虚拟现实技术在职业院校数字场景教学方面的应用研究

任卓

（韶关市技师学院 广东省韶关市 512026）

2022 年5 月，国务院办公厅发布《关于推动外贸保稳提质的意见》，指出积极应用虚拟现实、增强现实、大数据等技术，优化云上展厅、虚拟展台等展览新模式，智能对接供采，便利企业成交。11 月，工业和信息化部、教育部、文化和旅游部、国家广播电视总局、构架体育总局联合编制《虚拟现实与行业应用融合发展行动计划（2022-2026年）》。其中指出加速多行业多场景应用落地。面向规模化与特色化的融合应用发展目标，深化虚拟现实在工业生产、文化旅游、融合媒体、教育培训、体育健康、商贸创意、演艺娱乐、安全应急、残障辅助、智慧城市十大行业领域的有机融合，推动有条件的行业开展规模化应用试点。

2020 年我国虚拟现实产业市场规模约410 亿元，2021 年增长至约555 亿元。预计在2025 年虚拟现实行业规模将达到135 亿元。虚拟现实行业的产业结构主要分为虚拟制造、虚拟现实测试和模拟训练三个领域。其中，虚拟制造占虚拟现实的55.32%，其次是虚拟现实测试和模拟训练，分别占比26.67%和18.01%。随着虚拟现实技术与产业的共同发展，制造业虚拟现实技术的应用模式和应用路径也逐渐成熟。在未来，虚拟现实技术将助力制造业向数字化、网络化、智能化的方向迈进。

职业教育正是服务产业发展助推器，将虚拟现实技术应用在职业院校数字场景教学方面，是顺应企业需求，创新人才培养的有益尝试，这不仅是在探索职业教育教学手段改革，同时也是对学生能力的提升锻炼。

1 应用虚拟现实技术开展教学的价值

1.1 应用价值

1.1.1 为建设高水平职业技术人才队伍提供了建议

在职业院校数字化教学场景中应用虚拟现实技术研究，以深入展开数字信息化时代职业院校人才培养现状、困境和对策为研究对象，为职业院校职业技术教育改革与发展探明方向，有利于加快数字经济时代下职业技术人才队伍建设。

1.1.2 为响应国家战略提供有力的智力支持

在职业院校数字化教学场景中应用虚拟现实技术研究，高举中国特色社会主义伟大旗帜，大力推进职业技术人才战略，为保障落实统筹推进“五位一体”总体布局和协调推进“四个全面”战略布局提供支撑，有利于改善现有职业技术人才储备与经济发展需求不相适应的现状，对推进教育高地建设、走在建设社会主义现代化国家新征程的前列具有重大现实意义。

1.1.3 对职业院校教育改革起示范作用在职业院校数字化教学场景中应用虚拟现实技术研究，依托扎实的理论基础与广泛的实地调研，对于本地区的经济发展水平、职业技术人才培养现状与困境有了全面的把握，以提出为本地区量身定制的职业院校教育课堂教学改革具有突破性的对策建议，对于本地区职业院校全面推广职业技术专业人才培养改革具有重大现实意义。

1.2 学术价值

1.2.1 拓展了职业院校人才培养的相关理论

在职业院校数字化教学场景中应用虚拟现实技术研究，系统梳理了职业院校人才培养相关的理论，验证了现有人才培养相关的方法。此外，此次研究聚焦于虚拟现实技术在职业教育场景中的应用问题，丰富了本地区在虚拟现实技术时代下职业院校在这一方面教育改革的理论支撑。

1.2.2 丰富了职业院校人才培养的文献研究

在职业院校数字化教学场景中应用虚拟现实技术研究，基于虚拟现实技术风起云涌的时代背景，以职业院校人才培养为研究中心，丰富了职业技术人才培养方面的文献。同时，通过研究提出的对策、建议对于创新改革思路发挥着启发作用，对于职业院校人才培养的高质量发展提供指导。

2 应用虚拟现实技术开展教学的过程

21 世纪人类正以惊人的速度步入信息时代，信息时代的到来不仅仅极大地改变着人们的生产方式和生活方式，而且极大地改变着人们的思维方式和学习方式。当前在职业院校，虚拟现实技术与教学改革、虚拟现实技术的应用和学科教学的优化已经成为人们关注的焦点。如何运用现代教育技术推进和落实职业教育、发展学生主体性和创造性、培养学生创新精神和实践潜力是当前亟待解决的重大课题。在职业院校数字化教学场景中应用虚拟现实技术研究，旨在探索实现虚拟现实技术的应用与学科课程教学过程有效整合的规律、途径、模式、策略和方法，最终实现把虚拟现实技术教育任务、学科教育任务和学生动手动脑潜力优化在同一教学过程中，推动学校职业教育现代化发展的进程。

