VR技术在高校实训教学中的应用研究

2022-11-10陈国玉

科技资讯 2022年22期

陈国玉

(抚州幼儿师范高等专科学校江西抚州 344000)

高校教师如何在大学生不出校门的情况下实现实训教学呢？实训教学需要实训场景，而实训教学真实的实训场景大多在校外，这样大规模的校外实训与现实产生矛盾，而虚拟仿真VR技术具有模拟真实的实训场景的特征，因此，将VR技术融入高校实训教学将突破时空的限制，达到真实场景相似的效果。

1 虚拟现实技术研究综述

国内外学者对虚拟现实技术进行了大量的研究，比较有代表性的有杨青和钟书华的关于国外虚拟现实技术发展及趋势的研究综述[1]，文章论述了虚拟现实技术的发展历程、虚拟现实关键技术、虚拟现实系统分类、虚拟现实系统的组成和虚拟现实技术主要应用领域，在虚拟现实系统的组成部分指出其由硬件和软件系统组成，虚拟现实技术主要应用领域可用于文化娱乐领域。国内学者近年来主要研究虚拟技术的应用方面，比如：吕细巧关于计算虚拟现实技术及其应用研究[2]，文章分析了虚拟现实技术的内涵、现状及应用的关键技术等；北京体育大学刘静然研究了虚拟现实技术在残疾人康复健身指导中的应用研究，文章主要得出结论是虚拟现实技术研发可以为残疾人康复健身提供指导技术[3]；上海大学张婷婷的关于VR技术在交互电影与游戏领域的应用研究综述[4]，文章论述了近年来VR技术在影视游戏领域的应用主要包括VR电影、VR 宣传片、VR 纪录片、VR 游戏等，另外也研究了VR在教学领域的应用，比如体育游戏、公共安全教育的沉浸式VR游戏等。另外，有学者研究VR技术在领域的应用，例如：陈卫东博士学位论文关于沉浸式虚拟学习环境设计与学习评价研究[5]、雷婷婷博士论文关于虚拟现实技术在商业建筑室内互动设计研究[6]，等等。在高校其他学科的应用研究也不乏精品之作，比如：福建师范大学张爱民研究了VR 技术在高校思想政治教育中的应用[7]，通过研究VR技术在高校思想政治教育的现状，提出其应用的现实性，从而提出VR技术应用于高校思想政治教育的路径；杨沁的关于虚拟现实技术在电子商务中应用研究，文章对虚拟技术与电子商务的关联进行了研究[8]。

2 基于VR技术的高校实训教学理论基础和开发工具

2.1 基于VR技术的高校实训教学的理论基础

理论是实践的先导，良好的理论使实践少走弯路，因此VR技术如何融入高校实训教学要有理论的指导。

2.1.1 认知主义

认知主义的核心观点是主张人的认知结构是影响学习的重要原因，改进教学手段首要的是考虑如何改变学生的认知结构，否则对学习者所起的作用不大。我们知道，知识的获得过程首先是获得感性认识，再由感性认识上升到理性认识，以实现认识的第一次飞跃，然后再由理性认识回到实践，在实践中进一步检验，实现认识的第二次飞跃。因此，第一次飞跃是前提和基础，那么如何有效实现认识的第一飞跃？获得感性认识是关键，传统教学以平面形式展示，学生的感知是一维的，对有些学生来说，接受效果不理想，感知的速度较慢，若是多维空间的感知，则会大大加快感知的速度。而VR是虚拟现实技术刚好符合这一特点。

2.1.2 “经验之塔”理论

该理论主张经验分为做的经验、观察的经验和抽象的经验，其中处于“塔底”的经验最直接，越往“塔顶”越抽象。“塔底”的经验获得是关键，如果没有处理好，“塔顶”的抽象经验就会受很大影响。因此，该理论主张用多媒体等直观工具进行的教学和实训，以使学生快速活动“塔底”最直接的经验，如果在多媒体实训教学中嵌入VR技术，对学生获得直接经验将更为有利。

