VR技術(shù)在高職實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用研究

【摘 要】本文針對(duì)高職傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中教學(xué)方法以“講授+操作”為主、實(shí)訓(xùn)環(huán)境投資大、師資匱乏、特殊實(shí)訓(xùn)具有安全隱患、學(xué)生實(shí)訓(xùn)無(wú)法實(shí)時(shí)獲得學(xué)習(xí)反饋等問(wèn)題，提出將VR技術(shù)應(yīng)用在高職實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，并以“建筑構(gòu)造”VR實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)制作為例，從VR實(shí)訓(xùn)平臺(tái)功能界面設(shè)計(jì)、VR實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)、3D 模型與場(chǎng)景搭設(shè)、虛實(shí)互動(dòng)課程制作及后期剪輯四個(gè)方面論述VR技術(shù)在高職實(shí)訓(xùn)教學(xué)的具體應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】VR技術(shù) ?高職院校 ?實(shí)訓(xùn)教學(xué) ?建筑構(gòu)造 ?應(yīng)用

【中圖分類(lèi)號(hào)】G ?【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2020）03C-0190-03

隨著我國(guó)對(duì)高職教育信息化教學(xué)重視度日益提高，VR技術(shù)以其獨(dú)特的交互沉浸式體驗(yàn)優(yōu)勢(shì)，成為高職教育信息化教學(xué)的重要手段。VR（Virtual Reality），即虛擬現(xiàn)實(shí)，用戶借助特殊的輸入（輸出）設(shè)備與虛擬世界進(jìn)行自由的交互并沉浸在該環(huán)境中。VR應(yīng)用在高職實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，學(xué)生可以在虛擬實(shí)訓(xùn)中學(xué)習(xí)，實(shí)時(shí)獲得學(xué)習(xí)反饋，有效提高學(xué)習(xí)興趣和參與度，掌握相關(guān)技能。本文以“建筑構(gòu)造”VR實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)制作實(shí)踐為例，探索VR技術(shù)在高職實(shí)訓(xùn)教學(xué)中應(yīng)用。

一、高職傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)存在的問(wèn)題

（一）教學(xué)方法以“講授+操作”為主，不能很好地發(fā)揮學(xué)生主觀能動(dòng)性。高職傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，首先是老師講授理論知識(shí)，然后演示操作步驟，最后學(xué)生跟著老師步驟完成實(shí)訓(xùn)練習(xí)。這樣的教學(xué)方法，是以老師為教學(xué)主體，學(xué)生處于從屬跟隨狀態(tài)，不能最大限度地激發(fā)學(xué)生的參與熱情和創(chuàng)造激情。

（二）實(shí)訓(xùn)環(huán)境投資大，不能實(shí)現(xiàn)反復(fù)訓(xùn)練。實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地、設(shè)備、材料均需要模擬真實(shí)場(chǎng)景來(lái)搭建。實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地占地面積大、設(shè)備投資大、材料一次性使用，學(xué)生完成的實(shí)訓(xùn)作品如果不能和真實(shí)項(xiàng)目承接，只能廢棄，浪費(fèi)大。因?yàn)閷?shí)訓(xùn)的成本高，所以對(duì)于不會(huì)的項(xiàng)目，學(xué)生也無(wú)法反復(fù)訓(xùn)練。比如建筑基礎(chǔ)配筋的實(shí)訓(xùn)，實(shí)訓(xùn)中綁扎使用過(guò)的鋼筋籠，不能再次使用，也沒(méi)有其他用途，實(shí)訓(xùn)后只好廢棄。

（三）師資匱乏，實(shí)訓(xùn)過(guò)程中不能很好地照顧到每一位學(xué)生。傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)一般分組進(jìn)行，一個(gè)班需要分6～7組，而實(shí)訓(xùn)配備的指導(dǎo)老師一般1～2位，導(dǎo)致實(shí)訓(xùn)組無(wú)法同時(shí)開(kāi)展實(shí)訓(xùn)，需要依組輪流進(jìn)行，既耽誤了時(shí)間，又不能同時(shí)指導(dǎo)每一位同學(xué)實(shí)訓(xùn)。有時(shí)候出現(xiàn)同組內(nèi)學(xué)習(xí)積極的同學(xué)在認(rèn)真操作實(shí)訓(xùn)，而積極性不高的同學(xué)則袖手旁觀，達(dá)不到實(shí)訓(xùn)目的。

