虚拟现实技术在高职实践训练中应用

摘要：改革传统的实践训练模式，优化实践训练的环境和方法，是提高应用型人才培养规格和质量的迫切要求。虚拟现实技术应用于高职教学可以使学生身临其境、主动交互学习，提高学生的学习兴趣，培养学生自主探索问题的能力和创新能力。充分利用现代教育技术，运用虚拟现实技术改革教学，尤其是实践教学，是解决当前实践教学困境和提高教学质量的有效途径。
关键词：虚拟现实；高职；实践训练
1009-4156(2012)08-065-03
“实践能力薄弱，应用能力差”是当前人才培养和高职教育中普遍存在的问题。高职教育如何提升学生的能力效能?如何检验学生的知识效能?如何发展学生的创造效能?这就要求高职教育必须为学生提供良好的知识获取、加工、交流、探索和实践的环境和条件，为学生创设丰富真实的尝试探索的情境和氛围，为学生营造积极自由的时空环境和创造型思维的发展空间。传统的高职教育教学方式对这一切是无能为力或力所难及的，而基于多媒体计算机技术、仿真技术、传感器技术和人工智能技术基础之上的虚拟现实技术有效地解决了这一问题，为学生提供了良好的实践的空间和平台。由于虚拟现实技术具有其他媒体不可比拟的“真实性”优势，它应用于职业教育，可以为动态的过程仿真、复杂的技能培训、微观的解剖分析、直观的效果设计等方面带来变革，高职院校越来越重视它的研究和应用。虚拟现实应用于教育是教育技术发展的一个飞跃。

一、虚拟现实技术

“虚拟”与“现实”两词具有相互矛盾的含义，但科学技术的发展却赋予了它新的含义。按最早提出虚拟现实概念的学者J.Laniar的说法，虚拟现实(Virtual Reality，VR)，又称检测想现实，他定义为“用电子计算机合成的人工世界”。虚拟现实是20世纪末才兴起的一门崭新的综合性信息技术，是一种综合计算机传感器技术、图形技术、网络技术、多媒体技术、人机交互技术、仿真技术以及立体显示技术等多种科学技术而发展起来的计算机领域的新技术。虚拟现实技术能为使用者提供身临其境的主体沉浸性、自然交互性、物体自主性、全面感知性。
虚拟现实技术主要包括模拟环境和模拟感知，能达到用户难辨真检测的程度。模拟环境是由计算机生成的、实时动态的三维立体逼真图像。模拟感知是指虚拟化的人所应具有的感知。除了计算机图形技术所生成的视觉感知，还有听觉、触觉、力觉、运动等感知，甚至还包括嗅觉和味觉等，也称为多感知心。
随着计算机以及人机交互手段的向前发展，虚拟现实技术的应用越来越广泛，正逐步渗透到各个专业领域。
在教育中的主要应用有虚拟实验室、虚拟课堂、虚拟图书馆、虚拟校园、虚拟演播室、虚拟远程教育等。
根据虚拟现实所倾向的特征的不同，虚拟现实系统分为桌面式、增强式、沉浸式和网络分布式虚拟现实系统。目前限于经费和技术因素，教育领域主要采用的是前两种，其中以第一种居多。
虚拟现实技术已改变了传统教育模式，由督促教学的被动学习模式转变为学习者通过自身与信息环境的相互作用获取知识、技能的主动学习模式。虚拟实验室可以让学生亲身经历如太空旅行、化合物分子结构显示等比传统教学更加具有说服力的校园学习。虚拟实训基地可用于驾驶等传统职业技能训练技术和虚拟消防训练，国外的虚拟消防训练已经深入儿童群体。

二、高职虚拟现实实践训练的基本要求

虚拟现实技术的引进，使我们可以立足于有限的设备资金投入，更多地依靠软件和智慧，有针对性地设计、开展各种模拟实验或虚拟教学，让学生获得与真实实验或现实教学一样的体验。高职的“以全面素质发展为基础，以职业能力为本位，以提高技能水平为核心”的实践实训教学。对虚拟现实教学提出了明确的要求。

1.职业的典型性

高职院校的实践训练要根据职业的需要，注重职业调查与分析，确定职业能力范围和典型特征，从职业活动特征分析人手，找出职业岗位所必需的核心操作技能、相关知识、工作态度、应用设备等，通过虚拟现实技术真实地再现和模拟职场情境，体现和提升职业性和典型性。

2.过程的情境性

从心理学的角度看，亲身的经历和感受比空洞抽象的说教更便于理解和记忆，主动地参与比被动地观看更能获得更多的知识信息。虚拟现实技术可以根据教学的重点、难点给学生创设形象、逼真、生动的学习情境，学生完全可以成为虚拟情境中的参与者，扮演一个角色，完成虚拟的任务。从而充分调动学生的学习积极性，有利于培养学生的技能。

3.内容的真实性

从两个方面来理解：虚拟中的“真实”和现实中的“真实”，前者的重要性在于营造一个虚拟的“真实”情境，让学生沉浸在虚拟场景中，获得全方位的学习体验，情境越“真实”学习者的体验效果越好。后者的重要性在于能够让学生身临其境，亲自动手操作教学设备，获取“做”的经验，这是其他媒体所无法比拟的。
在高职的实践训练中，所采用的虚拟现实实训系统应保证虚拟的教学设备，与实际使用的教学设备无论外观还是操作等属性完全一致，从而保证实践的真实可靠。

4.手法的多样性

利用虚拟现实技术建立起来的虚拟实践基地，可以虚拟设施、虚拟环境、虚拟3D空间、虚拟人物等，包括维修技能、试验技能、教学技能、指挥作战技能、医院手术技能、体育训练技能、植物栽培技能、车辆驾驶技能等各种职业技能的训练，用到的设备与部件基本上都是虚拟的，学生可以根据需要来选择和更新。教学内容也可以根据学习计划随时调整，保证实践训练的内容能够跟上技术的发展。另外，由于虚拟现实的交互

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性和沉浸性、学生扮演角色的真实性，学生可以全身心地投入到学习情境中去，这对学生的技能训练非常有利。除此之外，因为虚拟的训练系统无任何危险，操作练习可以反复进行，直到学生熟练掌握。

5.技术的先进性

虚拟现实实践实训教学系统一般是以实际工作过程为主要任务的项目学习，通过具体的案例来解决较复杂的综合性问题或完成相应工作任务的完整工作过程，即操作的技术技巧。当任务发生变化时，虚拟现实系统不用重新制作，只需通过修改系统中有关参数的设置，就可模拟真实世界中物理参数的改变，完全可以满足新任务的需求，技术非常先进，操作也很灵活。

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