VR技术在高职实训教学中的应用研究

【摘 要】本文针对高职传统实训教学中教学方法以“讲授+操作”为主、实训环境投资大、师资匮乏、特殊实训具有安全隐患、学生实训无法实时获得学习反馈等问题，提出将VR技术应用在高职实训教学中，并以“建筑构造”VR实训教学平台制作为例，从VR实训平台功能界面设计、VR实训项目设计、3D 模型与场景搭设、虚实互动课程制作及后期剪辑四个方面论述VR技术在高职实训教学的具体应用。

【关键词】VR技术  高职院校  实训教学  建筑构造  应用

【中图分类号】G  【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2020）03C-0190-03

随着我国对高职教育信息化教学重视度日益提高，VR技术以其独特的交互沉浸式体验优势，成为高职教育信息化教学的重要手段。VR（Virtual Reality），即虚拟现实，用户借助特殊的输入（输出）设备与虚拟世界进行自由的交互并沉浸在该环境中。VR应用在高职实训教学中，学生可以在虚拟实训中学习，实时获得学习反馈，有效提高学习兴趣和参与度，掌握相关技能。本文以“建筑构造”VR实训教学平台制作实践为例，探索VR技术在高职实训教学中应用。

一、高职传统实训教学存在的问题

（一）教学方法以“讲授+操作”为主，不能很好地发挥学生主观能动性。高职传统实训教学中，首先是老师讲授理论知识，然后演示操作步骤，最后学生跟着老师步骤完成实训练习。这样的教学方法，是以老师为教学主体，学生处于从属跟随状态，不能最大限度地激发学生的参与热情和创造激情。

（二）实训环境投资大，不能实现反复训练。实训场地、设备、材料均需要模拟真实场景来搭建。实训场地占地面积大、设备投资大、材料一次性使用，學生完成的实训作品如果不能和真实项目承接，只能废弃，浪费大。因为实训的成本高，所以对于不会的项目，学生也无法反复训练。比如建筑基础配筋的实训，实训中绑扎使用过的钢筋笼，不能再次使用，也没有其他用途，实训后只好废弃。

（三）师资匮乏，实训过程中不能很好地照顾到每一位学生。传统实训教学一般分组进行，一个班需要分6～7组，而实训配备的指导老师一般1～2位，导致实训组无法同时开展实训，需要依组轮流进行，既耽误了时间，又不能同时指导每一位同学实训。有时候出现同组内学习积极的同学在认真操作实训，而积极性不高的同学则袖手旁观，达不到实训目的。

（四）特殊实训具有安全隐患。如火灾安全知识方面的演练，常规实训模拟真实火灾场景，现场有明火，存在实训较大的安全隐患。

（五）学生实训过程中，无法实时获得学习反馈。常规实训，学生获得的实训反馈全部来自指导老师。而指导老师无法确保兼顾现场实训的每一个环节，因此也就无法对每一个操作步骤做到及时反馈。学生对自己的操作正确与否，也不能及时得到回馈，不便于进一步学习。

（六）考核方式不能准确反映学生的真实学习情况。常规实训的考核方式主要有两种：实验报告和实操考试。这两种方式均有弊端，实验报告容易抄袭，实操考试则一次只能考核一位学生，考核时间较长。

二、VR技术的分类及其在高职实训教学中应用的优势

（一）VR技术的分类。虚拟现实技术根据“沉浸”程度的高低，分为四种：桌面式虚拟现实、沉浸式虚拟现实、分布型虚拟现实、增强现实型虚拟现实（见表1）。后两者的沉浸度更高，但对于软硬件要求都很高，目前还不具备在高职教学中广泛推广应用的条件，因此本文不将其作为研究重点。选前两种为主要研究目标。

桌面式虚拟现实通过PC机及鼠标就可以实现人机交互，虽然沉浸度较其他三种较低，但对软硬件的要求也最低。具有三维物体 360°全景展示、可随意拆分、剖切，虚拟场景模拟、巡游，文字图片介绍，游戏闯关式问答环节等独特优势。应用在高职实训教学中，可以帮助学生迅速回顾实践场景及操作过程，复习操作要领，达到更好的学习效果。

