| 标题 | 虚拟现实技术(VR)在职业学校教育教学中渗透 |
| 范文 | 李萌 蒋莉 摘要：由于科学技术水平的发展，虚拟现实技术在科技、教育、信息、游戏等领域发展迅速。虚拟技术与教育的结合，将会使教育形式发生巨大变化。该文针对职业学校虚拟现实现状及需求分析，利用3dmax、u3d及“创想世界”软件初步实现了VR在虚拟校园、虚拟实验室、虚拟思政课堂等方面的渗透。 关键词：虚拟现实;职业教育;开发;渗透 中图分类号：G434? ? ? 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2021）14-0162-02 1 背景 虚拟现实（VR）是一种新的计算机技术，它是利用计算机模拟生成构建模拟三维空间，让大家模拟体验，沉浸其中，仿佛身临其境[1]。它是在计算机生成的虚拟环境中利用人们自然感知以及人为控制实现人和计算机互动的技术。 由于科学技术水平的发展，这一技术也取得了很大发展并迅速在军事、教育、传媒、娱乐、医疗等各个领域得到了飞速发展运用[2]。佩戴VR眼镜、运用控制柄等专业操控设备，就可以在虚拟的仿真空间里根据需要进行寻找、选择、移动等操作，实现虚拟与现实高度融合。这就是一种崭新的高科技，而且这项技术正在悄悄得改变着我们的学习和娱乐方式。 VR与教育活动的结合，将会在彻底改变传统教育教学模式的过程中发挥巨大作用。VR技术所创建的虚拟学习环境，给人们提供了一个可以自主学习，自由探究的宽松环境，激发着人们学习的潜能和求知的冲动。虽然VR技术并不可能彻底代替传统教学形式，但它以后的趋势是明显的，潜能是巨大的。伴随VR技术不断成熟，它将对教育领域产生广阔而深远的影响。 2 VR虚拟现实在教育教学的优势 VR虚拟现实在教育教学的优势体现于以下方面。 1）丰富资源激发自主学习 当这种崭新的形式出现以后，丰富的虚拟资源大量出现，人们就会出于好奇主动去探究各种资源了，自然而然人们的学习主动性和积极性得到了激发。VR将传统的被动学习模式变为主动型的学习体验，学习的效果也是可以想象的。 2）浸入式体验提升教学效率 虚拟现实技术的是教学形式的升级和内容的扩展。VR让人们实现在教学中就可以浸入在宇宙中、历史长河里、波涛大海上，根据需要选择与历史对话，与未来交流。这种全新的模式改变了人们常规的学习模式，激发了人们的强烈的知识渴求，培养了人们的想象力和创造力。同时，VR技术通过模拟建立的虚擬环境，让人们在虚拟的环境进行模拟操作，也正好解决了很多在实际操作中不容易实现的内容以及一些在实际操作中有着高危险性或高成本的操作。 3）资源共享节约教学成本 VR模式可以在初次开发以后通过引入和重复调用实现虚拟资源的共享，VR还可以将传统式课堂教学中高昂的设备成本以及巨大的资源损耗降至最少，使教学环境资源成本费降低，让人们在VR中完成全部的学习实践同时极大降低教学各种常规成本[3]。 3 推动VR技术在教育教学中的应用 最近，VR这一新生事物已被纳入教育重点发展规划之中。在2019年，教育部发布《2019年教育信息化和网络安全工作要点》一文以及2020年教育部发布《关于开展“网上重走长征路”暨推动“四史”学习教育的工作方案》的通知中强调指出要大力发展VR技术在教育教学中的应用研究工作，推动大数据、VR、AR等新技术在教育教学中的深入应用[4]。 与此同时，各地主管部门也在教育领域积极推动VR技术。据最新相关报道，北航、清华、复旦等高校已建成了多个相关VR实验室。清华大学已将虚拟现实相关课程纳入到了计算机必修课程之中，同时利用VR技术实现了汽车发动机检测VR实训室。北师大计算机中心还用 VR技术为保护历史古迹开发了“北京胡同”VR体验系统、“秦兵俑”观摩系统等。上海交大、复旦大学等顶尖高校也有许多VR虚拟系统在开发建设当中。 