王玉科

摘 要：本文通過對(duì)學(xué)習(xí)環(huán)境的個(gè)性化設(shè)計(jì)，提出了一種基于虛擬平臺(tái)的 360 度環(huán)境下的教育學(xué)習(xí)模型。虛擬車間讓用戶置身于虛擬的學(xué)習(xí)環(huán)境中，可以自由瀏覽 360 度的視頻和圖片。本研究的主要目的是分析虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境中附加信息的本質(zhì)、用戶在網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)中的認(rèn)知困難以及潛在的沉浸式學(xué)習(xí)在教育中的作用。結(jié)果表明，我們的學(xué)習(xí)環(huán)境提高了用戶學(xué)習(xí)信息的可視化系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：虛擬平臺(tái);沉浸式學(xué)習(xí)

近年來，隨著教育全球化和信息化的進(jìn)一步推進(jìn)，很多學(xué)者認(rèn)為高等教育必須意識(shí)到信息技術(shù)所帶來的挑戰(zhàn)。顛覆性技術(shù)給教育帶來了挑戰(zhàn)，特別是作為未來的職業(yè)教育需要數(shù)字化和創(chuàng)新技術(shù)的提高。當(dāng)前社會(huì)，學(xué)習(xí)方法通過多種媒體技術(shù)可以提高學(xué)生獲取、管理、創(chuàng)建和共享信息的能力。課堂上常用的教學(xué)方法，學(xué)生開始不感興趣，甚至不知道學(xué)習(xí)的主題。一些研究者指出，高質(zhì)量的教與學(xué)需要學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)活動(dòng)。當(dāng)70%的學(xué)生參與討論時(shí)，可以進(jìn)行主動(dòng)學(xué)習(xí)，而在實(shí)際工廠或模擬環(huán)境中的實(shí)習(xí)可以增加到90%。尤其是職業(yè)院校，其強(qiáng)調(diào)實(shí)踐與學(xué)習(xí)的比例，強(qiáng)調(diào)學(xué)生在工廠中工作的感受。工程安裝類課程的最佳輔助教材比其他學(xué)科更具挑戰(zhàn)性，因?yàn)樵诶碚撜n之外，學(xué)生需要在機(jī)械工具、設(shè)備和輔導(dǎo)等實(shí)驗(yàn)環(huán)境中得到提高。因此，使用沉浸式技術(shù)來提高教育質(zhì)量，讓學(xué)生沉浸在超越現(xiàn)實(shí)世界的教學(xué)內(nèi)容中，不失為以行之有效的方法。

1 相關(guān)方向研究現(xiàn)狀

近年來，伴隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)、智能手機(jī)等硬件和軟件技術(shù)的飛速發(fā)展，它不僅可以作為娛樂手段，而且可以作為學(xué)習(xí)虛擬環(huán)境的重要手段。虛擬環(huán)境是用戶與計(jì)算機(jī)直觀地進(jìn)行交互的一種方式。這種虛擬環(huán)境可以將真實(shí)世界的場景360度地轉(zhuǎn)換成圖片和視頻來構(gòu)建。在健康課程中，有學(xué)者提議實(shí)施虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來評(píng)估日常記憶，虛擬商店幫助青年和成年學(xué)習(xí)者在日常生活中建立記憶的有效性;類似地，Kleinert 等人也提出了一個(gè)名為沉浸式虛擬病人模擬器的框架，用于外科臨床決策的培訓(xùn);還有研究者為教師開發(fā)了一個(gè)學(xué)習(xí)地球科學(xué)課程的工具。這種身臨其境的博物館學(xué)習(xí)，成功地吸引學(xué)生學(xué)習(xí)地球科學(xué)課程。

有幾個(gè)與虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)現(xiàn)有效性學(xué)習(xí)的相關(guān)因素。一個(gè)是技術(shù)所允許的沉浸程度。一個(gè)高度沉浸式感官沉浸意味著外面的世界被拒之門外，由于使用了頭戴式顯示器和耳機(jī)，減少了外部內(nèi)容的干擾。這種身臨其境的虛擬環(huán)境，可以引導(dǎo)學(xué)習(xí)者花更多的時(shí)間在內(nèi)容上，減少走神的發(fā)生。另一項(xiàng)研究表明，具象的圖形和更高的互動(dòng)性是有效地吸引學(xué)習(xí)者的關(guān)鍵。這些360度全景視頻是全方位的全景視頻，觀看者可以不受干擾地在一個(gè)圓圈中搖擺和傾斜，而不是傳統(tǒng)視頻中固定的視角。由于觀眾可以通過 360 度視頻環(huán)顧四周，探索場景的不同部分，這些視頻比傳統(tǒng)的二維視頻更具有身臨其境的感覺，但比不上真正身臨其境的虛擬現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)體驗(yàn)。然而，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育中的應(yīng)用并非沒有挑戰(zhàn)，特別是在沒有良好設(shè)計(jì)接口的情況下，使用VR 應(yīng)用程序的較為困難且更加消耗資源。