（四）特殊實(shí)訓(xùn)具有安全隱患。如火災(zāi)安全知識(shí)方面的演練，常規(guī)實(shí)訓(xùn)模擬真實(shí)火災(zāi)場(chǎng)景，現(xiàn)場(chǎng)有明火，存在實(shí)訓(xùn)較大的安全隱患。

（五）學(xué)生實(shí)訓(xùn)過(guò)程中，無(wú)法實(shí)時(shí)獲得學(xué)習(xí)反饋。常規(guī)實(shí)訓(xùn)，學(xué)生獲得的實(shí)訓(xùn)反饋全部來(lái)自指導(dǎo)老師。而指導(dǎo)老師無(wú)法確保兼顧現(xiàn)場(chǎng)實(shí)訓(xùn)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，因此也就無(wú)法對(duì)每一個(gè)操作步驟做到及時(shí)反饋。學(xué)生對(duì)自己的操作正確與否，也不能及時(shí)得到回饋，不便于進(jìn)一步學(xué)習(xí)。

（六）考核方式不能準(zhǔn)確反映學(xué)生的真實(shí)學(xué)習(xí)情況。常規(guī)實(shí)訓(xùn)的考核方式主要有兩種：實(shí)驗(yàn)報(bào)告和實(shí)操考試。這兩種方式均有弊端，實(shí)驗(yàn)報(bào)告容易抄襲，實(shí)操考試則一次只能考核一位學(xué)生，考核時(shí)間較長(zhǎng)。

二、VR技術(shù)的分類(lèi)及其在高職實(shí)訓(xùn)教學(xué)中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

（一）VR技術(shù)的分類(lèi)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)根據(jù)“沉浸”程度的高低，分為四種：桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)、沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)、分布型虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)型虛擬現(xiàn)實(shí)（見(jiàn)表1）。后兩者的沉浸度更高，但對(duì)于軟硬件要求都很高，目前還不具備在高職教學(xué)中廣泛推廣應(yīng)用的條件，因此本文不將其作為研究重點(diǎn)。選前兩種為主要研究目標(biāo)。

桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)通過(guò)PC機(jī)及鼠標(biāo)就可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，雖然沉浸度較其他三種較低，但對(duì)軟硬件的要求也最低。具有三維物體 360°全景展示、可隨意拆分、剖切，虛擬場(chǎng)景模擬、巡游，文字圖片介紹，游戲闖關(guān)式問(wèn)答環(huán)節(jié)等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。應(yīng)用在高職實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，可以幫助學(xué)生迅速回顧實(shí)踐場(chǎng)景及操作過(guò)程，復(fù)習(xí)操作要領(lǐng)，達(dá)到更好的學(xué)習(xí)效果。

沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)通過(guò)專(zhuān)業(yè)混合現(xiàn)實(shí)課程制作平臺(tái)制作，利用混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)，將3D模型投射在現(xiàn)實(shí)環(huán)境里，讓教學(xué)身臨其境。老師在錄制微課過(guò)程中通過(guò)HoloLens頭顯、Vive手柄進(jìn)入通過(guò)感知Studio制作的三維互動(dòng)課程的VR模式，操作者與虛擬場(chǎng)景互動(dòng)內(nèi)容進(jìn)行同步記錄，與虛擬場(chǎng)景合成，最終達(dá)到真實(shí)人物在虛擬環(huán)境下操作的VR實(shí)訓(xùn)教學(xué)視頻錄制。沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)和學(xué)習(xí)雙方主體的人機(jī)交互體驗(yàn)感都較桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)更強(qiáng)，但一次性投入設(shè)備費(fèi)用較高。在高職實(shí)訓(xùn)教學(xué)中推廣應(yīng)用，還是與擁有相關(guān)平臺(tái)的科技公司合作較容易實(shí)現(xiàn)。

