虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高職計算機(jī)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)中的應(yīng)用研究

婁藝 晁松杰

【摘? 要】 高職計算機(jī)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)在計算機(jī)、電子信息等專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)中扮演著重要的角色，但其存在一系列問題可能影響學(xué)生的學(xué)業(yè)成績和教育體驗(yàn)，包括設(shè)備陳舊、教學(xué)內(nèi)容過時、師資不足等，產(chǎn)生這些問題的原因包括有限的資源、教育政策問題、師資培訓(xùn)不足等。文章詳細(xì)分析了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高職計算機(jī)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)中的應(yīng)用，包括多感官沉浸體驗(yàn)、實(shí)時互動性、個性化學(xué)習(xí)路徑、模擬復(fù)雜實(shí)際場景以及促進(jìn)團(tuán)隊合作與協(xié)同學(xué)習(xí)等方面。通過虛擬技術(shù)的應(yīng)用，得到有效解決部分高職計算機(jī)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)中存在的問題。

【關(guān)鍵詞】 高職計算機(jī)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)；問題分析；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

計算機(jī)科學(xué)和技術(shù)的飛速發(fā)展已經(jīng)成為21世紀(jì)最重要的科技趨勢之一，塑造著現(xiàn)代社會和經(jīng)濟(jì)的方方面面。在這個數(shù)字化時代，計算機(jī)專業(yè)的學(xué)生需要具備卓越的實(shí)際應(yīng)用技能和創(chuàng)新能力，以滿足不斷變化的行業(yè)需求。高職計算機(jī)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)作為培養(yǎng)學(xué)生的重要組成部分，應(yīng)該在這一挑戰(zhàn)性領(lǐng)域中發(fā)揮關(guān)鍵作用，然而，它也面臨著一系列問題和挑戰(zhàn)。文章深入分析了高職計算機(jī)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)中存在的問題及其產(chǎn)生原因，以及如何借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來改善教育質(zhì)量。通過這一研究，希望為高職計算機(jī)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)的改進(jìn)提供有益的思路和建議，以滿足現(xiàn)代計算機(jī)領(lǐng)域?qū)Ω咚刭|(zhì)人才的需求，促進(jìn)學(xué)生的職業(yè)成功和社會發(fā)展。

一、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述

虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，簡稱VR）技術(shù)是一種通過計算機(jī)生成的交互式三維模擬環(huán)境，使用戶能夠身臨其境地參與其中。這一技術(shù)已經(jīng)在各個領(lǐng)域引起了廣泛的關(guān)注，并在教育領(lǐng)域嶄露頭角。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建了一個虛擬的世界，通常包括三維圖像、聲音、觸覺反饋和互動元素，使用戶仿佛置身于一個全新的環(huán)境之中。其核心特點(diǎn)是實(shí)時的互動性，用戶可以通過頭戴式顯示器、手柄或手勢識別等設(shè)備來探索和操作虛擬環(huán)境，這種交互性使虛擬現(xiàn)實(shí)成為一種極具潛力的教育工具。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展受益于計算機(jī)圖形學(xué)、傳感技術(shù)和人機(jī)交互的快速進(jìn)步。通過精確的追蹤用戶的頭部和身體動作，虛擬現(xiàn)實(shí)可以實(shí)現(xiàn)真實(shí)時間的反饋，使用戶感到身臨其境。這一特性對于高職計算機(jī)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)非常有吸引力，因?yàn)樗梢蕴峁┏两降膶?shí)驗(yàn)環(huán)境，使學(xué)生能夠在虛擬實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行實(shí)際操作，而不受物理空間和設(shè)備限制。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域包括但不限于醫(yī)療保健、軍事模擬、航空航天、娛樂和教育。在教育領(lǐng)域，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的潛力正在逐漸被挖掘。它可以用于模擬各種學(xué)科的實(shí)際場景，如化學(xué)實(shí)驗(yàn)室、機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)室或生物學(xué)研究室。通過虛擬實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以在安全的環(huán)境中進(jìn)行實(shí)際操作，避免了潛在的風(fēng)險。此外，虛擬現(xiàn)實(shí)還可以提供高度可定制的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，根據(jù)不同學(xué)生的需求和水平進(jìn)行調(diào)整。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的教育應(yīng)用還包括虛擬實(shí)境參觀，使學(xué)生能夠“親臨其境”地參觀歷史遺跡、博物館或遠(yuǎn)程地點(diǎn)。這種虛擬旅行不僅擴(kuò)展了學(xué)生的知識領(lǐng)域，還增強(qiáng)了他們的文化理解和全球視野。

