職業教育通過虛擬現實技術可保護昂貴的真實設備,減少誤操作的危險,縮短占用設備的時間。特別對于一些本來具有一定危險性的實驗實訓教學活動,毫無危險性的虛擬現實 VR教學系統的應用尤為重要。例如,虛擬的化學實驗,通過模擬現實世界真實場景,營造一個虛擬的三維實習實驗環境,這個環境的真實感尤為重要。
《當代職業教育》(月刊)是經國家新聞出版署批準,由四川省教育廳主管,四川省廣播電視大學主辦的教育類期刊。本刊面向國內外公開發行。本刊是一份立足四川、面向全國,為職業院校辦學教學服務、為職教事業發展服務的綜合性學術期刊。
論文摘要:高等職業教育實踐教學對于促進學生知識理解和掌握、培養學生分析問題和解決問題的能力方面發揮著非常重要的作用。但是由于我國高等職業教育教學條件相對不足,實踐教學不能最大限度的實現,利用虛擬現實技術來仿真模擬現場可以使學生產生身臨其境進行實踐教學的效果。
實踐教學在高等職業教育教學活動中占有非常重要的位置,對于深化學生對知識的理解和掌握、培養學生分析問題和解決問題的能力具有重要的作用。但是我國高等職業學校實踐教學特點及條件的限制,阻礙了學生的動手能力和創新能力的培養。不能最大程度的激發學生的求知欲望,在一定程度上影響了學習的效果,而用虛擬現實技術來進行實踐教學卻可以解決這些難題。
1 虛擬現實技術的內涵及特征
虛擬現實(Virtual Reality,VR)又稱臨境技術,是一種利用計算機系統來創建和體驗虛擬世界(Virtual World)的技術。虛擬現實技術是綜合應用各種技術來制造逼真的人工模擬環境,并能有效地模擬人在 自然環境中的各種感知系統行為的高級的人機交互技術,使用戶身臨其境地感知虛擬環境中的物體,通過虛擬現實的三維設備與物體接觸,從而真正地實現人機交互。可以說人處在虛擬環境之中跟現實環境是沒有差別的。
VR技術是計算機技術、計算機圖形學、計算機視覺、視覺生理學、視覺心理學、仿真技術、微電子技術、多媒體技術、信息技術、立體顯示技術、傳感與測量技術、軟件工程、語音識別與合成技術、人機接口技術、網絡技術及人工智能技術等多種高新技術集成之結晶。其逼真性和實時交互性為系統仿真技術提供有力的支撐。它同時具有沉浸性(immersion)、交互性(interacdon)和構想性(imagination)L2 J,VR技術的發展始終圍繞這三個特征而前進。沉浸性是指用戶對虛擬世界中的真實感,此種真實感將使用戶難以覺察、分辨出其自身正處于一個由計算機生成的虛擬環境中;交互性是指用戶對虛擬世界中的物體的可操作性;構想性是指用戶沉浸在虛擬世界的多維信息空間中,依靠自身的感知和認知能力獲取新的知識,提高感性和理性認識,從而深化概念并萌發新意 J。因而可以說 ,虛擬現實可以啟發人的創造性思維。VR技術的實質是一種采用計算機技術制作仿真的假想世界的技術 J,采用計算機產生一個被仿真世界的動態、三維視覺環境,使操作者產生一種身臨其境的感覺。實現的方式主要是戴上特制的頭盔顯示器、數據手套以及身體部位跟蹤器,通過聽覺、觸覺和視覺在虛擬場景中進行體驗。
2 虛擬現實技術在高等職業教育實踐教學中的應用
2.1 高等職業學校實踐教學的現狀
我國正處于社會、經濟的快速發展時期,時代需要大量應用型人才、高技能人才。“加快培養高質量技能型人才,是當前我國職業教育面臨的緊迫任務;加強實踐教學的建設和改革,是提高技能型人才培養質量的關鍵環節”[5]。因此,高等職業教育要將學生職業技能的培養工作落到實處,實踐教學起著不可替代的作用,加強實踐性教學可提高教學效果和開發學生創造能力,進而達到鞏固理論知識、提高綜合素質和實踐能力的目的。可見,加強實踐性教學,是當前高等職業教育改革與發展的重中之重。幫助學生形成實踐操作技能和職業能力,滿足就業的需要是職業技術教育普遍的教學終端目標。