随着我们国家对教育的重视和资金投入的加大，目前各类院校的信息化水平得到极大提升[5]。VR技术虽然在国内很多高校中得到了越来越多的开发和应用，但针对普通学校特别是职业学校的应用现实相距甚远，相关配套的和学校教学密切结合的VR项目应用基本为零。 职业学校的专业门类众多，需求多样，VR的浸入性和交互性特点对于学生实际技能的训练提高是非常有效的。然而调查结果显示，这些运用基本没有。所以，VR技术在职业类学校教学中的应用显得尤为急切紧迫。 虚拟现实技术在教育教学开发实现所要储备的条件包括以下方面： 1）设备端。包括显示技术、定位技术、识别技术三个方面。 显示技术，目前有三种类型的VR显示设备：外置头显，一体机，手机套。其中VR眼镜要用到计算机系统;定位技术，包括外置激光定位、外置视觉定位、内置视觉定位。VR中图像的生成依赖于定位实现，这涉及头部定位和手柄定位两个方面技术;识别技术，系统需要精准地识别操控者的各种动作、状态，包括手势、姿态、表情等。 2）应用端。包括内容开发、视频制作、网络技术。 内容开发，VR教学开发类似游戏开发，大都是使用 U3D、Ue4引擎，3dmax、maya 等三维制作软件;视频制作，VR视频的制作实现有很多可选设备，较多较方便的方式可以用照相机、摄像机、拍摄架实现360全景摄像。还有就是为解决带宽不够以及芯片解码限制需要了解视频分片编解码技术以及多摄像头、多个角度拍摄同一个场景，最终合成3D视频场景的容积摄影技术;网络技术，云VR是虚拟现实以后的发展趋势，因此云端服务器的支持就是必不可缺的一环，这样云端内容编码以及云端高效传输问题也需要解决。此外未来的虚拟社交将会对网络传输有更高的要求，如何实现网络多人同步服务，还需要在数据同步方面做更多研究[6]。 4 VR技术在职业学校教育教学中的渗透 通过对职业学校虚拟现实现状及需求分析，结合学校普遍实际环境和软硬件条件，我们利用3dmax建模软件、u3d引擎软件及“创想世界”引擎软件初步实现了VR技术开发在职业学校教育教学中以下几个方面的渗透。 1）虚拟校园漫游。 虚拟校园漫游就是运用三维动画、三维建模、脚本交互技术，将校园地理位置信息、空间信息、功能信息等结合起来组成一个虚拟的校园环境[7]。用户可以在其中进行模拟体验，还可以利用互联网进行异地远程访问系统，并可在虚拟的校园场景中进行自由游览访问，从而在遥远的网络那头就可以身临其境的了解学校的位置、环境、设施等相关信息。VR校园漫游系统对于以后数字校园的建设与研究意义重大[8]。首先，建立的校园VR体验系统既可以搭建起良好学校设施环境，宣传校园文化，提高学校的知名度。其次，每年新生在报道前通过对VR校园宿舍、教学楼、食堂等环境的游览可以提前了解校园的功能、布局等相关信息，促进学生更快适应未来学校学习生活。最后，虚拟校园还可以为校园规划升级提供重要辅助。如在翻建校园设施、道路或校园改扩建时，我们可以先在虚拟环境中进行评估测试，为校园规划和设计提供帮助，提高了学校规划的科学有效性，更好加快校园建设。 2）虚拟实验室。 虚拟仿真实验室是利用虚拟技术讲教学、实训、科研、教学内容整合到一起的一项技术。它以计算机图形学为基础，结合投影技术、同步技术、声音技术等融合起来，创造实现了一个完全沉浸式的虚拟学习环境[9]。在虚拟实验室中，学生既可以在虚拟实验平台按课前设计好的步骤进行操作，也根据自己实际需求自主设计实验内容，拓展教学内容，这样学习者不但实操能力得到了训练提高，设计能力、创新能力也有很好的培养。利用虚拟实验室还可以实现一些高危险或者不易实现的操作，为此我们设计了职业学校中机修专业发动机故障维修实验、电子专业中高压电接入实验、工程装修专业装修材质更替实验等VR课件。这样不仅减少了实训耗材费用的支出，而且也降低了实训中发生危险的可能性[10]。 