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VR的现代远程职业教育教学及培训平台构建

摘要】本文概括了虚拟现实技术与虚拟学习环境技术的特点和优势,提出VR+职业教育是现代远程职业教育教学与培训改革的突破口,在虚拟环境中,实现“VR+职业教育”教学与培训平台的构建,提供学习者在虚拟校园环境中的展示、行走、学习等功能,实现受教育者的全面发展。

关键词】虚拟现实技术;教育教学;智能化;构建

VR是指虚拟现实技术,这是一种通过计算机全系统或部分子系统构成的能够给予受众者各种感官信息并使其身临其境的感觉环境,这种技术旨在构建一种计算机仿真系统,能够更好地使体验者学习、体验和感知客观事物,通过利用计算机编程,构建一种模拟环境,实现多元信息的融合式和交互式的多维动态视景和实体行为仿真系统。在现代远程职业教育中运用虚拟现实技术是教育技术发展史上的一个质的飞跃。通过运用VR技术构建的“自主学习”环境,使学习者通过自身与信息环境的交互学习方式取代传统教育理论背景下“教师教,学生学”的学习方式,这对学习者通过多角度立体认知的方式收获知识与技能有极大的帮助。VR+职业教育是现代远程职业教育教学与培训改革的突破口,解决了学习者看见却摸不着企业、浮于岗位之上、不能实操等在社会实践中的不足,使理论知识与现实问题结合并解决之,不仅在实践中丰富和扩大专业知识领域,更将能够锻炼学习者的社交能力,从而以积极进取的心态投入到自己未来的工作和生活中。

一、虚拟现实技术与虚拟学习环境

(一)虚拟现实技术

虚拟现实技术(VR)是虚拟仿真现实技术的一个重要方向,是以沉浸式、交互式和构想性为基本特征的计算机高级人机界面。它综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术,模拟人的视觉、听觉、触觉等感觉器官功能,使人能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中,并能够通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互,创建了一种适人化的多维信息空间。虚拟现实技术通过构建一个包含客观物理事物的逼真性的虚拟世界,使体验者能够“身临其境”地感知客观物理事物,这种感知将能够有效地突破现实的真实世界带给人们的时空限制。VR技术是一种跨越现实世界的虚拟视景技术,是以计算机为核心设备的通过系统编程构建虚拟情景图形的图形工作站,如早先的SGI、SUN等公司生产的微机图形工作站,近几年异军突起的具有性价比优势的基于Intel奔腾III(IV)代芯片和图形加速卡的微机图形工作站。此外,要使体验者产生立体视觉效果,图像显示设备是关键的外部接入设备,如光阀眼镜、头盔显示器和3D投影仪等。其他的外接设备主要用于虚拟世界和现实世界的数据信息交互,如三维鼠标、数据手套、运动跟踪器、语音识别与合成系统、力反馈装置等。VR技术应用前景广阔,从早期运用于军事与航空航天领域,逐渐向民用各领域扩散,在人类社会生活中的影响力不断加大。科学技术的发展赋予虚拟现实世界新的含义。对于虚拟世界,学术界学者从不同角度出发,对此提出了不同的定义,按最早提出虚拟现实概念的学者J.Laniar的说法,虚拟现实,又称假想现实,意味着“用电子计算机合成的人工世界”。这个智能世界与计算机信息之间有着密不可分的关联,大数据信息是实现虚拟现实世界的必要前提。

(二)虚拟学习环境

环境是指某一特定生物体或生物群体以外的空间,以及直接或间接影响该生物体或生物群体生存的一切事物的总和。因而,环境是围绕某一特定主题而形成的相对概念,是由相对应的主体和客体所组成的系统。在虚拟学习环境中,学习者是主体,虚拟学习环境是促进学习者实现系统学习和全面发展的,由信息技术构建的各种支持性条件的耦合系统。虚拟学习环境(IVLEs),即由数据构成的数字环境和数据传输的网络平台系统相结合,它是数字图书馆和网络检索平台交互融合的产物,在网络环境下,各种教育教学资源(数据平台、教学环境、科研信息、大数据平台、环境资源和服务资源)相互融合,为学习者创建一种一站式的检索、查询和链接的数字化学习环境。