二、高職計算機(jī)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)存在的問題及原因

（一）存在的問題

一是設(shè)備陳舊和不足。許多高職計算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備可能過時或不足以支持學(xué)生的需求。這可能導(dǎo)致學(xué)生無法獲得最新的硬件和軟件技術(shù)的實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)。設(shè)備陳舊還可能導(dǎo)致頻繁的故障和維修，影響正常的教學(xué)進(jìn)程。二是缺乏實(shí)際應(yīng)用。一些實(shí)驗(yàn)室教學(xué)側(cè)重于理論知識的傳授，而忽視了實(shí)際應(yīng)用技能的培養(yǎng)。學(xué)生可能在實(shí)驗(yàn)室中獲得了理論知識，但缺乏將其應(yīng)用到實(shí)際問題解決中的經(jīng)驗(yàn)。三是教學(xué)內(nèi)容過時?？焖侔l(fā)展的計算機(jī)領(lǐng)域使得教學(xué)內(nèi)容需要不斷更新，以反映最新的技術(shù)和趨勢。一些高職計算機(jī)實(shí)驗(yàn)室可能未能及時更新教材和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，導(dǎo)致學(xué)生接觸到過時的知識。四是缺乏實(shí)踐機(jī)會。一些實(shí)驗(yàn)室教學(xué)可能過于側(cè)重理論知識，而缺乏實(shí)際的實(shí)踐機(jī)會。學(xué)生可能沒有機(jī)會參與真實(shí)的項目、解決實(shí)際的問題或應(yīng)對實(shí)際的挑戰(zhàn)，這限制了他們的綜合能力發(fā)展。五是師資不足。教師是教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵因素，但一些高職計算機(jī)實(shí)驗(yàn)室可能面臨師資不足的問題。教師可能缺乏最新的技術(shù)知識或教學(xué)方法，無法有效地引導(dǎo)學(xué)生。六是學(xué)生參與度低。雖然虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)可提高學(xué)生的參與度，但一些學(xué)生可能仍然缺乏積極參與實(shí)驗(yàn)室教學(xué)的動力。這可能與教學(xué)內(nèi)容的吸引力、互動性或?qū)嵱眯杂嘘P(guān)。七是缺乏跨專業(yè)整合。計算機(jī)領(lǐng)域常常需要與其他專業(yè)進(jìn)行跨學(xué)科合作，但一些高職計算機(jī)實(shí)驗(yàn)室可能缺乏與其他領(lǐng)域的整合和合作機(jī)會，這可能導(dǎo)致學(xué)生缺乏綜合解決問題的能力。

（二）原因分析

導(dǎo)致以上問題出現(xiàn)的主要原因包括以下幾點(diǎn)。第一，有限的經(jīng)費(fèi)和資源高職院?？赡苊媾R有限的預(yù)算，無法購買最新的設(shè)備和技術(shù)，更新教材，或提供師資培訓(xùn)。這可能會限制實(shí)驗(yàn)室教學(xué)的質(zhì)量和更新速度。第二，教育政策和體制問題。教育政策和體制可能不夠靈活，難以應(yīng)對快速變化的計算機(jī)領(lǐng)域需求。學(xué)校需要更多的自主權(quán)和靈活性，以適應(yīng)不斷變化的教育環(huán)境。第三，師資培訓(xùn)不足。一些教師可能沒有足夠的機(jī)會接受最新的教育和培訓(xùn)，以適應(yīng)快速變化的計算機(jī)領(lǐng)域。培訓(xùn)機(jī)會的不足可能會影響教師的教學(xué)能力。第四，教學(xué)理念和方法陳舊。一些高職院?？赡苋匀徊捎脗鹘y(tǒng)的教學(xué)方法和理念，缺乏創(chuàng)新和實(shí)踐導(dǎo)向的教育模式。

三、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高職計算機(jī)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)中的應(yīng)用

