虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)促進(jìn)高職電子信息類課程教學(xué)的可實(shí)施性分析

張娟

（北京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，北京，100015）

1 高職院校電子信息類課程教學(xué)現(xiàn)狀

近年來，高考生源數(shù)量下降，本科院校擴(kuò)招，使得高等職業(yè)院校招生的數(shù)量和質(zhì)量都不盡如人意，在高質(zhì)量人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求下，高職院校的師生都產(chǎn)生了較大的教學(xué)壓力。尤其以電子信息類課程教學(xué)更為明顯。全國兩千多所高職院校中，有一半以上開設(shè)了電子信息類專業(yè)。電子信息類課程理論性強(qiáng)，抽象性強(qiáng)，難度大，對(duì)于學(xué)生來說，不易于接受，不便于學(xué)習(xí)[2]。學(xué)生對(duì)課程產(chǎn)生了畏難情緒，課程參與積極性不高，在接受調(diào)研的參與電子信息類課程教學(xué)的39 名教師中，有近六成的教師會(huì)采用微課、視頻、PPT等信息化手段輔助教學(xué)，即便運(yùn)用這些信息化手段，高職電子信息類課程的教學(xué)效果依舊堪憂。匯總教師難講和學(xué)生難學(xué)的知識(shí)點(diǎn)集中在不能顯而易見的結(jié)構(gòu)分析、不易理解的工作原理分析與應(yīng)用、具有一定復(fù)雜程度的實(shí)際操作技能的培養(yǎng)，比如晶體管的結(jié)構(gòu)及工作原理、液晶面板的結(jié)構(gòu)及工作原理、音響系統(tǒng)的搭建、數(shù)字電視前端系統(tǒng)的搭建等。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在電子信息類課程教學(xué)中應(yīng)用的可行性

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，它利用計(jì)算機(jī)生成一種模擬環(huán)境，是一種多源信息融合的、交互式的三維動(dòng)態(tài)視景和實(shí)體行為的系統(tǒng)仿真，使用戶沉浸到該環(huán)境中。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于教育、醫(yī)學(xué)、航天、室內(nèi)設(shè)計(jì)、工業(yè)仿真等各個(gè)領(lǐng)域。2018 年，國家教育部明確將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)列入教育信息化的年度重點(diǎn)工作任務(wù)，明確要求全國高校、中小學(xué)、職教等深入推動(dòng)大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能等新技術(shù)在教育教學(xué)中的深入應(yīng)用[3]。

在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)廣泛應(yīng)用的大環(huán)境下，針對(duì)電子信息類課程教學(xué)的難點(diǎn)，通過對(duì)電子信息專業(yè)的教師和學(xué)生進(jìn)行調(diào)研發(fā)現(xiàn)：受訪的39 名教師中，74%的教師具備10 年以上高職電子信息類教育經(jīng)驗(yàn)，有49%的教師知曉教育部明確將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)列入教育信息化的年度重點(diǎn)工作任務(wù)的要求，有59%的教師認(rèn)為應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以明顯提升教學(xué)效果、解決教學(xué)難點(diǎn)，有18%的教師已在自己的課堂教學(xué)中應(yīng)用并取得了非常好的效果。有70%的教師表示愿意嘗試應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)輔助教學(xué)，56%的教師有針對(duì)課程難點(diǎn)開發(fā)虛擬現(xiàn)實(shí)課件的想法，100%的受訪教師表示愿意花時(shí)間參加虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用的培訓(xùn)。在應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)課件的課堂上，所有學(xué)生都能夠積極參與課件的使用，對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)搭建的形象化虛擬環(huán)境，使學(xué)生有興趣觀看；虛擬課件創(chuàng)造的身臨其境的人機(jī)交互界面，使學(xué)生有愿望嘗試自己探索并解決問題，既提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的參與度，又提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)和探究學(xué)習(xí)的能力。同時(shí)，學(xué)生對(duì)于能夠制作虛擬現(xiàn)實(shí)課件的教師，心中自然而然生出敬佩感，有利于在學(xué)生中樹立教師的威信。在受訪的電子信息類專業(yè)的學(xué)生中，有64%的學(xué)生非?？隙ǖ卣J(rèn)為運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以有效解決學(xué)習(xí)難點(diǎn)，更有高達(dá)90%的學(xué)生對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有所了解并進(jìn)行過相關(guān)體驗(yàn)，對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用非常感興趣。數(shù)據(jù)表明：將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)引入到電子信息類課程教學(xué)中，是師生們都愿意嘗試的解決教學(xué)難點(diǎn)的方法。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在電子信息類課程教學(xué)中應(yīng)用的阻礙

將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)融入電子信息類課程教學(xué)，解決教學(xué)難點(diǎn)，效果是有目共睹的，同時(shí)，又有國家政策的鼓勵(lì)，各高職院校教師本應(yīng)積極響應(yīng)，但對(duì)于絕大多數(shù)多年來一直從事電子信息類專業(yè)課程教學(xué)的教師來說，要將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)廣泛應(yīng)用于課堂，存在著諸多阻礙。

