虚拟现实认知驱动下的实践类课程设计

牛耕

摘要： 为了解决各学校中学生因教学设施不足而难以进行实践类课程的现状，将虚拟现实技术应用在实践教学领域，因此对虚拟现实认知驱动下的实践类课程设计进行研究。首先通过分析虚拟现实技术的特点得到虚拟现实技术应用在实践课教学中的优点，得到虚拟现实技术应用在实践课教学中的必要性。然后设计虚拟现实认知驱动下的实践类课程教学方案，分别从教学总体计划和教学实践过程两方面来设计。最后通过设计应用虚拟现实技术的实践课程设计与传统的实践课程设计的对比实验，验证本文设计的虚拟现实认知驱动下的實践类课程所得到的效果优于传统实践课程方法。

关键词：虚拟现实;认知驱动;实践类课程;课程设计

中图分类号：G642      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）13-0136-02

实践类课程在大部分专业中都是很重要的一个课程内容，在一些如偏向技术的专业中甚至超过了理论课程的地位。且现代社会的发展需求更偏向于实践类人才，这致使很多学校开始重视实践课程。但是由于教学设施的不足、学校扩招严重等方面的原因，大部分的实践类课程都无法有效地实现，这使得很多学生无法在学校中培养动手操作的能力，更无法在已有技术的基础上进行创新，这样实践课程难以实施的教学现状严重地制约了我国高校学生实践创新能力的培养。但是在虚拟现实技术逐渐开始应用于实际的现在，人们找到了能够培养学生动手操作能力的新方法[1]。在虚拟现实空间中练习操作技能，能够有效地解决大多数高校实践设施不完整的状况，既能够给学生带来实践机会，也能规避实践教学中的意外事故。而且，比起真正的动手操作，虚拟现实技术能够增加学生的操作机会，使学生在反复的操作中磨练技术，培养实践练习的兴趣和成就感。因此本文就虚拟现实认知驱动下的实践类课程设计进行研究。首先简要概述虚拟现实技术的三个特点，并根据这些特点得出虚拟现实技术应用在实践教学中优点和便捷之处。然后根据教学总体设计和教学过程设计得到虚拟现实认知驱动下的实践类课程教学设计方案，并给出具体的基于虚拟现实认知的实践类课程教学计划和实践课程教学步骤。最后设计对比实验，验证本文设计的基于虚拟现实技术的实践课程是否比传统的实践课程更具备优越性。

1虚拟现实技术应用在实践课教学中的必要性

虚拟现实技术又被称为VR技术，是一种依托于计算机技术实现的能够模拟视觉、听觉、触觉的虚拟环境设计，使人们能够在通过计算机设计的虚拟环境中产生一种身临其境的感受，这种感受又被称为虚拟现实认知。虚拟现实认知通常具备三个特征：沉浸性、交互性和构造性。其中，沉浸性是指这种虚拟显示技术能够构造出逼真的环境，使人们完全沉浸在虚拟环境中。交互性指用户能够以自身的想法与虚拟环境下的模拟景象进行互动，并得到真实的反馈[2]。构造性指这种逼真的景象与互动完全是凭借计算机凭空构造出来的，而不是真正的景象，因此虚拟现实技术完全可以构造出现实中不存在的场景或人物，只需要发挥想象力，而不必遵循真实性。现实的各高校中因实验场地、实验器具、实验材料等方面的原因，很难进行完整的实践课教学，而如果将虚拟现实技术应用在教学领域，就可以使学生在虚拟现实空间中完成动手操作的实践课程，解决传统教学过程中实际操作机会不多的情况，为实践类课程提供了一个科学的解决方法。而且很多专业的实践课程需要很长的时间来验证实践结果，而现实中无法等待的时间可以通过计算机系统数据的计算来得到[3]。有些实践课如化学实验具备一定的危险性，而通过虚拟现实技术进行实践课可以有效地规避这些危险，实现更加安全可靠的实践教学，避免对人体或仪器造成损伤。实践课结束之后，任课老师可以直接将虚拟现实仪器中保存的实践结果导入自己的办公电脑，直接在计算机上批改时间刻度作业成果，并给出相应的评价和建议。因此可以得知，将虚拟现实技术应用在实践课教学中是十分必要的。

