虛擬現(xiàn)實認知驅動下的實踐類課程設計

牛耕

摘要： 為了解決各學校中學生因教學設施不足而難以進行實踐類課程的現(xiàn)狀，將虛擬現(xiàn)實技術應用在實踐教學領域，因此對虛擬現(xiàn)實認知驅動下的實踐類課程設計進行研究。首先通過分析虛擬現(xiàn)實技術的特點得到虛擬現(xiàn)實技術應用在實踐課教學中的優(yōu)點，得到虛擬現(xiàn)實技術應用在實踐課教學中的必要性。然后設計虛擬現(xiàn)實認知驅動下的實踐類課程教學方案，分別從教學總體計劃和教學實踐過程兩方面來設計。最后通過設計應用虛擬現(xiàn)實技術的實踐課程設計與傳統(tǒng)的實踐課程設計的對比實驗，驗證本文設計的虛擬現(xiàn)實認知驅動下的實踐類課程所得到的效果優(yōu)于傳統(tǒng)實踐課程方法。

關鍵詞：虛擬現(xiàn)實;認知驅動;實踐類課程;課程設計

中圖分類號：G642? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）13-0136-02

實踐類課程在大部分專業(yè)中都是很重要的一個課程內(nèi)容，在一些如偏向技術的專業(yè)中甚至超過了理論課程的地位。且現(xiàn)代社會的發(fā)展需求更偏向于實踐類人才，這致使很多學校開始重視實踐課程。但是由于教學設施的不足、學校擴招嚴重等方面的原因，大部分的實踐類課程都無法有效地實現(xiàn)，這使得很多學生無法在學校中培養(yǎng)動手操作的能力，更無法在已有技術的基礎上進行創(chuàng)新，這樣實踐課程難以實施的教學現(xiàn)狀嚴重地制約了我國高校學生實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。但是在虛擬現(xiàn)實技術逐漸開始應用于實際的現(xiàn)在，人們找到了能夠培養(yǎng)學生動手操作能力的新方法[1]。在虛擬現(xiàn)實空間中練習操作技能，能夠有效地解決大多數(shù)高校實踐設施不完整的狀況，既能夠給學生帶來實踐機會，也能規(guī)避實踐教學中的意外事故。而且，比起真正的動手操作，虛擬現(xiàn)實技術能夠增加學生的操作機會，使學生在反復的操作中磨練技術，培養(yǎng)實踐練習的興趣和成就感。因此本文就虛擬現(xiàn)實認知驅動下的實踐類課程設計進行研究。首先簡要概述虛擬現(xiàn)實技術的三個特點，并根據(jù)這些特點得出虛擬現(xiàn)實技術應用在實踐教學中優(yōu)點和便捷之處。然后根據(jù)教學總體設計和教學過程設計得到虛擬現(xiàn)實認知驅動下的實踐類課程教學設計方案，并給出具體的基于虛擬現(xiàn)實認知的實踐類課程教學計劃和實踐課程教學步驟。最后設計對比實驗，驗證本文設計的基于虛擬現(xiàn)實技術的實踐課程是否比傳統(tǒng)的實踐課程更具備優(yōu)越性。

1虛擬現(xiàn)實技術應用在實踐課教學中的必要性

虛擬現(xiàn)實技術又被稱為VR技術，是一種依托于計算機技術實現(xiàn)的能夠模擬視覺、聽覺、觸覺的虛擬環(huán)境設計，使人們能夠在通過計算機設計的虛擬環(huán)境中產(chǎn)生一種身臨其境的感受，這種感受又被稱為虛擬現(xiàn)實認知。虛擬現(xiàn)實認知通常具備三個特征：沉浸性、交互性和構造性。其中，沉浸性是指這種虛擬顯示技術能夠構造出逼真的環(huán)境，使人們完全沉浸在虛擬環(huán)境中。交互性指用戶能夠以自身的想法與虛擬環(huán)境下的模擬景象進行互動，并得到真實的反饋[2]。構造性指這種逼真的景象與互動完全是憑借計算機憑空構造出來的，而不是真正的景象，因此虛擬現(xiàn)實技術完全可以構造出現(xiàn)實中不存在的場景或人物，只需要發(fā)揮想象力，而不必遵循真實性?，F(xiàn)實的各高校中因實驗場地、實驗器具、實驗材料等方面的原因，很難進行完整的實踐課教學，而如果將虛擬現(xiàn)實技術應用在教學領域，就可以使學生在虛擬現(xiàn)實空間中完成動手操作的實踐課程，解決傳統(tǒng)教學過程中實際操作機會不多的情況，為實踐類課程提供了一個科學的解決方法。而且很多專業(yè)的實踐課程需要很長的時間來驗證實踐結果，而現(xiàn)實中無法等待的時間可以通過計算機系統(tǒng)數(shù)據(jù)的計算來得到[3]。有些實踐課如化學實驗具備一定的危險性，而通過虛擬現(xiàn)實技術進行實踐課可以有效地規(guī)避這些危險，實現(xiàn)更加安全可靠的實踐教學，避免對人體或儀器造成損傷。實踐課結束之后，任課老師可以直接將虛擬現(xiàn)實儀器中保存的實踐結果導入自己的辦公電腦，直接在計算機上批改時間刻度作業(yè)成果，并給出相應的評價和建議。因此可以得知，將虛擬現(xiàn)實技術應用在實踐課教學中是十分必要的。

