浅谈虚拟现实技术在中职教育中的应用

浅谈虚拟现实技术在中职教育中的应用

摘要：介绍了虚拟现实的概念及其在职业教育中的应用实例，探讨了虚拟驾驶系统在应用中反映出的教学规律与教学理论。

关键词：虚拟现实技术；中职教育；应用

随着多媒体计算机技术、传感器技术、人工智能技术、场景生成技术、仿真技术等的飞速发展，通过计算机软件来创设虚拟现实已经成为可能。虚拟现实技术凭借其独特优势，已被越来越广泛地应用于教育教学中，不断为学生创造更好的学习环境。中职教育也将虚拟现实技术引入自身教学中，并取得了很好的效果。

虚拟现实的内涵

定义

虚拟现实，也称灵境技术或人工环境。虚拟现实利用计算机技术将现实世界通过数据处理以三维立体形式呈现，并与使用者产生视、听、触一体化交互环境。人可以通过使用各种特殊装置将自己“投射”到这个环境中，并操作、控制这个环境中的事物，进行着认知与情感意识流动从而实现特殊目的。

基本特征

对虚拟现实的基本特征，不同文献提出了不同的看法，但概况起来有三个，即沉浸感、交互性和构想性。

沉浸感又称临场感，指用户通过视觉、听觉、触觉多途径的感官与系统互动，产生身临其境的感受。人与虚拟环境融为一体，让使用者相信这与现实世界一样。

交互性包含两层意义，一方面，使用者对虚拟环境内实物的操作感受符合现实中的感知规律，如物体运动规律等；另一方面，使用者可以在环境中得到实时性的反馈，如使用者进行虚拟驾驶时手直接抓取操作物，这时手不但有握着东西的感觉，并可通过发出动作，使场景产生实时的变化。

构想性强调虚拟现实技术为使用者提供探索的空间，通过相应提示让使用者在环境中深化概念、萌生创意，进而发现更多的规律和有效的操作。

虚拟现实应用于中职教育的价值

弥补教学条件的不足

职业院校的实训课程教学模式大多沿袭师徒模式，即教师与学生“一对多”的形式。但当学徒人数达到5人以上时，由于实训工具有限，教师精力不足等原因，教学效果大大降低。而利用虚拟现实系统，则可弥补这些条件的不足，学生可获得与真实实训一样的体会。在虚拟汽车维修室环境中，学生可以在虚拟的汽车部件上进行检查、维修的全过程。系统可对学生操作效果进行及时反馈，并讲解有关知识点。这样就缓解了因缺乏实训教具及缺少教师指导造成学生实训动手操作量太少的问题。

激发学生的学习动机

动机是激发、引导和维持行为的内部过程。动机不仅在激发学生的学习活动方面很重要，而且对学生从通过活动接受的信息中学到知识同样重要。在调查中职生的学习风格时发现，学生对于形象的、生活化的、互动的知识极为敏感，常通过多方面的感知学习技能。在虚拟环境中，学生直接进入虚拟现实所生成的环境中，与计算机环境进行直观交流，从而丰富感性认识，加深对教学内容的理解。虚拟环境的声、图、文并茂，可以使教学过程变得生动活泼，大大提高学生的感知水平和学习动机。学习动机增强了，学生才会展开更高级的认知活动学习，记忆更多知识。

加强学生在学习活动中的思考和创新

虚拟现实技术沉浸性与交互性的特点，使得学生和虚拟环境成为了互相作用、互相影响的一个整体的两个方面。它营造了“自主学习”的环境，学生通过自身与信息和环境的相互作用来习得知识和技能。同时，这种相互作用促使学生在解决问题的过程中探索新型学习方式。而且，虚拟技术系统能够为学生提供必要的实时反馈，使学生可自主地、个性化地发展学习技能。

提高教学安全性、节约实训工料

对职业院校的生产实训来说最为重要的就是安全。数控机床仿真实训，不会因为学生操作失误造成设备本身损坏，如撞刀、毛坯报废等；仿真实训中的声、光、文字警报可以对学生的操作错误进行提醒和纠正，也能保证实训效果和学生自身安全。应用虚拟现实技术还可节约原材料、工卡量具、仪表设备等。如在数控仿真实训中，虚拟材料替代实际材料，虚拟冷却液替代实际冷却液，可极大降低实习消耗，且刀具不会因为进给量过大而损坏。