(三)VR教育的创新性特点与优势

1.教学内容与教学方式的三维直观感VR通过虚拟现实技术构建具有生动、直观、形象为主要特征的3D立体教学内容,取代传统的以图书、板书为主的2D教学内容,学生在学习过程中很容易通过形象思维构建立体认知体系,有助于学生对知识点和知识体系的理解和记忆,如学生可以通过形象可视化的VR教学内容,轻易地将那些如电磁波、电磁场、核子、立体几何等抽象或无法用肉眼观察的世界展示出来。2.参与、互动、建构在虚拟化的学习环境中,学生可以使用VR技术,积极参与到教学过程,积极体验学习内容。在学习参与过程中,学生通过VR技术,有效地建立起自身的学习体验和模拟学习环境之间的链接,并有效地进行两者之间的互动,实现自身的相关经历与学习到的知识体系的深度联系。因而,VR教育本质上是一种学生的学习参与、课堂互动和知识点建构的“情境体验式”建构主义学习,通过体验、认知和建构知识,充分调动学生学习主动性,实现行动导向为主体的学习方式。3.游戏化教学游戏化教学是情境教学模式下的一种快速高效的学习方式,但其效果受限于游戏的可视性和互动性程度。VR技术的发展,正好适应了游戏化教学对可视性和互动性的需求,通过VR技术,教育工作者可以很自然地设计出“寓教于乐”的游戏化教学内容,将有助于提高学习意愿、激发学生兴趣、提升学习效果。4.减少教学中的风险现代教学手段中,实验教学方法是在教学过程中经常性运用的手段,特别是医学、化学等学科,需要经常组织学生在实验室进行实验操作,具有一定的危险性。通过借助VR技术构建虚拟实验环境,可以有效地降低实验教学中存在的危险系数,同时也能够保证实验效果不打折扣。5.促进教育资源均衡化虚拟学习环境突破传统教学环境中时空不可分割的局限性,将最近或最远的学习资源通过计算机和网络技术进行整合,向学习者提供一个不受时间与空间限制的数据空间,学生可以在这个平台上收获相关的教育资源。同时,VR可以通过模拟一个虚拟课堂,将不同地区的老师和学生之间拉近距离,仿佛同处一个课堂上课,也能够让师生之间达到真实、实时的交流与互动。因此,VR技术在教育领域的应用,可以使优质教育资源的转移变得更加的便捷、快速和低成本,对优质资源在区域之间、城乡之间的流动更加可行,教育欠发达的地区和偏远地区的学习者也能够实时享受到优质教育资源,以及与名师之间的交流互动。

二、建立基于VR的现代远程职业教育教学与培训平台的必要性

虚拟现实技术已广泛应用于现代远程职业教育的教学领域,并对现代教育理论和现代教育技术的发展起到了积极的推动作用。交互技术是虚拟现实技术能够全面走向应用的核心技术之一,经历、体验与感受比被动地接受空洞的说教更加能够使学生认知知识、感受世界,这其中是有本质上的差别。正如一些在教育界有影响力的专家所说:不断创新与发展的现代教育技术的广泛应用,推动了新的教育思维的确立,这种新的教育思维的确立、教育技术手段的使用,可以解决当前我们在科技研究、虚拟教学、教育娱乐、虚拟实验等方面无法解决的问题,是对当前的教育教学领域的重大改革,是现代教育技术实现质的飞跃性发展。

(一)教学观念的变化

传统的教学观下,教学组织形式往往以班级为单位,教师以课堂讲授法为主体,体现“传道、授业、解惑”的教学理念,在传统课堂上,教学方法是以教师的“教”为主,教学活动的中心是教师,教学内容与结构、教学方法与进度很大程度上由教师来决定,在教学过程中,学生的被动性很大。为克服传统教学的局限性,现代教学观念下的教学方法更多强调的是提高学生学习兴趣的启发引导式教学,启发引导式教学追求教、学一体,通过教师启发式的讲授引导学生的思维活动,以启发式的教导激发学生的感情认知,从而激发学生在学习过程中的积极性和主动性。将虚拟现实技术应用于教学,可以更好地创造学生主动构建知识的环境,以学生为主体性的个别化、合作化、自我探究式教学才能真正取代传统的以教师为中心的教学模式。在现代教育思想的引领下,许多新的虚拟现实技术不断地在尝试着改进教学方法。从虚拟现实系统的组织形式看,引入到具体教学实践活动中的虚拟现实组织系统是非线性网络结构,通过虚拟仿真学习环境提供完善的人机交互功能,并以此为基础,由学生来主动地参与和构建知识体系,促使教学组织模式由传统的灌输式转变为现代的建构式,将“要学生学”转变为“学生主动学”,同时也将教材由传统的“教师控制”向“学习者控制”转变,这些转变下,教学内容不断发生变化,教材内容的生动性等外在形式和科学化的内在结构有机结合起来,不断推动教学观念的改进。

