师的课堂角色。学生在虚拟环境中与教师进行交互时，不仅能得到教师对学生上课过程的反馈与评价，也可以提高学生的元认知能力。此外，同学间的交流互动能够促进学生团队协作、问题解决能力的提高，使学生们在虚拟现实环境中交流更加顺畅。

第三，转变教学场景。建构主义强调对具体情境的构建，知识只有通过具体情境中的应用才能真正被人内化、理解。由此，只有在真实情境中学习才有助于学生理解知识、掌握知识、运用知识，培养学生的实践操作能力。虚拟现实技术能够为学生提供生动、逼真的学习环境，能够让学生在虚拟的学习环境中扮演一个角色，成为虚拟环境的一名参与者，全身心地投入到学习环境中去。［6］虚拟仿真实训基地教学是职业教育教学的主要战场，包含虚拟现实场景教学区、虚拟现实综合实践区等。比如，虚拟现实场景教学依托虚拟现实3D立体显示大屏以及丰富的虚拟仿真教学资源，满足汽车运用与维修、旅游服务与管理等专业在实训教学过程中多维度的情景创设途径的需求，教师可以将复杂、抽象、难以到达的教学内容和场景在虚拟现实环境中呈现，学生可佩戴3D眼镜跟随教师的视角观看相应的场景，学习相应的知识和操作方法。虚拟现实综合实践区能够在教学过程中将教学内容与生产实际、学生未来职业岗位相联系，形成职业能力培养的需求。

（三）融入教学评价方式

与传统实训不同，虚拟现实实训主要通过对学生的虚拟操作过程进行管理，借助虚拟现实技术代替评价人员的人工操作，持续追踪学生的动态数据，如眼部状态、肢体动作、心率等数据，再对数据进行统计、挖掘，分析各环节情况，作出智能评定和预测。将虚拟现实技术融入教学评价中，可以为学生构建实训学习档案，合理评估实训成效，为实训教学策略的调整提供依据。

四、虚拟现实技术与职业院校教学手段融合的对策

（一）加强政策引导

虚拟现实技术的应用离不开国家政策的推动，而响应政策离不开资金的投入。职业教育由于其职业性特点，要求职业院校提供相关的实际技能训练，这离不开训练设备的资金投入。而学校是非盈利组织，且虚拟现实设备价格昂贵，因此职业院校更需要获得政府一定的资金支持。此外，政府可以主导构建产教融合的虚拟现实教学研究体系，支持在职业教育领域建立实训基地和研究基地，让实训基地建设带动教学研究，加大对虚拟现实技术的扶持力度，鼓励学校进行教学模式改革。

（二）提高教师的教学水平

虚拟现实技术的开发核心和直接使用者是教师，其教学理念会对学生的创新思维和操作能力产生直接而深远的影响。因此职业院校教师应从以下方面将虚拟现实技术更好地引入职业教学当中。首先通过虚拟现实教学培训来提高教师素养。教师应积极学习最新的虚拟现实技术，提高自身科学素养。教师可以通过学校培训课程、网络课程等方式学习掌握虚拟现实技术的基本原理和操作应用，同时在授课实践当中不断反思。在培训过程中，职业院校应围绕融合实训课程与虚拟现实技术的资源平台建设、教学方法、教学理念来展开培训内容，提高运用虚拟现实技术的水平和熟练程度。教师在教学过程中通常具有稳定的教学习惯，应利用培训活动营造的氛围，主动打破原有的教学习惯，接受并融入虚拟现实技术。在培训环节中，职业院校应采取理论结合实践的方式，引导教师在教学过程中主动应用虚拟现实技术指导学生，使教师新习得的有关技能得到有效发挥。同时，在实际教学中，职业院校应构建相应的评价体系，主要评价教师的理论应用情况和虚拟现实技术的使用情况。

（三）与实践教学相结合，助力职业教学手段模式创新

职业教育主要是培养学生的实践操作能力，而虚拟现实技术教学并不能替代真实的动手实践，如何将虚拟现实训练有效融入实操实训中，是职业教育探索教学新模式亟须考虑的问题。首先，采用虚拟现实训练与实操实训相结合的教学方案时，学生在经过虚拟现实训练后，掌握基本的操作技能、方法和注意要点，再进行真实的实操实训，这样教学效果会更好。其次，教师可以为学生提供具备典型性和真实性的项目，将整个项目学习过程分解为一个个具体的子项目，子项目之间需要设置难度梯度，使复杂性和多样性逐级增加，完善巩固学生的知识和操作技能，从而培养学生探究复杂问题和解决问题的能力。最后，为给学生营造独立探究、团队合作的氛围，学生掌握理论知识和实际操作技能后，教师需淡出脚手架。同时教师可以借助虚拟现实平台设计小组合作、小组比拼等游戏方式，促进学生的团队合作意识形成。

（四）强化虚拟现实技术研发

首先，提高虚拟现实基础技术条件。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输出设备，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，使其适合职业教育教学要求。其次，基于社会需求进行技术研发。虽然高市场占有率的虚拟现实企业在技术上拥有较多的专业人才，但是若将虚拟现实技术引入教育教学，职业院校的一线教育工作者在教学领域的实践能力就显得尤为重要。所以在技术研发过程中，相关技术企业必须和职业院校、一线教育工作者和教育专家沟通，了解教师、学生的真实需求，使虚拟现实技术的研发与教学紧密结合起来，研发设计符合相关专业教学实际的虚拟现实技术，使其能作为教学辅助设备，真正能为教学服务，为学生需求服务。

（五）建立虚拟教学资源平台

建立虚拟教学资源平台，将职业院校优秀的教学资源进行共享，如课件、视频等，确保满足日常教学需求，优化教学过程。在开发前期，要进行充分调研，以全面了解实际职业岗位的技能要求，总结出相应的学习情境，设计实训环节的开发内容。同时也要深入职业院校学生群体，了解学生的学习习惯和学习方式，依此设计虚拟平台的交互方式和呈现方式。资源平台不再受制于上课时间、地点、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，为职业院校共享优质的教育资源。广大学子能够登录同一个虚拟现实教育资源云平台，反复学习相同的内容，可以在虚拟现实环境中沉浸式地上课、练习。这种方式减少了老师备课讲授的时间，不仅节约了人力资源，而且能够减轻教学资源压力，为职业院校的学生创造了更先进的智慧学习环境，转变了学习模式，提高了学习效果。

结语

根据虚拟现实技术的沉浸性、交互性和想象性的特征，将虚拟现实技术与职业教育融合，将对未来创新职业教育模式、提高教师信息素养、发展现代职业教育产生重要影响。但是，目前虚拟现实技术在硬件和软件方面还有待进一步完善提高。今后，随着虚拟现实技术的成熟，虚拟现实教学将逐步融入教学环节和人才培养目标中，以培养创新型高素质技术技能人才为目标，通过创新应用虚拟现实教学手段，提高学生主动学习、参与创新的能力，在完善虚拟现实教学资源平台化建设基础上，为职业教育发展提供技术支撑，满足培养高素质技术技能型人才的客观需求。