（二）VR技術(shù)應(yīng)用在高職實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)。一是可以低成本、低風(fēng)險(xiǎn)達(dá)到仿真教學(xué)目的。比如土建專(zhuān)業(yè)，利用軟件置入三維建筑模型，學(xué)生可對(duì)場(chǎng)景中任意結(jié)構(gòu)進(jìn)行拆解、移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、隱藏、剖切等操作，可通過(guò)旁注信息掌握相應(yīng)理論知識(shí)點(diǎn)，進(jìn)入VR建筑模型巡游。在不需要花大量資金、場(chǎng)地搭建真實(shí)建筑場(chǎng)景的情況下，學(xué)生可以直觀地現(xiàn)場(chǎng)體驗(yàn)。又如建筑消防知識(shí)的教學(xué)，學(xué)生可通過(guò)VR模擬在安全的情況下，互動(dòng)體驗(yàn)火災(zāi)場(chǎng)景中建筑消防應(yīng)急系統(tǒng)的作用。實(shí)訓(xùn)過(guò)程中，沒(méi)有材料損耗，沒(méi)有實(shí)訓(xùn)成品丟棄，是真正的“綠色實(shí)訓(xùn)”。二是通過(guò)角色植入，讓學(xué)生在虛擬實(shí)訓(xùn)場(chǎng)景中成為學(xué)習(xí)主體?？梢栽诖罱ǖ奶摂M環(huán)境中設(shè)計(jì)不同角色，由學(xué)生選定角色進(jìn)入虛擬實(shí)訓(xùn)場(chǎng)景，完成相應(yīng)實(shí)訓(xùn)任務(wù)。在VR實(shí)訓(xùn)中，不再是老師將知識(shí)傳遞給學(xué)生，而是老師帶領(lǐng)學(xué)生一起以闖關(guān)體驗(yàn)的方式完成實(shí)訓(xùn)任務(wù)。VR實(shí)訓(xùn)過(guò)程中，教師與學(xué)生已由傳統(tǒng)的教與學(xué)，變?yōu)橐黄饘W(xué)。學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主體，極大地激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣及創(chuàng)造力。三是VR實(shí)訓(xùn)中學(xué)生可以實(shí)時(shí)獲得操作正確與否的反饋體驗(yàn)，并可針對(duì)不懂的項(xiàng)目反復(fù)訓(xùn)練，強(qiáng)化學(xué)習(xí)。四是教師可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)掌握每一位學(xué)生的實(shí)訓(xùn)進(jìn)度及學(xué)習(xí)效果，有針對(duì)性地給予指導(dǎo)。五是VR實(shí)訓(xùn)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)可以輕松完成實(shí)訓(xùn)考核、點(diǎn)評(píng)及評(píng)分。全班同學(xué)可以同時(shí)登錄VR實(shí)訓(xùn)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，完成實(shí)訓(xùn)考核，考核結(jié)束后可以查看成績(jī)及評(píng)語(yǔ)。教師在設(shè)計(jì)好實(shí)訓(xùn)考核項(xiàng)目及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)后，可以通過(guò)VR實(shí)訓(xùn)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)自動(dòng)完成實(shí)訓(xùn)考核、點(diǎn)評(píng)及評(píng)分工作。

三、VR技術(shù)在高職實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用

下面以“建筑構(gòu)造”VR實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)制作為例，從VR實(shí)訓(xùn)平臺(tái)功能界面設(shè)計(jì)、VR實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)、3D模型與場(chǎng)景搭設(shè)、虛實(shí)互動(dòng)課程制作及后期剪輯四個(gè)方面探討如何將VR技術(shù)應(yīng)用于高職實(shí)訓(xùn)教學(xué)。

（一）VR實(shí)訓(xùn)平臺(tái)功能界面設(shè)計(jì)。VR實(shí)訓(xùn)平臺(tái)應(yīng)滿足教學(xué)、實(shí)訓(xùn)、考核、評(píng)價(jià)、互動(dòng)五大基本功能?！敖ㄖ?gòu)造”VR實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)將以上五大基本功能經(jīng)過(guò)整合后，相應(yīng)設(shè)計(jì)三個(gè)一級(jí)子功能界面：使用說(shuō)明、VR教學(xué)與實(shí)訓(xùn)+實(shí)訓(xùn)（含考核及評(píng)價(jià)體系）、課后互動(dòng)（見(jiàn)圖1）。