沉浸式虚拟现实通过专业混合现实课程制作平台制作，利用混合现实技术，将3D模型投射在现实环境里，让教学身临其境。老师在录制微课过程中通过HoloLens头显、Vive手柄进入通过感知Studio制作的三维互动课程的VR模式，操作者与虚拟场景互动内容进行同步记录，与虚拟场景合成，最终达到真实人物在虚拟环境下操作的VR实训教学视频录制。沉浸式虚拟现实教学和学习双方主体的人机交互体验感都较桌面式虚拟现实更强，但一次性投入设备费用较高。在高职实训教学中推广应用，还是与拥有相关平台的科技公司合作较容易实现。

（二）VR技术应用在高职实训教学中的优势。一是可以低成本、低风险达到仿真教学目的。比如土建专业，利用软件置入三维建筑模型，学生可对场景中任意结构进行拆解、移动、旋转、隐藏、剖切等操作，可通过旁注信息掌握相应理论知识点，进入VR建筑模型巡游。在不需要花大量资金、场地搭建真实建筑场景的情况下，学生可以直观地现场体验。又如建筑消防知识的教学，学生可通过VR模拟在安全的情况下，互动体验火灾场景中建筑消防应急系统的作用。实训过程中，没有材料损耗，没有实训成品丢弃，是真正的“绿色实训”。二是通过角色植入，让学生在虚拟实训场景中成为学习主体。可以在搭建的虚拟环境中设计不同角色，由学生选定角色进入虚拟实训场景，完成相应实训任务。在VR实训中，不再是老师将知识传递给学生，而是老师带领学生一起以闯关体验的方式完成实训任务。VR实训过程中，教师与学生已由传统的教与学，变为一起学。学生成为学习的主体，极大地激发了学习兴趣及创造力。三是VR实训中学生可以实时获得操作正确与否的反馈体验，并可针对不懂的项目反复训练，强化学习。四是教师可以通过网络平台掌握每一位学生的实训进度及学习效果，有针对性地给予指导。五是VR实训网络平台可以轻松完成实训考核、点评及评分。全班同学可以同时登录VR实训网络平台，完成实训考核，考核结束后可以查看成绩及评语。教师在设计好实训考核项目及评分标准后，可以通过VR实训网络平台自动完成实训考核、点评及评分工作。

三、VR技术在高职实训教学中的应用

下面以“建筑构造”VR实训教学平台制作为例，从VR实训平台功能界面设计、VR实训项目设计、3D模型与场景搭设、虚实互动课程制作及后期剪辑四个方面探讨如何将VR技术应用于高职实训教学。

（一）VR实训平台功能界面设计。VR实训平台应满足教学、实训、考核、评价、互动五大基本功能。“建筑构造”VR实训教学平台将以上五大基本功能经过整合后，相应设计三个一级子功能界面：使用说明、VR教学与实训+实训（含考核及评价体系）、课后互动（见图1）。

1.使用说明一级子功能界面。该页面包括文字说明、章节目录及考核标准、操作视频三项二级目录。文字说明包括本实训课程主要教学内容、功能、安装及使用方法。章节目录及考核标准介绍了各章节知识点及所占分值。可通过操作视频观看本实训教学平台的使用方法。

2.“VR教学与实训+实训考核及评价体系”一级子功能界面。包含30个二级实训项目子功能界面。学生每完成一个实训考核项目，即可在VR教学与实训一级子页面上查看当前完成进度及得分。并不需要按照章节顺序进行实训考核，对不懂的章节可以反复学习和考核，直至学会为止。每个实训项目二级子功能界面均包括有知识点、教学、实训三大功能。学生可以通过点击“知识点”按钮，查看本节所含理论知识。学生每顺利完成一项实训，“VR教学与实训+实训考核及评价体系”一级子功能界面相应项目的图标则黄色显示，在屏幕上方还有文字提示已完成项目数及已获得分值。

3.“课后互动”一级子功能界面。点击该按钮，自动链接到本课程教学班QQ交流群，师生可以交流互动。

（二）VR实训项目设计。本项内容是整个实训课程设计的核心内容。需要首先明确本课程的重要知识点，根据各自特点設计VR实训项目。在设计过程中，如何既能化繁为简地讲授并讲透某个知识，又能很好地结合VR技术的优势，达到实操目的，是VR实训项目设计时应注意的技巧。