2虚拟现实认知驱动下的实践类课程教学设计方案

2.1虚拟现实总体教学计划设计

在进行虚拟现实认知驱动下实践类课程教学的过程中，既需要掌握和巩固相关的理论知识，也需要通过实际操作来培养学生的实际动手能力。因此，在进行基于虚拟现实认知驱动下的实践类课程教学时，需要从理论和实践两方面设计教学目标、教学内容、教学方法和教学过程。虚拟现实认知驱动下实践类课程教学的教学地点多选择在多媒体机房，实践时间各专业各科目都不相同，通常为2-20个课时。教师需要在进入实训机房的前一节课对学生进行实践课程中的理论培训，并布置实践目标和实践任务。在实践过程中，教师不能离开，需要全程在一旁监督和指导，直至所有学生完成实践作业。课程结束后，教师需要将虚拟现实空间中保存的实践作业导出，在计算机上给学生评分并给出相应的评价和指导。具体的教学计划如表1所示。

如表1所示，基于虚拟现实认知的实践类课程教学主要分为三个阶段，分别是理论课程、虚拟仪器使用操作课程以及实践课程，这三个阶段有不同的教学计划和教学目标，教师需要根据不同的教学目标引导学生掌握教学过程中的重难点，并最大限度地完成教学计划。

2.2虚拟现实实践教学步骤设计

本文设计的教学实践过程只包括使用虚拟现实仪器时的实践过程，具体的教学步骤如下表所示。

如表2所示，学生在进入虚拟现实机房后需要首先熟悉其并听从教师的指导分派教学任务。在虚拟实践时，教师需一直在一旁指导和观察，并在首次实践结束之后给出评价和总结[4]。因虚拟现实设施的特性，该实践无须担忧实验器材，因此可以反复操作，直到操作方法达到标准。每一次的实践操作之后，学生都需要在评价表上进行自评，多次操作后观察评价表，判断是否有进步。

3实验设计

有一些学者认为使用虚拟现实技术进行的实践课程效果不如真实的实践课程，因此为了能够准确地对比使用两种方式的实践课程教学成果，分别进行实验，并通过实践课成绩的比较得到结论。

3.1实验准备工作

首先在某高校中选取一个需要进行实践课程的班级，将这个班级随机平均分为两部分，其中实验组使用虚拟现实技术进行教学，而对照组使用传统的方法进行实验教学。在实验过程中，实验组和对照组分別使用各自的实验道具进行一次实验操作，然后进行实践课操作成绩的考核。之后实验组按照自己的步骤完成整节课，再单独进行一次课后考核。对比两次考核中实验组和对照组的成绩。学生的实践课成绩由三位具备评分能力的教师共同判断，满分为100分，取三位教师的平均分数作为该学生的最终成绩。为了保证实验结果的准确性，在做完一组实验后，另外选择其他四个同样需要实践教学的班级，以同样的步骤分别依次进行实验，以实验时间段前后顺序，将这五个班级分别标号为A班、B班、C班、D班、E班。

3.2实验结果分析

实验结束后，将三个班级各学生的成绩进行汇总计算，得到的各组学生的平均成绩如表3所示。

如表3所示，在各组学生的平均成绩中，一次实验操作结束后，实验组的平均成绩普遍低于对照组。这表示在相同条件下，单一的一次实践操作，使用虚拟现实技术进行实践教学的成果确实低于传统实践课程的教学成果。但是在使用虚拟现实技术的实践课课堂上，会进行多次反复操作，而传统的实践课课堂无法拥有这样的条件，这导致整堂课结束后，使用虚拟现实技术进行实践教学的成果普遍高于传统实践课程的教学成果。因此可以得知，使用虚拟现实技术进行实践教学效果较传统实践教学效果更好，具备一定的实际价值。

4结束语

近几年虚拟现实技术被广泛应用后，开始进入实践教学领域，但是很多人都对使用虚拟现实技术进行实践教学的成果感 到担忧。因此本文对虚拟现实技术进行了简要分析，引出了虚拟现实技术应用在实践教学中的重要性。在此基础上对虚拟现实认知驱动下的实践类课程教学设计进行研究，设计了虚拟技术实践教学与传统实践教学的对比实验，得到了本文方法更具备使用价值的实验结果。

参考文献：

[1] 王影，杨先彬.基于VR技术的建筑受限空间起重机械布局控制方法研究[J].自动化与仪器仪表，2020（8）：171-174.

[2] 戴昊，陈鲲，邵心元，等.基于VR技术的高压变电站设备发热性缺陷智能模拟分析[J].自动化与仪器仪表，2020（6）：188-191.

[3] 李文文，刘书朋，王中阳.压缩感知实现快速超分辨荧光显微成像[J].激光技术，2020，44（2）：196-201.

[4] 位文广，韩俊鹤，付玉洲.一种两步相移数字全息的设计与实验验证[J].激光技术，2020，44（1）：86-90.

【通联编辑：光文玲】