2.1 虚拟现实技术应用于教育领域的研究

虚拟现实技术是计算机图形学、网络技术等多门类学科组成交叉前沿学科和研究领域，目前最具有代表性的概念“元宇宙”就源于虚拟现实技术。虚拟现实技术的极致是真实的模拟环境、感知等仿真技术，除了视觉以外还有听觉、触觉、力觉、运动等感知，甚至还包括嗅觉和味觉等多维感知。当然，现阶段我们的技术还达不到全面多维感知代替真实世界目的，但是我们已经可以很好的做到视觉感知，即通过计算机演算生成的动画来呈现们所需要的画面。

在职业教育课堂上，我们使用虚拟现实技术主要的目的是把一些不易理解，或者静态画面无法表达的内容，通过虚拟现实技术呈现出来。同时，让学生可以参与到整个画面内容中去，即产生身临其境交互画面感，从而激发学生的学习兴趣，加深学生对知识的认知理解。现阶段，虚拟现实技术已经进入了高速发展阶段，我们不仅可以的使用VR(Virtual Reality)即虚拟现实技术，我们还可以应用AR(Augmented Reality)即增强现实技术，以至于MR(Mixed Reality)即混合现实技术。从实际研究结果来看，目前虚拟现实技术受限于多维感知而显得不够真实，而充分利用虚拟现实和增强现实技术优势的混合现实技术在职业教育课堂教学场景中则会体现更好效果。

2.2 虚拟现实技术在学科教学中的研究

农业科学学科领域教学中，虚拟现实技术的应用就会起到比较好的效果。当学生在学习农作物生长周期过程中相关知识的过程中，以往的做法是通过学校的实验田、林地，种植相关作物，让后进行长期观察，观察过程中用照片、文字对目标作物的生长情况进行记录。这个过程中很多自然条件的施加都是真实的自然环境演化，我们人为干扰的能力不足，即造成有些自然条件下产生的农作物表象变化，我们无法刻意的进行观察。而使用虚拟现实技术，我们则可以通过计算机演算动画，将教师需要向学生传授的各种知识直接通过计算机动画画面呈现出来，甚至于植物的生长周期都可以通过动画短时间内呈现出来，这些以往需要我们架起摄像机对着目标作物进行长时间拍摄，让后再通过延时摄影技巧将画面快放得到。但是，单纯的画面确实缺乏真实感，这时我们就可以使用MR 技术，即将虚拟现实和增强现实技术联合使用。我们依然可以种植一片试验田或者实验林，作物依然在自然条件下自由的生长，但我们去可以将一些特殊条件下作物的生长动画植入我们的MR 头盔，学生通过在头盔上的操作，将各种特殊条件下作物生长动画以及作物最终的状态调出来，这样还可以与真实生长的农作物进行对比，一举多得。

除了在农业科学学科中的应用效果，我们还在其他自然科学学科，医药科学学科，工程与技术科学学科，乃至人文与社会科学学科中对虚拟现实技术（VR）亦或增强现实技术（AR）、混合现实技术（MR）制成的课件进行了课堂教学实验，从研究结果来看，在各学科教学中，虚拟现实的应用均起到了良好的效果。虽然虚拟现实技术等并不能取代传统的实验教学，但是却可以成为传统实验教学最好的补充部分，丰富传统实验教学内容的同时，进行了知识的延申。

2.3 虚拟现实技术在课堂教学中的研究

通过在多学科课堂教学场景用应用虚拟现实技术，我们研究团队对参与实验教学的学生进行了访谈以及问卷调查。受访的学生中100%表示对课堂教学使用虚拟现实技术表示感兴趣，能够激发对学习知识点的好奇心，从而引发学习兴趣。有83%的同学认为，虚拟现实技术呈现的知识内容是真实可信的，但仍有76%同学认为，需要对虚拟现实技术呈现的知识通过真实实验、实训进行验证。在受访的同学提出的意见和建议中，画面渲染的真实程度，多维度的感知仍是虚拟现实技术需要提高和改进的重要方向。另外，通过教学观察对比不同组的实验教学，使用虚拟现实技术的组会呈现出更高的学习热情，提出的问题会更加发散，事实证明使用虚拟现实技术会一定程度上激发学生的思维活跃性，激发学生对知识的探究欲望，虚拟现实技术能够起到良好的教学辅助效果。

但是同时我们要看到，运用虚拟现实技术制作课件难度还是比较大的，开展教学的硬件条件限制也比较大，能否有足够的课件、设备开展教学是摆在大家面前的难题。现阶段，教学课件公共资源不多，受限于技术因素，普通教师很难对课件内容进行修改，即使专业教师也需要很长时间才能制作出相对精良的课件载体。另外，VR(AR/MR)头盔、服务器等设备在各种环境下的使用、续航能力等也是制约采用技术的门槛。

3 成果和建议

3.1 创新性成果

在职业院校数字化教学场景中应用虚拟现实技术研究，主要创新点在于运用虚拟现实技术构建的职业教育学习环境，不仅仅为主体性课堂教学的实施带给了可能、创造了条件，而且也为主体性课堂教学注入了活力。

