虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在電子類專業(yè)職業(yè)教育中的應(yīng)用*

劉穎（天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)電子工程學(xué)院 天津 300222）

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在電子類專業(yè)職業(yè)教育中的應(yīng)用*

劉穎
（天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)電子工程學(xué)院 天津 300222）

針對(duì)電子類專業(yè)職業(yè)教育的培養(yǎng)目標(biāo)，論述了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在理論教學(xué)與技能培訓(xùn)中的應(yīng)用前景。將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于電子類專業(yè)職業(yè)教育，不僅可以適應(yīng)學(xué)生理論學(xué)習(xí)中情景化及交互性的要求，而且也能更好地滿足鍛煉和提高學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力的需要。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；電子類專業(yè)；職業(yè)教育

電子類專業(yè)職業(yè)教育的目標(biāo)，是培養(yǎng)能夠從事與電子信息技術(shù)有關(guān)的信息處理、通信技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等領(lǐng)域工作的應(yīng)用型技術(shù)人才，要求畢業(yè)生動(dòng)手能力強(qiáng)、專業(yè)基礎(chǔ)扎實(shí)，并能夠很快適應(yīng)崗位工作。職業(yè)能力的養(yǎng)成，需要學(xué)生不僅扎實(shí)地學(xué)習(xí)理論課程，還須接受大量的實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)、課程設(shè)計(jì)、專業(yè)實(shí)習(xí)等實(shí)踐環(huán)節(jié)的訓(xùn)練。這就意味著職業(yè)院校需要投入大量的人力、物力來滿足這些實(shí)踐環(huán)節(jié)的需要，如多個(gè)指導(dǎo)教師、多套電子設(shè)備的投入以及大量元器件的消耗等。此外，當(dāng)今電子信息技術(shù)及其應(yīng)用的迅猛發(fā)展，對(duì)學(xué)生的電子信息技術(shù)應(yīng)用能力提出了更高的要求，如何在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)，提高學(xué)生的專業(yè)應(yīng)用能力以適應(yīng)專業(yè)技術(shù)的發(fā)展，是亟待解決的問題。因此，合理利用最新技術(shù)改變舊的教學(xué)方式與實(shí)踐方式，縮短理論與實(shí)踐相結(jié)合的時(shí)空距離，減少實(shí)踐環(huán)節(jié)長期持續(xù)的人力、物力消耗，無疑是一條值得探索的有效途徑。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一門新興的高端綜合性信息技術(shù)，它融合了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、多媒體技術(shù)、傳感器技術(shù)、數(shù)字圖像處理、人工智能等多個(gè)信息技術(shù)分支。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的飛速發(fā)展，其應(yīng)用也由最初的網(wǎng)絡(luò)游戲領(lǐng)域擴(kuò)展到了航空航天、建筑設(shè)計(jì)、三維醫(yī)學(xué)成像、電力、化工、教育、制造業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有多感知性、沉浸感、實(shí)時(shí)性和交互性等突出特征，對(duì)電子類專業(yè)職業(yè)教育培養(yǎng)動(dòng)手能力強(qiáng)、專業(yè)技能扎實(shí)的專業(yè)技術(shù)人才具有極大的輔助作用。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)及虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的組成

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有如下特點(diǎn)：多感知性，包括視覺感知、聽覺感知、觸覺感知、味覺感知及嗅覺感知等；沉浸感，指用戶在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)造的三維虛擬環(huán)境中產(chǎn)生身臨其境、沉浸其中的感覺；實(shí)時(shí)性，指虛擬環(huán)境中的各種“物體”會(huì)按照各自的規(guī)則根據(jù)用戶的操作指令實(shí)時(shí)響應(yīng)；交互性，指用戶可通過專用設(shè)備或接口實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬環(huán)境的考察和操作，并能從環(huán)境中得到反饋。

構(gòu)建一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的基本手段和目標(biāo)就是利用并集成高性能計(jì)算機(jī)軟硬件及各類先進(jìn)的傳感器，結(jié)合計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、圖像處理與識(shí)別技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)、分布處理技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、多媒體技術(shù)等，創(chuàng)建一個(gè)具有沉浸感、交互性的虛擬環(huán)境。構(gòu)造這種虛擬環(huán)境，在硬件方面需要跟蹤系統(tǒng)、觸覺系統(tǒng)、音頻系統(tǒng)、圖像生成和顯示系統(tǒng)以及高性能計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)等；在軟件方面，除一般軟件支撐環(huán)境外，還需要能把各種數(shù)據(jù)庫及各種CAD軟件進(jìn)行調(diào)用和互聯(lián)的集成環(huán)境。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于電子類專業(yè)職業(yè)教育的意義