1.使用說(shuō)明一級(jí)子功能界面。該頁(yè)面包括文字說(shuō)明、章節(jié)目錄及考核標(biāo)準(zhǔn)、操作視頻三項(xiàng)二級(jí)目錄。文字說(shuō)明包括本實(shí)訓(xùn)課程主要教學(xué)內(nèi)容、功能、安裝及使用方法。章節(jié)目錄及考核標(biāo)準(zhǔn)介紹了各章節(jié)知識(shí)點(diǎn)及所占分值?？赏ㄟ^(guò)操作視頻觀看本實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)的使用方法。

2.“VR教學(xué)與實(shí)訓(xùn)+實(shí)訓(xùn)考核及評(píng)價(jià)體系”一級(jí)子功能界面。包含30個(gè)二級(jí)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目子功能界面。學(xué)生每完成一個(gè)實(shí)訓(xùn)考核項(xiàng)目，即可在VR教學(xué)與實(shí)訓(xùn)一級(jí)子頁(yè)面上查看當(dāng)前完成進(jìn)度及得分。并不需要按照章節(jié)順序進(jìn)行實(shí)訓(xùn)考核，對(duì)不懂的章節(jié)可以反復(fù)學(xué)習(xí)和考核，直至學(xué)會(huì)為止。每個(gè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目二級(jí)子功能界面均包括有知識(shí)點(diǎn)、教學(xué)、實(shí)訓(xùn)三大功能。學(xué)生可以通過(guò)點(diǎn)擊“知識(shí)點(diǎn)”按鈕，查看本節(jié)所含理論知識(shí)。學(xué)生每順利完成一項(xiàng)實(shí)訓(xùn)，“VR教學(xué)與實(shí)訓(xùn)+實(shí)訓(xùn)考核及評(píng)價(jià)體系”一級(jí)子功能界面相應(yīng)項(xiàng)目的圖標(biāo)則黃色顯示，在屏幕上方還有文字提示已完成項(xiàng)目數(shù)及已獲得分值。

3.“課后互動(dòng)”一級(jí)子功能界面。點(diǎn)擊該按鈕，自動(dòng)鏈接到本課程教學(xué)班QQ交流群，師生可以交流互動(dòng)。

（二）VR實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)。本項(xiàng)內(nèi)容是整個(gè)實(shí)訓(xùn)課程設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。需要首先明確本課程的重要知識(shí)點(diǎn)，根據(jù)各自特點(diǎn)設(shè)計(jì)VR實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，如何既能化繁為簡(jiǎn)地講授并講透某個(gè)知識(shí)，又能很好地結(jié)合VR技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，達(dá)到實(shí)操目的，是VR實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的技巧。

“建筑構(gòu)造”VR實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)的教學(xué)模式，根據(jù)各實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了四種實(shí)訓(xùn)教學(xué)方式：剖切、分解組合、按順序組裝、旁注。一個(gè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目也可包含以上多個(gè)教學(xué)方式。點(diǎn)擊“剖切”按鈕，在屏幕上方出現(xiàn)X、Y、Z三個(gè)軸，通過(guò)滑動(dòng)三個(gè)軸的滑塊，可以觀看到X、Y、Z三個(gè)軸任意位置的剖切面，讓學(xué)生直觀掌握建筑不同位置剖面形狀（見(jiàn)圖2“建筑構(gòu)造”VR實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)剖切教學(xué)功能）。點(diǎn)擊“分解組合”按鈕，建筑構(gòu)造可炸開(kāi)、組合，還可通過(guò)放大縮小屏幕、旋轉(zhuǎn)角度，從不同視角觀看建筑各部位，有利觀察房屋建筑各隱藏部位。點(diǎn)擊“按順序組裝”按鈕，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)演示構(gòu)件組裝順序，通過(guò)此操作學(xué)生可掌握建筑構(gòu)造的構(gòu)件名、材料及工藝流程（見(jiàn)圖3“建筑構(gòu)造”VR實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)按順序組裝教學(xué)功能）。點(diǎn)擊“旁注”按鈕，VR教學(xué)模式下，系統(tǒng)會(huì)通過(guò)紅閃提示有旁注部位。點(diǎn)擊后，該部位出現(xiàn)文字旁注，可了解該部位的設(shè)計(jì)規(guī)范及相應(yīng)要求。