“建筑构造”VR实训教学平台的教学模式，根据各实训项目特点，设计了四种实训教学方式：剖切、分解组合、按顺序组装、旁注。一个实训项目也可包含以上多个教学方式。点击“剖切”按钮，在屏幕上方出现X、Y、Z三个轴，通过滑动三个轴的滑块，可以观看到X、Y、Z三个轴任意位置的剖切面，让学生直观掌握建筑不同位置剖面形状（见图2“建筑构造”VR实训教学平台剖切教学功能）。点击“分解组合”按钮，建筑构造可炸开、组合，还可通过放大缩小屏幕、旋转角度，从不同视角观看建筑各部位，有利观察房屋建筑各隐藏部位。点击“按顺序组装”按钮，系统会自动演示构件组装顺序，通过此操作学生可掌握建筑构造的构件名、材料及工艺流程（见图3“建筑构造”VR实训教学平台按顺序组装教学功能）。点击“旁注”按钮，VR教学模式下，系统会通过红闪提示有旁注部位。点击后，该部位出现文字旁注，可了解该部位的设计规范及相应要求。

“建筑构造”VR实训教学平台的实训模式，设计了两种实训考核方式：回答问题、按顺序组装。属于“回答问题”的实训项目，系统会闪烁提示问题位置，点击后出现相应多个选项，学生自主选择。选择正确后，系统出现正确提示;选择错误连续三次，系统则出现错误提示。这时学生可以选择回到VR教学模式下，再次学习后再实训，或者直接重新进入实训考核。属于“按顺序组装”的实训项目，系统会闪烁提示第一个构件的摆放位置，其余构件则没有提示，需要学生自主完成构件的组装。

（三）3D模型与场景搭设。目前国内外3D建模及场景搭设的主要软件有 Rhino、3dMax、Sketchup、Lumion、Pro/E等三维建模软件。Rhino 可用于卡通形象设计、工业产品设计、建筑设计等，其样条曲线的编辑功能非常强大，可快速制作各种优美的曲面。3dMax、Sketchup、Lumion则主要应用于建筑模型及场景制作。Pro/E是一款在工业设计应用非常广泛的三维建模软件。“建筑构造”VR实训教学平台以3dMax、Sketchup、Lumion为主要模型及场景搭建软件。

（四）虚实互动课程制作及后期剪辑。“建筑构造”VR实训教学平台与拥有互动拍摄平台的科技公司合作，进行虚实互动课程的拍摄。后期剪辑则利用后期剪辑软件AE、Premiere等，加入配音、字幕、特效等。

“建筑构造”VR实训教学平台经过一年教学实践，通过问卷调查、实验对比分析其教学效果。发出问卷100份，其中86%的学生对VR实训课程感兴趣度都高于传统实训教学方式。通过对比使用VR实训课程和未使用班级的考核成绩数据，使用VR实训课程组平均实训成绩93分，未使用组平均实训成绩82分。据此可知，VR实训课程可大幅提高学生的参与感和兴趣，有效帮助学生掌握实训项目。

【参考文献】

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[2]王贤坤.虚拟现实技术与应用[M].北京：清华大学出版社有限公司，2018：352

[3]徐淳.VR 技术在高职教学中的应用与反思——土建专业的钢结构施工技术课程为例[J].深圳职业技术学院学报，2018（2）

[4]徐淳.VR 技术在高职教学中的应用与反思——土建专业的钢结构施工技术课程为例[J].深圳职业技术学院学报，2018（2）

[5]李小菲.基于 VR 技术的教学课件的设计与应用研究[D].南昌：江西科技师范大学，2016

[6]王兴.微课在高职院校中的应用发展研究[D].保定：河北大学，2017

【基金项目】2019年度广西职业教育教学改革研究项目“基于VR技术的高职微课资源建设研究与实践”（GXGZJG2019B171）

【作者简介】钟继敏（1975— ），女，四川绵阳人，硕士，南宁职业技术学院建筑工程学院副教授，高级工程师，研究方向：建筑与城市环境、高等教育。

（责编 王 一）