高等職業教育實踐教學通常存在的問題:(1)專業實訓設備體積較大而實訓教學的場地有限,教師在講授設備操作、使用、注意事項時,只有在設備附近的少數學生能看清楚。(2)專業實訓設備結構比較復雜、單價較高,為實訓教學增加設備的臺數勢必大幅度增加購置經費,而且每次使用機器成本較大(包括原材料、電力、機器損耗和設備維修費用,而實驗產品是不能投放市場產生經濟效益的)。(3)實驗設備更新速度相對滯后于技術更新的速度。如果按照現在的技術更新速度同步進行實驗設備的更新,投入將是非常巨大的,由此造成的浪費也是非常嚴重的。(4)由于實驗故障等原因導致的設備損耗較為嚴重。對實驗過程指導不力或實驗過程中的失誤,易導致設備非正常損耗。(5)對于沒有實踐經歷的學生在真實實驗或生產車間進行操作存在一定的危險性。因而在現實教學中,一般采用教師演示或組織學生看錄像的方式,但學生很難獲得感性認識,實驗效果大打折扣。(6)教師只能對機械外表進行講授,而機器的運作原理及內部運作無法了解,當機器運轉時內部結構無法講授(機器運轉時不能拆開機殼);(7)在財經、管理等文科專業教學中存在單純依靠語言講授,實踐不足的現象;旅游等專業的學生實踐教學要專程到旅游景點進行,費用太高等問題。
2.2 虛擬現實技術在實踐教學中的應用特點
2.2.1 教學手段先進 用現代化計算機仿真技術展示設備,學生能真實的對虛擬設備進行操作,且操作過程清晰易懂。同時,在立體投影屏幕上顯示相應的圖像和交互操作的效果,坐在虛擬現實教室的其余近百名學生則可帶上立體眼鏡進行觀摩學習,課堂氣氛活躍,參與度高,有利于學生的正確理解和掌握。
2.2.2 降低辦學成本 用現代化計算機仿真技術,減少設備臺數,沒有原材料消耗,旅游等專業減少了異地實踐的費用,可大大降低辦學成本。
2.2.3 學習效果明顯提高 用現代化計算機仿真技術,將設備三維“虛擬”出來,并可產生互動,學生通過在計算機反復操作練習后,掌握基本操作技能的時間比以前大大減少,提高了教學質量。
2.2.4 學習興趣增強 用現代化計算機仿真技術,學生可使用計算機進行仿真操作,使一些比較枯燥難于操作的實驗、實訓變得有趣和便于掌握。
2.3 利用虛擬現實技術加強高職學校理工科學生實踐能力的培養
對于高等職業教育理工科專業的實踐教學,通過了解實驗儀器的結構、原理及使用,科學驗證或展開演繹課程的理論,從而加深學生對理論的認識。而對于專業方面的實踐課程,培養學生的動手能力是十分重要的。傳統實踐教學專業實訓設備結構比較復雜、單價較高,設備損耗較為嚴重,且存在設備非正常損耗現象,有的專業實踐操作還有一定的危險性,并且存在設備更新速度在很大程度上滯后于技術發展速度的現象。采用虛擬現實技術可減少資金投入并保持設備更新。對于化學專業的實踐教學來說,應盡量精確逼真地表現化學實驗的操作內容、過程和現象。學習者可以通過虛擬操作獲得直觀的親歷體驗,從而在獲得安全操作方面知識的同時,提高他們在不同的復雜環境下的推理判斷和瞬間決策能力。以這種方式獲得的經驗也會成功的轉移到學習者現實生活的實踐中。
2.4 利用虛擬現實技術加強高職學校文科學生實踐能力的培養
一直以來,高等職業教育文科教學就存在理論偏多,實踐較少,理論和實踐脫節的現象。例如,財經類教學中存在單純依靠語言講授的現象。隨著計算機技術的快速發展,教學方法、教學手段也在不斷的改革,一些學院利用虛擬現實技術相繼建立了文科實驗室。建立了諸如財務、商場、銀行、股市、房地產、電子商務、旅游場景、人力資源開發等虛擬經濟環境。為此,可以建立各種虛擬實訓環境,利用虛擬現實技術展現那些在傳統教學模式中無法實現的教學過程及效果。例如,虛擬的電子商務系統就是把商品建立數字模型,學生可在網上任意訪問虛擬世界中的商店,并動手挑選商品。還可以利用虛擬現實技術模擬房地產營銷系統,該系統可涵蓋房地產營銷業務的關鍵環節,可個性化定制全面營銷解決方案。這個系統能讓房地產專業學生綜合利用各種知識,結合教學要求,全面體驗數字化營銷、互動式營銷和體驗式營銷,還可以利用虛擬現實技術模擬旅游景點,以現實世界的數據為基礎建模,采用三維圖形表現虛擬世界。旅游專業師生可結合學校教學及旅游景區特點個性化體驗教學。觀眾通過頭盔式顯示器或立體眼鏡和相應的投影設備觀察建模的三維物體,可以獲得在平面顯示器上無法看到的物體“深度”(距離)信息,并通過兩只眼睛看到不同視角的兩幅圖像,產生觀察視差 。兩只眼睛所看到的這種物體的深度和觀察視差經視覺中樞綜合后便產生了真實的立體三維觀察效果,從而達到身臨其境的效果
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