2.2 基于VR技术的高校实训教学的开发工具

基于VR技术的高校实训教学的开发工具是复杂的，该课题研究为了节约成本，进行资源整合，注册UPVR 全景平台，该平台可以实现全景VR 图，首先课题组购置了全景相机，选取部分红色教育基地为实训教学场景，例如选取南昌八一起义纪念馆，对纪念馆进行拍摄，然后将图片上传到UPVR全景平台，对不同场景合成全景图。在此平台中，有合成创建全景图模块，可以直接上传图片或从素材中选取，然后对全景资料进行填写，比如全景名称、全景描述、关键词、全景分类等，再进行创建；也可以运用创建模板进行创建。当然全景平台是需要成为会员的，会员等级越高，功能越齐全。该平台可以对全景图进行制作和编辑，在开场部分，可以设置一些动漫图形进行渲染，系统上有各种动漫图，需要根据全景图的内容来添加，以便相匹配，可以吸引大学生对VR图认知的强烈欲望，从而达到思政实训教学的效果。在有多个场景的VR制作中，可用指示图标识，比如左右看场景图形等。为了显示是课题组所作，可以打上LOGO，以利于推广使用VR全景图，也避免引起知识产权的争议。

如果只有单反相机，如何制作全景图呢？这里需要利用PTGUI软件进行合成。首先选取单反相机拍摄四周的图片，找准图像进行上传，设置宽度和高度，注意宽度和高度的像素比一定要是2∶1，否则就不能合成全景图，然后利用PTGUI 软件合成全景图。课题组在制作红色教育全景图时全取多个点进行拍摄，然后制作多个VR全景图，然后进行初始场景的设置和场景的更换，然后实现多个VR全景图的切换，完成后对VR全景图添加图文，在全景中插入外链，比如插入热点，也可以插入环物、模型和视频，在红色教育全景图可以插入讲解的视频，这要让高校学生更容易掌握其内容。开发环境流程如图1所示。

图1 基于VR技术的开发工具

当然，UPVR全景平台不是唯一的选择，课题组部分成员也采用其他平台对全景图进行处理，但这里需要强调的是首要的关键是全景图的制作，因为平台运行的是全景图，全景图生成后便可以传送到相关平台进行展示，课题组也选取了720云平台进行展示，效果同样很好。720 云制作的VR 全景图可以传到微信等进行现场实训教学，在有多媒体的教室进行授课，以弥补现实实训教学的不足。

有条件的高校可以自己开发VR 全景制作平台，这样可以实现需要的功能，并且可以对平台进行推广，可以将VR 全景制作平台制作成手机客户端App 进行推广，实现VR全景制作运行便利化。甚至可以设计制作和运行VR一体化的模式，这样大大提高了VR全景制作运行的效率，具体如图2所示。

从图2中可以发现，设计自动合成VR全景图的手机客户端App 和设计运行VR 全景的手机客户端App是关键，因此高校需要招聘编程技术人才，以便自主研发App，如果能够用手机客户端App 控制VR 全景相机，并自动合成VR全景图，这样制作的效率将大大提升，那么VR 全景图市场化就不成问题。现实市场中VR全景相机几乎没有用手机客户端App进行控制，这样需要借助其他平台进行人工合成VR全景图，既受其他平台技术的限制，效率也不高。市场经济的特点决定了便利化和大众化的发展趋势，因此VR全景图的制作和运行应该朝着这样的发展方向前进，才能经得住市场的考验而不被淘汰。

3 基于VR技术的高校实训教学的应用

该课题大多数有思政教师组成，通过红色教育板块、优秀传统文化板块等，用VR技术展示部分场景，大学生可以不出校门感知真实的环境，完全能够实现裸眼3D 的效果，这样既可做到有效应对疫情的影响，又可以大大节约成本。在VR思政实训课堂中，南昌八一起义纪念馆等红色教育基地，可以使学生感知革命先辈克服艰难险阻、勇于斗争的精神，从而自觉地将红色精神传承下去；通过对王安石纪念馆的VR展示，使学生了解我国优秀传统文化，增强文化自信。