2 具體設(shè)計(jì)思路與方法

2.1 問題分析

這個(gè)階段更像是工程實(shí)際需求?；?60 度可視化和多媒體的虛擬車間模擬器是工程安裝類課程的輔助學(xué)習(xí)材料。本文主要從學(xué)習(xí)資源收集、虛擬環(huán)境和學(xué)習(xí)資料處理以及網(wǎng)絡(luò)仿真應(yīng)用三個(gè)方面提出該系統(tǒng)。

2.2 具體設(shè)計(jì)

收集學(xué)習(xí)材料數(shù)據(jù)是在設(shè)計(jì)階段完成的。機(jī)械加工車間的虛擬環(huán)境建設(shè)分為初學(xué)者導(dǎo)入?yún)^(qū)、中級(jí)學(xué)者導(dǎo)入?yún)^(qū)和前進(jìn)區(qū)三個(gè)區(qū)域。第一部分是機(jī)械車間的左側(cè)場景，左側(cè)場景是用戶進(jìn)入虛擬車間的第一步。本部分所收集的學(xué)習(xí)資源是學(xué)生所需要的基本工具。場景的第二部分是車間中部場景，在這個(gè)場景中用戶可以探索相關(guān)機(jī)器和設(shè)備的學(xué)習(xí)材料。最后，場景部分是實(shí)際安裝工藝環(huán)節(jié)。每一個(gè)實(shí)際教學(xué)環(huán)節(jié)，我們收集整理相關(guān)圖片和視頻。并整合關(guān)于工具和機(jī)器設(shè)備的手工描述，以文本、圖片和視頻的形式整理。機(jī)械車間環(huán)境記錄使用一個(gè)360度雙鏡頭攝像機(jī)，360度相機(jī)采集的圖像和視頻結(jié)果與傳統(tǒng)相機(jī)不同，輸出文件為等矩形投影圖。

2.3 具體設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)械車間，第一步是創(chuàng)建虛擬環(huán)境場景，第二步是插入學(xué)習(xí)材料作為熱點(diǎn)。學(xué)生可以通過點(diǎn)擊圖片和視頻細(xì)節(jié)圖標(biāo)來瀏覽周圍環(huán)境，在物體和場景之間移動(dòng)，平移或縮放虛擬應(yīng)用程序。本文通過連接每個(gè)全景圖片構(gòu)建一個(gè)虛擬環(huán)境學(xué)習(xí)場景，場景是以全景圖像順序顯示，并作為交互媒體序列。此外，考慮用戶還將探索在此場景中編寫的環(huán)境，圖像全景處理必須滿足 2：1的長寬比。虛擬環(huán)境完成后，通過熱點(diǎn)將文本、圖片和視頻等插入到應(yīng)用程序，即在全景圖像場景中插入一個(gè)紅色圓圈。這一點(diǎn)將顯示為圖片圖標(biāo)，定位于特定的工具或設(shè)備，以顯示其過程的細(xì)節(jié)。

2.4 測試

系統(tǒng)的最后一部分將虛擬學(xué)習(xí)材料顯示到基于網(wǎng)絡(luò)或虛擬現(xiàn)實(shí)的眼鏡中給用戶。使用PHP規(guī)范將模擬器應(yīng)用程序上傳到共享web服務(wù)器，性能測試是基于 Google chrome 開發(fā)工具進(jìn)行的。結(jié)果表明，該虛擬現(xiàn)實(shí)性能良好。

2.5 維護(hù)

系統(tǒng)的維護(hù)是軟件開發(fā)方法的最后一部分，在這一部分中，修訂和更新被認(rèn)為是用戶訪問網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序時(shí)的反饋。

3 總結(jié)

本文旨在將虛擬車間引入職業(yè)教育課堂，與傳統(tǒng)教學(xué)相比，是從導(dǎo)入理論和實(shí)習(xí)環(huán)境方面支撐創(chuàng)新學(xué)習(xí)。學(xué)生通過圖片和視頻的形式獲取信息，就像他們在一個(gè)真實(shí)車間一樣，大大提高技能訓(xùn)練質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]肖明葵，程光均，張祥東.虛擬工程與土木工程教學(xué)改革探討[J].高等建筑教育，2004，（2）：9193.

[2]張銳.基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的土木工程教學(xué)改革與探索[J].山西建筑，2013，（27）：231233.