(二)教学内容的变化

在具体的教学实践活动过程中,学生主要通过学习教学内容所传递的教学信息来获取专业知识、掌握专业技能、发展综合能力。多媒体虚拟现实技术在教学过程中的应用使得教学内容在内在结构和外在形式上发生了重大变化,具体表现为:1.内在结构的变化虚拟现实技术在教学实践活动中的应用也带来了教学内容内在结构的变化。以线性结构进行组织学科知识结构的传统教材和实践指导教材,其“以教为主”的结构,教学顺序性非常强,学生只能通过被动地接受教师的讲授才能获得准确的概念、原理和内在逻辑关系,学生过多地依赖教师的讲授,而缺乏学习的主动性、积极性和灵活性,因此也不能更好地将已建立的知识结构迁移到新的知识结构。在虚拟学习环境下,信息以多种媒体为媒介,通过虚拟现实技术进行网络化超链接,实现网络发布和网络操作体验,实现远程教学、在线教室、在线考试等虚拟教学方式。2.外在形式的变化传统的实践教学以实训课为主要形式,教学实践的基础是学科的理论知识,在学生掌握了一定的理论知识后,再开设相应的实践课,主要是教会学生正确使用设备和仪器,对理论知识进行归纳,在实验基础上对规律进行总结。通过实验和实训环节,培养和提高学生的专业理论水平、技能技术水平和动手实践能力。多媒体技术具有信息存贮量大的优势特点,可以将教学内容得以有效地表现出来,其多元的有效表现方式和高效的协同性能远远高于单一媒体,特别是虚拟现实技术环境下人际交互系统,将有利于人才的个性化发展,可以因人施教、因材施教,有利于高素质、全面型人才的培养。

(三)教学手段的变化

教学过程中,多媒体VR技术的广泛应用,有效促使科学化、高效益化的教学手段的形成与发展,具体表现在:1.互动启发式教学传统的多媒体技术,如幻灯片、投影影像、PPT课件在教学内容演示上较为抽象和枯燥,难以有效开展启发式教学。虚拟现实技术的发展,以直观、形象的视听觉材料,将学生带入到身临其境的虚拟现实环境,通过自主控制人际交互系统实现对信息传送过程中的多重和直接的感官刺激,学生从而以思维、行为和情感三个方面形成对知识点的理解和掌握。2.发现式教学解决问题是发现式教学的中心表现形式,在实训、实验教学中广泛应用虚拟现实技术,将有助于学生进入问题的情境之中,通过虚拟有针对性的问题情境,以发现问题、分析问题、解决问题为逻辑线索引导学生自主探究、合作探究。发现式教学构建以人类认知特点为基础的网络化结构,将内含不同媒体信息的各个知识点以及之间逻辑关系,整合和建构成整个教学内容的知识框架。3.协同工作式教学所谓协同工作式教学,是克服传统教学手段中师生交流欠缺、学生之间协作性较差的局限性。虚拟现实技术通过构建模拟课堂,使处于不同现实空间的师生沉浸在同一个虚拟空间中,以协同操作的方式共同参与到项目的设计和训练之中,这种教学手段,与传统的课堂教学最大的区别在于师生不仅可以有效互动交流,学生之间共同分组合作参与,培养学生的团队意识和协同探究能力。4.情境式教学三维动画虚拟现实是虚拟现实技术的最大特点,虚拟现实技术能以三维动画形式将教学中抽象的概念、原理、实验过程构建和设立成为一种真实的学习情境,通过情境式教学有效达到教学目标。