虚拟实验室的开发分为以下三个过程，建立实验模型、操作交互设计、软件网络发布三个阶段。 ① 建立实验模型。在建立数字模型比例协调和视觉真实性的前提下尽量面少，删掉多余模型元素，合并同类模型，优化模型，可以很好提高反应速度。模型建好后，要进行不同材质赋予和灯光系统布设。最后烘焙模型，利用插件导出场景[11]。 ② 操作交互设计。交互设计包括基本对象位移、旋转、缩放等交互设置。还包括场景触发、场景切换、事件触发等复杂交互设置。 ③ 网络发布。完成操作设置后，需要将程序对象导出，需要网络运行的要发布到服务器端。学生可通过网络或本地机随时随地使用[12]。 虚拟实验室研究具有很多传统实验室所不具有的特点，作为教育新技术的建设者，我们该大胆的尝试将虚拟信息技术运用到实验室进行开发中，将VR实验室在教学和科研中的作用发挥出来。 3）虚拟现实思政教育。 培养学生健康向上的政治观念，形成真确的政治意识是学校思政教育的核心目的，。思政教育的发展必须与社会发展同步进行。通过VR思政课堂，VR情景让学生置身于党的基本路线和方针之中，真实体验着党的光辉历史。VR思政教育通过视觉、听觉、触觉等多种体验激发着学生的学习情绪和学习兴趣。运用VR技术这一现代化技术手段，将思政教育内容融于VR场景之中，很好地提高了教育效果[13]。随着VR在思政教学中应用，学生的世界观、人生观、价值观在创新的思政教育模式下得以更好实现。在这样指导思想下，我们结合国家“爱国教育”和“一带一路”等思政体裁，设计开发了如郑和下西洋、博物馆游览等虚拟现实教学课件。 通过虚拟现实技术在以上几个方面教育教学方面的渗透尝试取得了良好的教育教学效果，以后我们将根据教学实际需要开发更多的VR作品并进行推广，为职业学校的教育教学发展提供更好服务。 参考文献： [1] 葛磊.虚拟现实场景交互系统的设计与实现[D].北京：北京邮电大学，2018. [2] 王圣洁.虚拟现实技术在博物馆展示设计中的应用研究[D].无锡：江南大学，2018. [3] 赵蔚，段红.虚拟现实软件研究[J].计算机技术与发展，2012，22（2）：229-233. [4] 邹玲.虚拟现实技术在现代远程教育中的应用研究[J].继续教育，2017，31（4）：39-40. [5] 梁峙，秦晓峰.中文版3ds Max 2014基础培训教程[M].北京：人民邮电出版社，2017. [6] 谢菊明.虚拟现实技术在教学实践中的应用效果分析——评《虚拟现實技术在教育领域中的应用及其效果评价研究——以旅游教学为例》[J].中国教育学刊，2019（8）：139. [7] 王艳春，张曙.网络环境下基于虚拟现实技术的虚拟实验室的研究[J].齐齐哈尔大学学报（自然科学版），2007，23（1）：77-79. [8] 季长清.基于移动云计算的远程教育模式研究[J].吉林省教育学院学报（学科版），2011，27（1）：135-136. [9] 王学吉.虚拟现实技术在教育智能化中的运用[J].福建电脑，2017，33（7）：136，142. [10] 刘德建.虚拟现实技术教育应用的潜力、进展与挑战[J].开放教育研究，2016（8）. [11] 姚芳，李哲.应用虚拟现实技术推动普通高校教学改革[J].吉林工程技术师范学院学报，2008（8）：18-20. [12] 商桑.虚拟现实技术在网络教育中的应用[J].虚拟现实技术在网络教育中的应用：浅析远程拟实验室的建设[J].中国远程教育，2000（7）：49-50，64. [13] 胡小强.虚拟现实技术基础与应用[M].北京：北京邮电大学出版社，2009. 【通联编辑：谢媛媛】 |
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