汽车驾驶模拟器在教学中的应用

汽车驾驶模拟器是一种能真实、正确模拟汽车驾驶动作，获得实车驾驶感觉的仿真设备，通过汽车驾驶模拟系统提高驾驶培训绩效。现结合我院使用的汽车驾驶模拟系统进行探究说明。

使用汽车驾驶模拟器的目的

培训以“理论+模拟+实车”形式开展，通过汽车驾驶模拟器的应用使学生产生先行驾驶经验，目的是减少实车培训时间、降低培训成本、提高培训效率。

应用汽车驾驶模拟器的理论基础

汽车驾驶教学活动是已有经验的传递式教学，它以图示理论、迁移理论、反馈理论为基础。多个理论的结合促成了汽车驾驶模拟器在驾驶培训中的应用。学生在模拟驾驶过程中的认知过程如图1所示。

“已有经验”到“图示预期”：已有经验包括驾驶动作的要领；动作参数的变量；动作感知序列。在学生头脑中形成轮廓性的图示预期。所谓图示是人们所学知识在头脑中形成概括化的概念，已有经验的传递通过教师讲授获得。

“图示预期”到“图示验证”：学生通过汽车驾驶模拟器，形成“沉浸感”，身临其境地感受动作参数变量、操作序列等，如转弯时方向盘打轮方向、速度、力度，轮廓化概念、动作技能变得清晰化。

“图示验证”到“反馈调整”：汽车驾驶模拟器提供与学生实时性的交互，形成良好反馈。如根据道路状况给出车速的反馈；在制动过程中离合器与制动踏板的动作配合等。根据反馈，学生及时对图示进行调节、。

“反馈调整”到“图示概括”：在经历汽车驾驶模拟器带来的“沉浸感”、“交互性”后，学生形成系统的动作技能图示。

“图示概括”到“图示存储”：在此阶段学生的动作技能图示进入长时记忆并稳固下来。

“图示存储”到“新经验”：在实车操作应用中，学生的动作技能图示不断得到验证和强化，最终获得新的经验。

整个认知过程实质是已有经验通过类化经验迁移到新经验的过程。汽车驾驶模拟器是迁移过程的载体和强化工具，将动作技能图示同化、顺应、重组。

汽车驾驶模拟器系统组成

系统是基于虚拟现实环境和网络环境的软硬件集成体，结构如图2所示。它包括驾驶室或驾驶舱、多媒体电脑中央控制系统等硬件系统和支持网络的视景仿真软件系统、汽车虚拟仿真驾驶系统。汽车驾驶模拟器可选择车型、天气情况及路况等，以便学生进行各种组合程序训练，完成模拟训练后还能给出最终评估。

通过模拟系统，学生能够通过触觉、听觉、视觉等立体地感知驾驶的基本动作和反馈，得到“沉浸感”体验。学生通过驾驶模拟器系统训练车辆驾驶技能，能为实车训练打下一定的基础，从而提供驾驶培训效果，最终实现减少实车培训时间，降低培训成本，提高培训效率。

总结展望

这一新的媒体技术不仅能使教学内容变得更加真实、直观，并且能够建立一个学生易于参与的虚拟学习环境。学生可以持续接受专业知识的熏陶，可以根据自己的需要反复进行练习，直至熟练掌握知识和技能。

作为一项新兴的科学技术，虚拟现实技术还处于探索与不断完善阶段，在教育、培训等领域的应用也处于适应、磨合阶段，还存在很多需要解决的理论与技术问题。但鉴于虚拟现实技术本身的特点、优势，其在职业教育实训课程领域的应用前景还是相当广阔的，具有很大的发展潜力。

参考文献：

[1]商桑.虚拟现实技术在网络教育中的应用[J].中国远程教育，2000，.

张进.网上虚拟教学学习资源中心的建设[J].电化教育研究，2005，.

胡小强.虚拟现实技术[M].北京：北京邮电大学出版社，2005.

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罗伯特斯莱文.教育心理学[M].北京：人民