三、“VR+职业教育”教学与培训平台的构建

(一)VR实训室和职业体验中心

通过VR实训室的建设,推动虚拟现实技术的发展及其在现实社会各领域的应用,以VR实训室虚拟现实情景下的实训操作迅速将科研成果得以产、学、研之间的转化。虚拟学习环境能够为学习者提供生动、逼真的学习环境,如建造企业经营环境,模拟企业竞争市场,学习者可以通过虚拟环境体验巩固和深化自己的专业知识体系。亲身体验和感受的主动式交互方式比空洞抽象的被动式说教与灌输是有本质上的差别,将更有说服力。1.跨专业实验室建设比如财经类专业可以实现跨专业综合实训,其理念是“把企业搬进校园”,模拟制造企业和外围服务单位(政府机构、银行、工商、税务、各类服务公司等)构成的商业社会,将准备阶段的团队组建、创建阶段的公司注册到运营管理阶段的企业决策等过程进行模拟,学习者可以在虚拟的各类企业内外部环境中,将现实社会中的岗位职责、工作内容、管理事务、单据票据等,与符合教学目标要求的业务规则进行结合,实现无差别化的逼真式企业经营管理与业务运作。它实质上是一个跨专业的虚拟仿真实验。跨专业教学活动要求学习者在仿真环境中灵活运用已经掌握的专业知识,不只面向某个专业,而是关注行业、企业、岗位、任务、流程的体验,学习者实验即是环境的体验,也是完成决策并执行岗位任务的体验,达到决策、执行、体验三位一体的实践教学目的。通过对整个商业社会的模拟演练,使学生明白各类型企业机构的社会职能与业务模式,清晰认知各产业链的上下游结构,及各行业组成机构间的竞争与协同关系。平台课程打破各专业间的壁垒,全面深刻认识一个涵盖制造、物流、金融、零售等多元化、信息化经济社会的商业模式,使学生不再集中在单一企业的某一个业务环节,而是将企业内部流程与外部环境相结合,从一个企业的业务执行者上升到企业战略的决策者、分析者。2.将VR技术引进课堂以系列VR软件为核心,以多款VR设备为载体,依托教学实训管理平台,搭载优质教学资源,把复杂的知识原理以逼真的VR效果展现,帮助教师教授传统教学手段难以体现的知识点。学生以小组的形式(2-4人)操作VR设备,加深理解,与教师进行互动,并进行立体化的虚拟仿真实训,沉浸式体验与演练并存启发学生的创造性思维,真正实现“教学做创”一体化。(1)桌面实训区:依托桌面式VR操作平台,通过手持红外笔,结合桌面式全息操作系统可以捕捉到用户的手部在空间中的位置信息,并对眼前的全息图像进行交互。采用小组形式,2-4名学生为一组,每组配置1套设备,一个学生主做,其他学生佩戴非追踪眼镜观看,并进行讨论,主做学生可在组内轮换,老师可辅助演示投影到大屏幕上帮助同学们理解。应用领域为机械制造、汽车拆装、医学解剖等。(2)沉浸体验区:通过佩戴头盔搭配手柄,配合空间定位技术使学习者沉浸在真正的体验之中随意地走动和操作,获得身临其境的游戏和视听体验。应用领域为人资秘书、酒店管理、保险理财、物流管理等。(3)体感交互区:通过Kinect设备导入参与者即时动态捕捉、影像辨识、麦克风输入、语音辨识别等信息,来让参与者可以操作与互动。应用领域为3D动画、旅游管理等。3.构建实训室综合管理系统实训室综合管理系统集科学化的资源管理、智能化的实训管理、便捷性地数据统计于一体,可以非常高效、便捷的管理实训室预约、实训考勤、实训室资产、实训室耗材等,实现实训室科学化、智能化、系统化管理。通过系统化的管理流程、制度,提升管理效果;科学的设备管理,方便设备整合调度;智能化的实训预约、考勤,加强对实训教学活动的监管;及时全面地共享实训室资源信息,提高学校实训室使用率。与此同时,与智慧大屏显示系统有效衔接,将相关数据信息发布、课程影像显示、远程直播互动等功能完美呈现。(1)门户式的平台搭建,彰显实验室特色风采。用户一次登录便捷使用实训室各类应用,支持实训室门户界面个性化设置、用户分类管理、资讯动态发布功能。(2)科学化的资源管理,方便资源整合调度。支持实训室实验设备、实验软件及相关资源的科学管理。(3)智能化的实验管理,加强实验调控监管。可实现实验实时监控、远程控制、实验室布局、实验预约、教学同步功能。(4)系统化的教学管理,提升教学互动效果。可实现课程管理、课表生成、实训作业、实训考勤、成绩统计、教学分析、资料共享、信息交流等功能。(5)便捷性的数据统计,支持全面实验教学评估。可实现教学统计、软件统计、硬件统计、实验室使用情况统计等统计信息的查询。