（一）創(chuàng)建虛擬實(shí)驗(yàn)室環(huán)境

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在創(chuàng)建虛擬實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中的應(yīng)用是一項重要而復(fù)雜的任務(wù)，它要求精心設(shè)計和實(shí)施。第一，內(nèi)容開發(fā)與模擬設(shè)計。需要開發(fā)與實(shí)驗(yàn)室課程內(nèi)容相符的虛擬場景和實(shí)驗(yàn)?zāi)M。這要求教育者和技術(shù)團(tuán)隊密切合作，以確保虛擬環(huán)境與實(shí)際實(shí)驗(yàn)室相似，并包含所需的實(shí)驗(yàn)工具和材料。模擬應(yīng)涵蓋各種實(shí)驗(yàn)，涵蓋課程的所有方面。第二，硬件和軟件需求。虛擬實(shí)驗(yàn)室需要適當(dāng)?shù)挠布蛙浖O(shè)備來支持。這包括頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備、傳感器、計算機(jī)圖形卡等硬件，以及虛擬現(xiàn)實(shí)軟件平臺。確保這些設(shè)備和軟件能夠流暢運(yùn)行是關(guān)鍵。第三，用戶界面設(shè)計。用戶界面應(yīng)該簡單直觀，以確保學(xué)生能夠輕松導(dǎo)航虛擬環(huán)境。這包括清晰的菜單、交互元素和指導(dǎo)，以便學(xué)生能夠有效地使用虛擬實(shí)驗(yàn)室。第四，互動和反饋。虛擬實(shí)驗(yàn)室應(yīng)提供實(shí)時互動和反饋，以模擬實(shí)際實(shí)驗(yàn)室中的體驗(yàn)。學(xué)生應(yīng)該能夠使用手柄或手勢來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并獲得即時的結(jié)果和反饋，以促進(jìn)學(xué)習(xí)和理解。第五，安全性和隱私保護(hù)?？紤]到學(xué)生在虛擬環(huán)境中的操作，安全性至關(guān)重要。確保虛擬實(shí)驗(yàn)室環(huán)境不會對學(xué)生造成任何潛在的風(fēng)險。同時，保護(hù)學(xué)生的個人隱私和數(shù)據(jù)也是必不可少的。第六，師資培訓(xùn)。教師需要接受虛擬實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的培訓(xùn)，以有效地使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行教學(xué)。他們應(yīng)該了解如何導(dǎo)航虛擬環(huán)境、監(jiān)督學(xué)生、解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并提供指導(dǎo)。第七，評估和改進(jìn)。定期評估虛擬實(shí)驗(yàn)室的效果，以確保它達(dá)到教育目標(biāo)。學(xué)校應(yīng)該根據(jù)學(xué)生的反饋和學(xué)業(yè)成績來改進(jìn)虛擬實(shí)驗(yàn)室，以提高其教育質(zhì)量。

（二）創(chuàng)建高度互動的學(xué)習(xí)體驗(yàn)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在創(chuàng)造高度互動的學(xué)習(xí)體驗(yàn)方面具有巨大潛力。一是多感官沉浸體驗(yàn)設(shè)計。虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境可以整合視覺、聽覺和觸覺等多種感官體驗(yàn)，以提供更豐富的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。如在電子傳感器實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可以通過虛擬現(xiàn)實(shí)感受到化學(xué)反應(yīng)的溫度變化、氣味和聲音，這樣的綜合感官刺激能夠更深刻地印在學(xué)生心中。二是實(shí)時互動性。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)允許學(xué)生與虛擬環(huán)境中的對象互動，如使用手柄設(shè)備進(jìn)行操作。這種互動性可以模擬實(shí)際實(shí)驗(yàn)室中的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，學(xué)生可以直接進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、觀察結(jié)果并自主調(diào)整操作，從而增加了學(xué)習(xí)的深度和參與度。三是個性化學(xué)習(xí)路徑。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，學(xué)?？梢詾槊课粚W(xué)生創(chuàng)建個性化的學(xué)習(xí)路徑。系統(tǒng)可根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和需求調(diào)整虛擬環(huán)境，以確保每位學(xué)生都能夠獲得最佳的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。這有助于滿足不同學(xué)生的學(xué)業(yè)需求。四是實(shí)時反饋和評估。虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境可以提供即時的反饋，如實(shí)驗(yàn)結(jié)果或操作準(zhǔn)確性的評估。這使得學(xué)生可以立即了解他們的表現(xiàn)，并在需要時進(jìn)行改進(jìn)。教師也可以使用這些數(shù)據(jù)來監(jiān)控學(xué)生的進(jìn)展。五是社交互動和合作。虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境可以支持學(xué)生之間的社交互動和合作。學(xué)生可以在虛擬世界中與同學(xué)共同解決問題，模擬實(shí)際工作中的協(xié)作情境。這有助于培養(yǎng)團(tuán)隊合作和溝通技能。六是導(dǎo)師和教育者的角色。教師和導(dǎo)師在虛擬現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境中仍然扮演著關(guān)鍵的角色。他們可以監(jiān)督學(xué)生的進(jìn)展，提供指導(dǎo)和支持，并確保學(xué)習(xí)目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。教育者的任務(wù)是引導(dǎo)學(xué)生，鼓勵他們探索虛擬環(huán)境中的知識。