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種能有效地模擬人在某種環(huán)境中的各種感受及動(dòng)作行為的高級(jí)人機(jī)交互技術(shù)。它所產(chǎn)生的局部世界并非真實(shí)世界，而是人造的虛構(gòu)世界。但是當(dāng)用戶通過人機(jī)接口進(jìn)入這種虛構(gòu)世界時(shí)，卻感覺與現(xiàn)實(shí)世界基本相同。在虛擬現(xiàn)實(shí)世界中，用戶通過視、聽、觸等感覺的逼真體驗(yàn)，直接參與和探索虛擬對(duì)象的作用和變化，從而產(chǎn)生對(duì)相應(yīng)真實(shí)對(duì)象的理解和感受。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于電子類專業(yè)的職業(yè)教育領(lǐng)域，可以很好地解決教學(xué)的情景化及交互性要求，使學(xué)生在較短的時(shí)間內(nèi)對(duì)所學(xué)內(nèi)容產(chǎn)生深刻的印象，從而加深理解。

增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果 由于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有情景化與臨場(chǎng)化的特點(diǎn)，將其應(yīng)用于教學(xué)之中，能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的各個(gè)感覺器官，使學(xué)生全身心沉浸在學(xué)習(xí)環(huán)境中，通過自身對(duì)環(huán)境中各種信息的體驗(yàn)來獲得知識(shí)和技能。在傳統(tǒng)教育模式下，學(xué)生僅僅通過教材和教師的講授來獲得知識(shí)，要想取得較好的學(xué)習(xí)效果，尤其是攻克難點(diǎn)，必須通過教師反復(fù)詳細(xì)講解、學(xué)生反復(fù)練習(xí)及實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)等環(huán)節(jié)。而且這些環(huán)節(jié)應(yīng)緊密聯(lián)系，每一個(gè)都必不可缺，倘若哪個(gè)環(huán)節(jié)沒有做好，或者各環(huán)節(jié)之間相互脫節(jié)，都會(huì)影響學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。而基于虛擬現(xiàn)實(shí)的教學(xué)則可涵蓋傳統(tǒng)教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)，使那些抽象、枯燥、難懂的學(xué)習(xí)內(nèi)容以生動(dòng)形象的形式表現(xiàn)出來，大大提高學(xué)生的理解程度和掌握速度。例如，對(duì)于繼電接觸器控制系統(tǒng)，在傳統(tǒng)教學(xué)模式下，在理論課上教師只能對(duì)其電子控制原理圖進(jìn)行講解來說明其控制原理，比較抽象難懂，通常需要反復(fù)講解。在實(shí)驗(yàn)課上若要連接建立一個(gè)較為完整的繼電接觸器控制系統(tǒng)，則需要大量密集的連線，要求在實(shí)驗(yàn)器材上做充分準(zhǔn)備，但學(xué)生還是會(huì)感到暈頭轉(zhuǎn)向，摸不清門路。而采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，只需模擬搭接選定的電路系統(tǒng)，調(diào)節(jié)電路元件后，就可立即實(shí)現(xiàn)各繼電接觸器對(duì)電路的控制，從而加強(qiáng)學(xué)生對(duì)理論的理解，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

構(gòu)建開放性的教學(xué)環(huán)境 采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，能夠創(chuàng)建一個(gè)民主、和諧、平等的教學(xué)環(huán)境。師生在其中可以自由地發(fā)表意見，大膽地進(jìn)行各種嘗試；學(xué)生還可自行設(shè)計(jì)和選擇實(shí)驗(yàn)方式，充分發(fā)揮想象力和能動(dòng)性；允許和鼓勵(lì)學(xué)生探索各種可能性，充分發(fā)揮創(chuàng)造力。如構(gòu)造一個(gè)真實(shí)電路的虛擬系統(tǒng)，學(xué)生可以在此系統(tǒng)中搭建各種電路，信號(hào)源、示波器、直流電源、萬用表以及各種電子元件都能在虛擬系統(tǒng)中找到并使用，而且可以得到與在真實(shí)環(huán)境中相同的測(cè)試結(jié)果。此外，當(dāng)出現(xiàn)一些錯(cuò)誤連接時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致真實(shí)環(huán)境中相應(yīng)的不良結(jié)果，如一些元器件的毀壞等，不僅能使學(xué)生直觀地感受到錯(cuò)誤連接的后果，而且能杜絕不安全的因素，避免元器件的消耗。