通过基于VR技术的高校实训教学的效果分析发现，绝大多数大学生非常喜欢VR实训教学，这种沉浸式教学模式学生更易快速获得感性认识，通过在VR中插入讲解视频，可以使大学生更好地理解场景内容，从而更快达到理性认识，实现认识的第一飞跃。实训课后教师可布置一些任务，比如写一篇论文，这样又可以锻炼学生的写作能力，从收集的论文质量来看，学生通过VR实训学习后写作思路更加清晰、观点更加准确、论证更加有力。

4 基于VR技术的高校实训教学的应用效果

通过对VR技术在高校思政实训教学应用效果调查发现，84%大学生高度认同可接触到多场景方面对学习具有积极作用，具体如图3所示。

图3 接触到多场景方面对学习是否具有积极作用

绝大部分大学认为VR技术在增强学习体验及获得多感官体验方面具有积极作用，具体如图4所示。

图4 VR技术在增强学习体验及获得多感官体验方面是否具有积极作用

在对应用VR 技术的高校实践课程的改进方案中，主张将设备操作尽量简化或安排专门课程学习占绝大多数，具体见图5。

图5 VR技术的高校实践课程的改进方案

5 推进VR技术应用于高校实训教学的对策建议

高校实训教学采用VR 形式是大势所趋，学校层面应该制定相应的制度来促进VR 技术应用于高校实训教学，高校教师需要转变思维方式，自觉学习VR技术，将其运用到实训教学中，高校学生也需要主动适应和学习VR技术，增强感性认识，培养自主学习能力。

5.1 学校制定制度促进VR技术应用于高校实训教学

对于高校而言，实训教学是必要的，尤其是国家对高校教育工作高度重视的背景下，如何实现有效的高校教育教学，是摆在高校面前的重大课题，因此高校需要从制定层面来推动教育教学。高校教育是理论性强的工作，抽象性较强，对部分大学生而言，在接受过程中可能会感到倦怠，因此，为了提高大学生学习的积极性，需要增加感性知识，而VR本身的特征决定了其在感性认知中的重要作用，将VR技术融入高校教育教学特别是实训教学将成为必然选择。高校可以从资金和人才等方面制定相关制度予以支持，例如：高校可以每年预算一定比例的经费用于实训教学，将懂VR技术的人才充实到教师队伍中，促进VR技术与实训教学有机结合。另外，学校也可以建设VR技术实训教学馆，学生入馆进行线上线下体验，增强实训效果。

5.2 高校教师需要转变思维方式

高校教师教学和科研主要集中在教育理论方面，大多数教师由于缺乏理科背景，难以把握信息技术，因此在课堂教学中将过多精力放在学理的阐述上，学生很容易疲惫，特别是从事红色教育、优秀传统文化教育的教学，如何让大学生穿越时空，感知历史文化，这就需要实训教学，而虚拟仿真VR技术本身的特征决定了其能够承担这一任务，因此高校教师需要学习如何制作VR全景图，如何让VR全景图呈现在实训教学中。

5.3 高校学生要主动适应和学习VR技术

高校学生需要根据时代发展，积极主动适应和学习VR 技术，适应基于VR 技术思政实训的教学模式，学会总结规律，从感性认识上升到理性认识，建构自我知识体系，以便将来在工作中更好地指导实践。大学生也可充分利用一些信息技术与课程相结合的网络平台进行学习，增强自主学习的能力。例如：大学生可以利用智慧树平台进行实训学习，在智慧树平台中，有仿真试验课，通过注册成为会员，适当缴费的方式进入平台学习，体验真实的场景，达到快速掌握知识的目的。