“建筑構(gòu)造”VR實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)的實(shí)訓(xùn)模式，設(shè)計(jì)了兩種實(shí)訓(xùn)考核方式：回答問(wèn)題、按順序組裝。屬于“回答問(wèn)題”的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，系統(tǒng)會(huì)閃爍提示問(wèn)題位置，點(diǎn)擊后出現(xiàn)相應(yīng)多個(gè)選項(xiàng)，學(xué)生自主選擇。選擇正確后，系統(tǒng)出現(xiàn)正確提示;選擇錯(cuò)誤連續(xù)三次，系統(tǒng)則出現(xiàn)錯(cuò)誤提示。這時(shí)學(xué)生可以選擇回到VR教學(xué)模式下，再次學(xué)習(xí)后再實(shí)訓(xùn)，或者直接重新進(jìn)入實(shí)訓(xùn)考核。屬于“按順序組裝”的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，系統(tǒng)會(huì)閃爍提示第一個(gè)構(gòu)件的擺放位置，其余構(gòu)件則沒(méi)有提示，需要學(xué)生自主完成構(gòu)件的組裝。

（三）3D模型與場(chǎng)景搭設(shè)。目前國(guó)內(nèi)外3D建模及場(chǎng)景搭設(shè)的主要軟件有 Rhino、3dMax、Sketchup、Lumion、Pro/E等三維建模軟件。Rhino 可用于卡通形象設(shè)計(jì)、工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)等，其樣條曲線的編輯功能非常強(qiáng)大，可快速制作各種優(yōu)美的曲面。3dMax、Sketchup、Lumion則主要應(yīng)用于建筑模型及場(chǎng)景制作。Pro/E是一款在工業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)用非常廣泛的三維建模軟件?！敖ㄖ?gòu)造”VR實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)以3dMax、Sketchup、Lumion為主要模型及場(chǎng)景搭建軟件。

（四）虛實(shí)互動(dòng)課程制作及后期剪輯?！敖ㄖ?gòu)造”VR實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)與擁有互動(dòng)拍攝平臺(tái)的科技公司合作，進(jìn)行虛實(shí)互動(dòng)課程的拍攝。后期剪輯則利用后期剪輯軟件AE、Premiere等，加入配音、字幕、特效等。

“建筑構(gòu)造”VR實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)經(jīng)過(guò)一年教學(xué)實(shí)踐，通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查、實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析其教學(xué)效果。發(fā)出問(wèn)卷100份，其中86%的學(xué)生對(duì)VR實(shí)訓(xùn)課程感興趣度都高于傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)方式。通過(guò)對(duì)比使用VR實(shí)訓(xùn)課程和未使用班級(jí)的考核成績(jī)數(shù)據(jù)，使用VR實(shí)訓(xùn)課程組平均實(shí)訓(xùn)成績(jī)93分，未使用組平均實(shí)訓(xùn)成績(jī)82分。據(jù)此可知，VR實(shí)訓(xùn)課程可大幅提高學(xué)生的參與感和興趣，有效幫助學(xué)生掌握實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。

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【基金項(xiàng)目】2019年度廣西職業(yè)教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目“基于VR技術(shù)的高職微課資源建設(shè)研究與實(shí)踐”（GXGZJG2019B171）

【作者簡(jiǎn)介】鐘繼敏（1975— ），女，四川綿陽(yáng)人，碩士，南寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程學(xué)院副教授，高級(jí)工程師，研究方向：建筑與城市環(huán)境、高等教育。

（責(zé)編 王 一）