2虛擬現(xiàn)實認知驅動下的實踐類課程教學設計方案

2.1虛擬現(xiàn)實總體教學計劃設計

在進行虛擬現(xiàn)實認知驅動下實踐類課程教學的過程中，既需要掌握和鞏固相關的理論知識，也需要通過實際操作來培養(yǎng)學生的實際動手能力。因此，在進行基于虛擬現(xiàn)實認知驅動下的實踐類課程教學時，需要從理論和實踐兩方面設計教學目標、教學內(nèi)容、教學方法和教學過程。虛擬現(xiàn)實認知驅動下實踐類課程教學的教學地點多選擇在多媒體機房，實踐時間各專業(yè)各科目都不相同，通常為2-20個課時。教師需要在進入實訓機房的前一節(jié)課對學生進行實踐課程中的理論培訓，并布置實踐目標和實踐任務。在實踐過程中，教師不能離開，需要全程在一旁監(jiān)督和指導，直至所有學生完成實踐作業(yè)。課程結束后，教師需要將虛擬現(xiàn)實空間中保存的實踐作業(yè)導出，在計算機上給學生評分并給出相應的評價和指導。具體的教學計劃如表1所示。

如表1所示，基于虛擬現(xiàn)實認知的實踐類課程教學主要分為三個階段，分別是理論課程、虛擬儀器使用操作課程以及實踐課程，這三個階段有不同的教學計劃和教學目標，教師需要根據(jù)不同的教學目標引導學生掌握教學過程中的重難點，并最大限度地完成教學計劃。

2.2虛擬現(xiàn)實實踐教學步驟設計

本文設計的教學實踐過程只包括使用虛擬現(xiàn)實儀器時的實踐過程，具體的教學步驟如下表所示。

如表2所示，學生在進入虛擬現(xiàn)實機房后需要首先熟悉其并聽從教師的指導分派教學任務。在虛擬實踐時，教師需一直在一旁指導和觀察，并在首次實踐結束之后給出評價和總結[4]。因虛擬現(xiàn)實設施的特性，該實踐無須擔憂實驗器材，因此可以反復操作，直到操作方法達到標準。每一次的實踐操作之后，學生都需要在評價表上進行自評，多次操作后觀察評價表，判斷是否有進步。

3實驗設計

有一些學者認為使用虛擬現(xiàn)實技術進行的實踐課程效果不如真實的實踐課程，因此為了能夠準確地對比使用兩種方式的實踐課程教學成果，分別進行實驗，并通過實踐課成績的比較得到結論。

3.1實驗準備工作

首先在某高校中選取一個需要進行實踐課程的班級，將這個班級隨機平均分為兩部分，其中實驗組使用虛擬現(xiàn)實技術進行教學，而對照組使用傳統(tǒng)的方法進行實驗教學。在實驗過程中，實驗組和對照組分別使用各自的實驗道具進行一次實驗操作，然后進行實踐課操作成績的考核。之后實驗組按照自己的步驟完成整節(jié)課，再單獨進行一次課后考核。對比兩次考核中實驗組和對照組的成績。學生的實踐課成績由三位具備評分能力的教師共同判斷，滿分為100分，取三位教師的平均分數(shù)作為該學生的最終成績。為了保證實驗結果的準確性，在做完一組實驗后，另外選擇其他四個同樣需要實踐教學的班級，以同樣的步驟分別依次進行實驗，以實驗時間段前后順序，將這五個班級分別標號為A班、B班、C班、D班、E班。

3.2實驗結果分析

實驗結束后，將三個班級各學生的成績進行匯總計算，得到的各組學生的平均成績?nèi)绫?所示。

如表3所示，在各組學生的平均成績中，一次實驗操作結束后，實驗組的平均成績普遍低于對照組。這表示在相同條件下，單一的一次實踐操作，使用虛擬現(xiàn)實技術進行實踐教學的成果確實低于傳統(tǒng)實踐課程的教學成果。但是在使用虛擬現(xiàn)實技術的實踐課課堂上，會進行多次反復操作，而傳統(tǒng)的實踐課課堂無法擁有這樣的條件，這導致整堂課結束后，使用虛擬現(xiàn)實技術進行實踐教學的成果普遍高于傳統(tǒng)實踐課程的教學成果。因此可以得知，使用虛擬現(xiàn)實技術進行實踐教學效果較傳統(tǒng)實踐教學效果更好，具備一定的實際價值。

4結束語

近幾年虛擬現(xiàn)實技術被廣泛應用后，開始進入實踐教學領域，但是很多人都對使用虛擬現(xiàn)實技術進行實踐教學的成果感 到擔憂。因此本文對虛擬現(xiàn)實技術進行了簡要分析，引出了虛擬現(xiàn)實技術應用在實踐教學中的重要性。在此基礎上對虛擬現(xiàn)實認知驅動下的實踐類課程教學設計進行研究，設計了虛擬技術實踐教學與傳統(tǒng)實踐教學的對比實驗，得到了本文方法更具備使用價值的實驗結果。

參考文獻：

[1] 王影，楊先彬.基于VR技術的建筑受限空間起重機械布局控制方法研究[J].自動化與儀器儀表，2020（8）：171-174.

[2] 戴昊，陳鯤，邵心元，等.基于VR技術的高壓變電站設備發(fā)熱性缺陷智能模擬分析[J].自動化與儀器儀表，2020（6）：188-191.

[3] 李文文，劉書朋，王中陽.壓縮感知實現(xiàn)快速超分辨熒光顯微成像[J].激光技術，2020，44（2）：196-201.

[4] 位文廣，韓俊鶴，付玉洲.一種兩步相移數(shù)字全息的設計與實驗驗證[J].激光技術，2020，44（1）：86-90.

【通聯(lián)編輯：光文玲】