豐富教學(xué)內(nèi)容，突破時(shí)空及其他因素的限制 應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以演示一些遠(yuǎn)離人們?nèi)粘Ｉ?、不便觀察的自然現(xiàn)象，以及一些硬件設(shè)備太過高昂的實(shí)驗(yàn)。例如，在有關(guān)移動(dòng)通信的教學(xué)中，傳統(tǒng)教學(xué)主要靠教師講授，最多配合多媒體演示一些相關(guān)圖片，學(xué)生難有直觀的和整體的認(rèn)識(shí)。而使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)，學(xué)生可以直接進(jìn)入到移動(dòng)通信系統(tǒng)中的各個(gè)部分和環(huán)節(jié)查看，如對(duì)基站與基站控制器、移動(dòng)交換中心的查看以及查看話費(fèi)的計(jì)價(jià)系統(tǒng)等，從而對(duì)整個(gè)移動(dòng)通信系統(tǒng)有一個(gè)清楚、完整、直觀的認(rèn)識(shí)，輕松地理解和掌握其各個(gè)組成部分的構(gòu)造與工作原理。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在電子類專業(yè)職業(yè)教育中的具體應(yīng)用

在電子類專業(yè)職業(yè)教育中，學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)是第一位的，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也應(yīng)適應(yīng)這一培養(yǎng)目標(biāo)，著力于學(xué)生的實(shí)際操作訓(xùn)練。其具體應(yīng)用可以包括：

建設(shè)虛擬實(shí)驗(yàn)室 在電子類專業(yè)職業(yè)教育中，各個(gè)專業(yè)培養(yǎng)方向都應(yīng)配有該方向的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室，如電路與微機(jī)實(shí)驗(yàn)室、通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室、信號(hào)與信息處理實(shí)驗(yàn)室等。在這些實(shí)驗(yàn)室中，學(xué)生通過實(shí)際操作鍛煉自己的動(dòng)手能力。但是要系統(tǒng)、完善地建立這些實(shí)驗(yàn)室，并使它們緊跟技術(shù)發(fā)展的步伐，需要大量的長期不斷的經(jīng)費(fèi)投入，且需要占用很多場(chǎng)地。而虛擬實(shí)驗(yàn)室可以是這些現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室的真實(shí)再現(xiàn)，還可以是現(xiàn)實(shí)世界中根本不可能存在的實(shí)驗(yàn)室。在虛擬實(shí)驗(yàn)室中，學(xué)生可以參與各種實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)，親身動(dòng)手實(shí)踐，從而實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教育，避免大量人力、財(cái)力和時(shí)間的浪費(fèi)。以通信系統(tǒng)虛擬實(shí)驗(yàn)室為例，它可以在虛擬世界中建立與現(xiàn)實(shí)世界中完全相同的固定電話網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)、衛(wèi)星通信網(wǎng)以及光纖通信網(wǎng)等通信網(wǎng)絡(luò)。這些通信網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室中，有的只能將其簡(jiǎn)化成簡(jiǎn)單的通信模型，學(xué)生無法深入學(xué)習(xí)；有的只能模擬其中一小部分，無法讓學(xué)生看到全貌，學(xué)生難以了解整個(gè)通信系統(tǒng)各部分之間的聯(lián)系與協(xié)作；有的甚至很難在現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室中實(shí)現(xiàn)，學(xué)生只能靠理論課程上教師的講授以及其他圖書資料的介紹來學(xué)習(xí)。而在虛擬實(shí)驗(yàn)室中，學(xué)生可以隨意進(jìn)入各個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)中的任意組成部分，查看任意一個(gè)環(huán)節(jié)的工作狀態(tài)，還可通過動(dòng)手操作（如改變參數(shù)等），改變相關(guān)環(huán)節(jié)的工作狀態(tài)，排查各種故障。這樣，學(xué)生不僅能了解整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)的全貌，還能掌握其各組成部分的工作原理，并能夠熟練地分析各種故障產(chǎn)生的原因，從而快速解決問題。