(二)虚拟大数据智慧校园

虚拟现实技术较为早期的应用领域之一是教育培训领域,虚拟现实技术在教育领域的具体应用为虚拟智慧校园,为适应各类学校的多元层次需求,虚拟智慧校园由浅及深的由三个应用层面构成:一是简单的虚拟校园环境,可以向学员提供基于教学、教务、校园文化和校园活动等各方面信息浏览;二是以学员为中心的虚拟远程教育基础平台,以人性化的平台服务向各类高校的分校区和远程教育教学点提供可移动的交互式远程教学的课程服务场所与网络平台;三是以虚拟现实技术为基础的开放式、远距离的可持续教育平台,以提供新技术和高技能职业培训为推动地区经济和社会发展。满足学校虚拟实验与实体实验、校内实验与校外实习实践同步管理的开放式实验教育平台,以改善原来虚拟实验与实体实验教学管理脱节的问题,助推虚实结合、理实一体教学,加强学校对实践教学过程的组织、跟踪、管理和考核评价,保障实践教学质量。

(三)建立VR社会培训平台

虚拟现实技术的引入使得虚拟培训成为现实。VR社会培训平台构建的虚拟培训环境向培训者提供一个与真实环境无差别的学习环境,在这个虚拟环境中,培训者借助人机交互设备与虚拟环境中的所有物件之间进行具有真实沉浸感的交互行为来体验和操作多种实验。实现以网络虚拟现实平台为载体的信息化网络系统的互联互通,实现师生互动式教学、自主式学习,实现以网络教学平台应用为主要内容的师生信息化能力互进共长,实现信息技术与教学环境、教学组织、教学方式、教学手段在网络教学平台上的融合。在实训环节,可以带领学生重点研究虚拟环境的快速三维建模与高效绘制、自然灾害现象模拟与仿真、多种数字媒体融合、增强现实等关键技术,并研究这些关键技术在公共安全事件模拟分析、影视产品制作、游戏动漫生成、数字媒体的生成、展示、管理、发布等方面的应用开发,以改革教学方法、手段,实现“教学做”合一、“手口脑机”并用的实训室管理平台,学生可通过平台的虚拟仿真实训、微课、O2O等提升自主学习积极性,结合搭载的实训室录播直播系统、学科资源,将理论融于实践、课堂融于实践。

(四)校企合作共建共享VR资源

计算机和网络技术与工程的发展和完善,促使虚拟现实技术的不断更新,支撑虚拟现实技术运行的各类硬件设备生产成本也得以不断降低,VR技术在教育教学、教学培训领域,其自身强大的优势和潜力不断显现,越来越受到教育界的学者和从事一线教学的工作者的重视和青睐。学校可依托资深的教育专家团队、专业的课程开发团队、实力雄厚的研发团队,根据专业具体的教学需求匹配对应VR设备,开发职业教育等系列教学产品,提供建设专业性需求较强的VR智慧实训室和校级VR开发与VR实训中心实施方案。校企合作共建共享具有扩展性强、兼容性高的超前的教育教学资源管理与共享平台,满足现代远程职业教育下各学科、各专业在实验教学中对VR实验教学的需求,提高VR实验教学的有效性,探寻一条适合校企合作,共建、共享、共管的新模式、新途径。

(五)建立一支高素质的VR教学师资队伍

积极打造一支集教育教学、科研创新、技术应用为一体,人员结构合理配备的高素质VR教育教学师资团队,以先进教育理念全面提高教师创新精神和实践能力。以信息化资源建设与应用为核心,建设信息化实训基地,提升教师的信息化教学应用能力,增强信息化为学校管理服务和学校教学服务的水准,让每位教师拥有丰富的教学资源来实现教学梦想,做到建立教师信息化应用能力的长效考核机制,并使考核机制常态化,以多信息渠道构建开放式、立体式的教与学空间,科研先导,努力探索信息化环境下教育教学的新模式、新方法和新途径。

(六)建立“VR+职业教育”教学质量监控体系

建立学校教学质量监控体系,建立基于虚拟现实技术的职业教育人才培养工作状态数据并分析应用,实施虚拟现实技术的教学工作诊断与改进,进行数据分析,提供学校的教学质量报告。针对国家提出的“高等职业院校内部质量保证体系诊断与改进指导方案”工作指导,围绕教学质量提升目标以人才培养工作状态数据管理系统为基础,搭建覆盖教学、学生教育、管理与服务的全面质量监测平台,开发具有质量保证、信息发布、监测预警、绩效考核等多功能的信息化系统,实现数据实时采集、过程实时监测、结果实时诊断,达到及时预警、及时纠偏、持续改进的目的,为内部质量保证体系的有效运行和决策提供强有力的数据支持,打造集人才培养工作信息采集、质量管理指标实时监控、质量诊断科学量化功能为一体的教学质量诊断和实时监测平台,推进教学质量诊断与改进。

参考文献

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[2]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(07).

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作者:吴黎旦 黄炜倩 肖林炜 单位:金华广播电视大学

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