（1）沒有現(xiàn)成的適合所授課程的虛擬現(xiàn)實(shí)的課件。當(dāng)前，國家資源庫建設(shè)或者各層次的教學(xué)資源建設(shè)中，并沒有納入虛擬現(xiàn)實(shí)課件的開發(fā)任務(wù)。另外，虛擬現(xiàn)實(shí)課件開發(fā)費(fèi)用頗高。（2）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)難度高，絕大部分教師沒有相關(guān)培訓(xùn)經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為此項(xiàng)技術(shù)高深，很難學(xué)會(huì)和應(yīng)用，導(dǎo)致教師雖然知道虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用效果，卻對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)課件的開發(fā)望而卻步。（3）缺乏硬件環(huán)境。參與體驗(yàn)類虛擬項(xiàng)目需要場地和創(chuàng)設(shè)虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境的設(shè)備，虛擬現(xiàn)實(shí)課件的應(yīng)用對(duì)電腦的配置要求較高，很多高職院校的通用機(jī)房并不能滿足運(yùn)行要求。

4 對(duì)開發(fā)虛擬現(xiàn)實(shí)課件的困難的解決方法探究

以上困難中，在有資金支持的情況下，硬件設(shè)施解決起來較為容易，縱觀另外兩個(gè)問題，發(fā)現(xiàn)教師能較為輕松快速掌握虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課件開發(fā)技巧尤為重要。開發(fā)虛擬現(xiàn)實(shí)課件，教師面臨兩個(gè)難題：一是創(chuàng)建模型，二是虛擬現(xiàn)實(shí)引擎的使用。

4.1 三維模型創(chuàng)建

創(chuàng)建三維模型常用的軟件有3DMAX、MAYA 等。大部分電子信息類課程授課教師沒有接觸過三維建模軟件，三維建模的操作對(duì)教師而言也很難掌控。但是隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的興起，網(wǎng)絡(luò)上的模型資源也越來越豐富，很多模型都可以免費(fèi)或者花費(fèi)很少的費(fèi)用就可以從相關(guān)網(wǎng)站獲取。所以，教師只需要掌握模型的導(dǎo)入導(dǎo)出和簡單的修改等操作，即可將網(wǎng)絡(luò)上獲取的3DMAX、MAYA 模型資源導(dǎo)入到建模軟件中，經(jīng)過簡單的修改后生成.FBX 文件，再導(dǎo)入到虛擬現(xiàn)實(shí)開發(fā)的引擎中使用。

4.2 使用虛幻引擎4 開發(fā)引擎

對(duì)于開發(fā)引擎，經(jīng)過對(duì)比行業(yè)中開發(fā)虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品的引擎，筆者認(rèn)為虛幻引擎4 具有可視化藍(lán)圖腳本系統(tǒng)和優(yōu)質(zhì)的畫面效果，非常便于教師們開發(fā)簡單的課件。在虛幻引擎4 可視化的藍(lán)圖腳本環(huán)境中，原本復(fù)雜深?yuàn)W的腳本編寫被轉(zhuǎn)換為基于節(jié)點(diǎn)的連線操作[3]。如圖1 所示。

圖1 虛幻引擎4 實(shí)現(xiàn)碰撞觸發(fā)的藍(lán)圖腳本

同時(shí)，虛幻引擎4 為用戶提供了適用不同場景、不同功能要求開發(fā)的多種項(xiàng)目模板，模板已為用戶編寫好了藍(lán)圖腳本，用戶直接將模型導(dǎo)入到項(xiàng)目模板中，替換模板中的物體，做簡單的調(diào)整后，即可以實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能，提高工作效率。如圖2 模板中的球體和盒體都可以通過圖3 的細(xì)節(jié)面板的“Static Mesh”選項(xiàng)替換成用戶所需的模型。替換后的模型繼承原有模型的所有的腳本設(shè)置，如位置信息、縮放、鼠標(biāo)操作、碰撞觸發(fā)等。利用虛擬引擎4 官網(wǎng)提供的項(xiàng)目模板，教師可以免去對(duì)物體設(shè)置命令、編寫腳本的復(fù)雜操作，項(xiàng)目模板能夠幫助教師很便捷的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)展示、觸發(fā)運(yùn)動(dòng)、虛擬展館等VR 課件中的功能。

圖2 虛幻引擎4 提供的項(xiàng)目模板

經(jīng)過筆者調(diào)研統(tǒng)計(jì)：經(jīng)過3 天約24課時(shí)的3DMAX 或者M(jìn)AYA 培訓(xùn)，教師可以創(chuàng)建、修改簡單的模型資源；經(jīng)過5 天約40 課時(shí)的虛幻引擎4 培訓(xùn)，教師可以完成項(xiàng)目創(chuàng)建，導(dǎo)入模型，創(chuàng)建材質(zhì)，編寫包含流程控制、應(yīng)用變量、觸發(fā)等功能的基本藍(lán)圖腳本，可以實(shí)現(xiàn)光效及粒子效果制作。所以，教師經(jīng)過短期培訓(xùn)，能夠具備開發(fā)高職電子信息類課程教學(xué)的實(shí)用的虛擬現(xiàn)實(shí)課件的技術(shù)需求。

5 結(jié)束語

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與高等職業(yè)教育融合，為學(xué)生搭建模擬真實(shí)場景的虛擬世界，打破傳統(tǒng)課堂教學(xué)時(shí)空界限，極大地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性，學(xué)生可以很好地開展新知識(shí)和專業(yè)技能的學(xué)習(xí)[5]。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開發(fā)電子信息類課程的虛擬現(xiàn)實(shí)課件，使用逼真的模型將抽象的知識(shí)具體化，人機(jī)交互、情景相容，強(qiáng)化學(xué)生的直觀體驗(yàn)，解決教學(xué)難點(diǎn)。借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)這項(xiàng)新生的信息化手段，輔助學(xué)生，助力教師，切實(shí)提高高職電子信息類課程的教學(xué)效果。