（三）模擬復(fù)雜的實(shí)際場景

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以用于模擬復(fù)雜的實(shí)際場景，為學(xué)生提供更真實(shí)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。首先，需要對目標(biāo)實(shí)際場景進(jìn)行詳細(xì)的建模和設(shè)計。這包括收集相關(guān)的地理數(shù)據(jù)、建筑結(jié)構(gòu)、物體信息等，并將其轉(zhuǎn)化為虛擬環(huán)境中的三維模型。這些模型應(yīng)該精確地反映實(shí)際場景的特征，以確保模擬的準(zhǔn)確性。其次，虛擬環(huán)境需要包括物理引擎，以模擬真實(shí)世界中的物體和力學(xué)行為。這意味著物體應(yīng)該遵循物理規(guī)律，如重力、摩擦和碰撞。通過物理引擎，學(xué)生可以與虛擬環(huán)境中的物體進(jìn)行互動，并觀察其行為。此外，虛擬環(huán)境還可以模擬各種傳感器，如溫度傳感器、壓力傳感器或攝像頭。這些傳感器可以在虛擬環(huán)境中生成數(shù)據(jù)，與實(shí)際場景中的傳感器產(chǎn)生相似的反饋。這有助于學(xué)生學(xué)習(xí)如何使用和解釋傳感器數(shù)據(jù)。在虛擬環(huán)境中，學(xué)生應(yīng)該能夠執(zhí)行特定的任務(wù)和操作，以模擬實(shí)際場景中的活動。例如在火災(zāi)模擬中，學(xué)生可能需要使用滅火器撲滅火源。這種交互性可以加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)際操作技能。對于一些實(shí)際場景，多用戶協(xié)作是必要的，如救援任務(wù)或工程項目。虛擬環(huán)境可以支持多用戶同時參與，并模擬協(xié)作和溝通的重要性。這有助于培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊合作技能。最重要的是，虛擬環(huán)境應(yīng)該提供實(shí)時反饋和評估，以幫助學(xué)生了解他們的表現(xiàn)。這可以包括任務(wù)完成情況、錯誤糾正和建議改進(jìn)的反饋。教師可以使用這些數(shù)據(jù)來監(jiān)督學(xué)生的進(jìn)展。

（四）團(tuán)隊合作和協(xié)同學(xué)習(xí)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在團(tuán)隊合作和協(xié)同學(xué)習(xí)方面提供了獨(dú)特的機(jī)會。需要創(chuàng)建支持多用戶的虛擬環(huán)境。這可以通過虛擬現(xiàn)實(shí)平臺實(shí)現(xiàn)，使多名學(xué)生能夠同時進(jìn)入虛擬世界，并在其中進(jìn)行協(xié)同學(xué)習(xí)。這個虛擬環(huán)境可以模擬各種情境，如團(tuán)隊項目、合作任務(wù)或模擬工作場景。虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境應(yīng)該提供實(shí)時的溝通和協(xié)作工具，使學(xué)生能夠在虛擬環(huán)境中進(jìn)行互動和合作。這包括語音聊天、文本聊天、手勢交互等工具，以促進(jìn)學(xué)生之間的溝通和協(xié)作。在虛擬環(huán)境中，學(xué)生可以分配不同的角色和任務(wù)，以模擬真實(shí)團(tuán)隊合作情境。例如在模擬工程項目中，學(xué)生可以扮演不同的工程師角色，各自負(fù)責(zé)不同的任務(wù)。這有助于學(xué)生理解團(tuán)隊合作的重要性和角色分工的實(shí)際應(yīng)用。虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境可以包括各種問題和挑戰(zhàn)，需要學(xué)生共同解決。這可以涉及模擬故障排除、項目計劃、決策制定等情境。學(xué)生需要共同思考和合作，以找到解決方案。此外，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以允許不同地點(diǎn)的學(xué)生共同參與協(xié)同學(xué)習(xí)，打破地理限制。這對于國際化合作和跨文化交流非常有意義。

四、結(jié)語

高職計算機(jī)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)的問題與挑戰(zhàn)是不可忽視的，但借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，我們可以克服這些問題，為學(xué)生提供更優(yōu)質(zhì)的教育。通過解決設(shè)備陳舊、教學(xué)內(nèi)容過時、師資不足等問題，以及引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的多感官體驗(yàn)、實(shí)時互動性、模擬實(shí)際場景等創(chuàng)新方法，我們可以培養(yǎng)出更具實(shí)際應(yīng)用能力和團(tuán)隊合作精神的計算機(jī)專業(yè)人才，為他們的職業(yè)生涯鋪平道路。因此，高職計算機(jī)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)應(yīng)積極迎接新技術(shù)的挑戰(zhàn)，以不斷提高教育質(zhì)量，推動學(xué)生的綜合素養(yǎng)和競爭力。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 虎晶. 淺析虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高職計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中的應(yīng)用［J］. 科教文匯（下旬刊），2021（09）：145-146.

［2］ 雷玨. VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高職計算機(jī)類實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用分析［J］. 電腦知識與技術(shù)，2020，16（13）：227-228.

［3］ 李俊賢. VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高職院校實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用探索［J］. 信息與電腦（理論版），2020，32（12）：238-240.

［4］ 付小麗. 關(guān)于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)VR在高職計算機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用［J］. 中國新通信，2019，21（21）：180.

［5］ 介丹，王波，衛(wèi)培培. 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高職計算機(jī)專業(yè)課程中的應(yīng)用［J］. 信息記錄材料，2020，21（07）：78-80.