建設(shè)信息化校園 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)促進(jìn)了高職院校信息化的建設(shè)進(jìn)程，為教育隊(duì)伍提供了一個(gè)高起點(diǎn)的科研環(huán)境，使高職院校的教學(xué)人員和科研人員有一個(gè)更為廣闊的施展才華的空間，也促使學(xué)科建設(shè)不斷邁上新臺(tái)階。電子類專業(yè)職業(yè)教育培養(yǎng)的是適應(yīng)現(xiàn)代電子信息技術(shù)發(fā)展的應(yīng)用型人才。目前，由于電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，各高職院?，F(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備已相對(duì)陳舊，這樣也就難以培養(yǎng)出現(xiàn)有技術(shù)工作崗位所需要的人才。另外，教師對(duì)著一成不變的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備，也感覺沒有自身進(jìn)步和發(fā)展的空間。因此，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建設(shè)信息化校園，可以使學(xué)生受益、教師進(jìn)步，使得教、研、學(xué)同時(shí)更上一層樓，且能使三者間相互促進(jìn)，形成良性循環(huán)，加快學(xué)科建設(shè)的步伐。

建設(shè)遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò) 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于教育網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)教師和學(xué)生間的有利互動(dòng)。這樣，無論教師與學(xué)生之間相距多遠(yuǎn)，無論有多少學(xué)生，學(xué)生都可以與教師“零距離”對(duì)話，從而有利于提高教學(xué)效果和節(jié)約教育投入。在基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)的幫助下，在校學(xué)習(xí)的學(xué)生除課堂學(xué)習(xí)外，還可在課下（如在寢室或校外）登陸遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)以及實(shí)踐練習(xí)，從而收到良好的學(xué)習(xí)效果。另外，學(xué)校還可招收僅在校外學(xué)習(xí)的學(xué)生，實(shí)現(xiàn)不限地域招生和教學(xué)。這樣，不僅學(xué)生可以直接在生源地的家中學(xué)習(xí)，省去住宿、伙食等費(fèi)用，學(xué)校也能夠以現(xiàn)有規(guī)模和設(shè)備招收更多的學(xué)生。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一門嶄新的具有很大潛力的技術(shù)，已經(jīng)越來越多地應(yīng)用于教育領(lǐng)域，并收到了良好的效果。但目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在電子類專業(yè)職業(yè)教育中的應(yīng)用仍處于初級(jí)發(fā)展階段，很多高職院校的電子類專業(yè)還尚未應(yīng)用任何虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，相信虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將會(huì)在電子類專業(yè)職業(yè)教育領(lǐng)域發(fā)揮更大的影響和作用。

[1]王慶.展望虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在職業(yè)教育中的應(yīng)用[J].重慶工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，（2）：48-50.

[2]周彩根.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高職教育中應(yīng)用[J].常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，3（4）：43-45.

[3]孫連榮.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高校教學(xué)中的應(yīng)用[J].佳木斯大學(xué)社會(huì)科學(xué)學(xué)報(bào)，2003，21（3）：90-91.

[4]劉拓.電子教學(xué)中的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)探索[J].中國電力教育，1996，（3）：42-44.

[5]張孝飛，張振國，劉星何.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在農(nóng)業(yè)職業(yè)教育中的應(yīng)用[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007，35（7）：2092-2093.

[6]李海成.計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)解析及其在高校教學(xué)中的應(yīng)用探究[J].計(jì)算機(jī)教育，2009，（6）：124-126.

[7]王俊祥.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其對(duì)教育領(lǐng)域的影響[J].渝西學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005，4（4）：71-73.

[8]陳雁飛，馬建民，高麗.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)綜述[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化，2004，33 （5）：5-7，10.

（本欄責(zé)任編輯：謝良才）

如果教育學(xué)要從各方面去培養(yǎng)人，那么它首先要從各方面去了解人。

——烏申斯基

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1672-5727（2011）10-0165-02

劉穎（1982—），女，碩士，天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)講師，研究方向?yàn)殡姶欧抡妗?/p>