虚拟学习环境能够为学生提供生动、逼真的学习环境，如建造人体模型、电脑太空旅行、化合物分子结构现实等，在广泛的科目领域提供无限的虚拟体验，从而加速和巩固学生学习知识的过程。在课堂教学中，适用虚拟制造技术，可以把课程中的插图、抽象原理采用虚拟的可操控的模型及动作表达出来，使抽象的、难以表达的东西变的简单易懂。

虚拟现实对教育领域的全方位渗透，从根本上改变人们的思维习惯和对传统学习环境的概念，逐渐走向由虚拟学习软件、虚拟实验、虚拟图书馆、虚拟辅导、虚拟测验等构成的虚拟学习环境，给人以身临其境之感，让学习者沉浸在虚拟世界里对学习目标进行实时观察、交互、参与、实验等操作，给予学习者充分的体验和相像空间。

虚拟现实技术在职业院校学科教学中的运用，能够促进教育观念的更新，使教师从教的角度出发思考问题，变为此刻注重对学生主动学的启发，更多的用启发式去探索学习的过程，循循善诱的培养学生的思维潜力，提高了学生分析问题、解决问题的潜力，使课堂教学再不是过去传统模式的单调复合，而是模式多样、教学灵活、充满灵感的活动。

3.2 规范性成果

在职业院校数字化教学场景中应用虚拟现实技术研究，梳理了虚拟现实技术对职业院校人才培养的影响及其路径，分析当前职业教育课堂教学应用虚拟现实技术的现状，对职业教育课堂教学教学采用虚拟现实技术的效果进行了有效评估。在实施教学过程中，建设了实验教学资源库一套，通过实际教学中应用实验教学资源，从课堂情境中收集资料，记录调查的事实，尤其是学生的现场行为，获得了客观、准确、及时、生动的数据，并依据数据资料开展相应的研究。

同时，对本地区部分典型职业院校进行实地考察，深入分析职业院校课堂教学的现状与存在的问题，以及应用虚拟现实技术开展教学的情况，补充了数据收集方法的不足，为开展研究提供了素材与数据。另外也对本地区职业院校的教育工作者、教师、学生以进行了问卷调查，收集了整理运用虚拟现实技术开展课堂教学方面的意见和建议，为职业院校课堂教学应用虚拟现实技术的研究提供了支持。

3.3 建议

在理论教学与实践案例的结合中，目前职业院校普遍存在重视课本、轻视实践的现象，课程中缺乏典型案例。由于受到传统虚拟现实类课程授课习惯的影响，在内部控制学课程的教学中，并没有能够根据应用型内部控制人才的培养目标来设计理论教学与实践教学并重的教学计划，而是与传统的虚拟现实类课程一样，局限于教材中知识的讲授。内部控制学多学科的复杂性在没有案例的帮助下会使得学生很难理解其中知识点的具体含义，而在一些职业院校的实践中，尽管能够在一定程度上重视案例教学，但是在讲授过程中又容易使学生只关注案例表象而忽视对内部控制理论的理解和应用。更值得注意的是，目前内部控制教学内容中普遍缺乏“课程思政”内容，缺乏对我国政府、企事业单位的优秀内部控制实际案例的介绍，导致学生难以了解内部控制在组织合规、风险管理以及国家治理能力方面的重要作用，不利于培养学生的文化自信和制度自信。

在授课内容方面，要能有效体现出工学一体的特征。在教学过程中，以经典教材为主，结合立体化、可视化技术来实现教材内容的持续更新。通过二维码等超链接接口将教材与互联网教学平台打通，让知识的呈现突破文字的限制，让知识的呈现突破线性的束缚。将学生的学习时间、学习进度等情况记录在平台中。教师可以根据学生的学习情况随时调整教学内容与方法，实现教学效果的立体化、可视化。

现阶段在职业院校数字化教学场景中使用虚拟现实技术条件相对成熟，确实对提高职业院校课堂教学效果，提升职业院校人才培养质量有比较大的帮助。但是，应用虚拟现实技术开展教学工作需要大量的前期工作：

（1）丰富公共平台上的课件资源，

（2）要降低虚拟现实课件开发的门槛，

（3）各院校要提供充足的服务端和终端设备，

（4）服务端和终端设备采用的硬件、供电等技术还需要不断升级。

由此可见，虚拟现实技术在职业院校数字场景教学方面的应用推广还需要各方的共同努力，及有赖于科技的持续发展进步，也需要职业院校以及主管部门的大力重视。

4 结束语

通过在职业院校数字化教学场景中应用虚拟现实技术开展教学的研究，对职业院校课堂教学应用虚拟现实技术情况进行了梳理，为职业院校运用虚拟现实技术开展教学提出提供理论了支撑。研究以虚拟现实技术时代为背景，基于数据收集、课堂观察、实地调研等研究方法，创新了虚拟现实技术在职业院校人才培养中的作用，为职业院校在虚拟现实时代下各专业人才培养课堂教学手段创新突破，提供了路径指导与方法建议。希望通过本研究形成的虚拟现实技术在职业院校数字场景教学方面的应用研究成果，能够为构建职业教育高地、职业教育发展建言献策。