【摘 要】本文針對高職傳統(tǒng)實訓教學中教學方法以“講授+操作”為主、實訓環(huán)境投資大、師資匱乏、特殊實訓具有安全隱患、學生實訓無法實時獲得學習反饋等問題，提出將VR技術應用在高職實訓教學中，并以“建筑構造”VR實訓教學平臺制作為例，從VR實訓平臺功能界面設計、VR實訓項目設計、3D 模型與場景搭設、虛實互動課程制作及后期剪輯四個方面論述VR技術在高職實訓教學的具體應用。

【關鍵詞】VR技術 ?高職院校 ?實訓教學 ?建筑構造 ?應用

【中圖分類號】G ?【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2020）03C-0190-03

隨著我國對高職教育信息化教學重視度日益提高，VR技術以其獨特的交互沉浸式體驗優(yōu)勢，成為高職教育信息化教學的重要手段。VR（Virtual Reality），即虛擬現(xiàn)實，用戶借助特殊的輸入（輸出）設備與虛擬世界進行自由的交互并沉浸在該環(huán)境中。VR應用在高職實訓教學中，學生可以在虛擬實訓中學習，實時獲得學習反饋，有效提高學習興趣和參與度，掌握相關技能。本文以“建筑構造”VR實訓教學平臺制作實踐為例，探索VR技術在高職實訓教學中應用。

一、高職傳統(tǒng)實訓教學存在的問題

（一）教學方法以“講授+操作”為主，不能很好地發(fā)揮學生主觀能動性。高職傳統(tǒng)實訓教學中，首先是老師講授理論知識，然后演示操作步驟，最后學生跟著老師步驟完成實訓練習。這樣的教學方法，是以老師為教學主體，學生處于從屬跟隨狀態(tài)，不能最大限度地激發(fā)學生的參與熱情和創(chuàng)造激情。

（二）實訓環(huán)境投資大，不能實現(xiàn)反復訓練。實訓場地、設備、材料均需要模擬真實場景來搭建。實訓場地占地面積大、設備投資大、材料一次性使用，學生完成的實訓作品如果不能和真實項目承接，只能廢棄，浪費大。因為實訓的成本高，所以對于不會的項目，學生也無法反復訓練。比如建筑基礎配筋的實訓，實訓中綁扎使用過的鋼筋籠，不能再次使用，也沒有其他用途，實訓后只好廢棄。

（三）師資匱乏，實訓過程中不能很好地照顧到每一位學生。傳統(tǒng)實訓教學一般分組進行，一個班需要分6～7組，而實訓配備的指導老師一般1～2位，導致實訓組無法同時開展實訓，需要依組輪流進行，既耽誤了時間，又不能同時指導每一位同學實訓。有時候出現(xiàn)同組內(nèi)學習積極的同學在認真操作實訓，而積極性不高的同學則袖手旁觀，達不到實訓目的。

（四）特殊實訓具有安全隱患。如火災安全知識方面的演練，常規(guī)實訓模擬真實火災場景，現(xiàn)場有明火，存在實訓較大的安全隱患。

（五）學生實訓過程中，無法實時獲得學習反饋。常規(guī)實訓，學生獲得的實訓反饋全部來自指導老師。而指導老師無法確保兼顧現(xiàn)場實訓的每一個環(huán)節(jié)，因此也就無法對每一個操作步驟做到及時反饋。學生對自己的操作正確與否，也不能及時得到回饋，不便于進一步學習。

（六）考核方式不能準確反映學生的真實學習情況。常規(guī)實訓的考核方式主要有兩種：實驗報告和實操考試。這兩種方式均有弊端，實驗報告容易抄襲，實操考試則一次只能考核一位學生，考核時間較長。

二、VR技術的分類及其在高職實訓教學中應用的優(yōu)勢

（一）VR技術的分類。虛擬現(xiàn)實技術根據(jù)“沉浸”程度的高低，分為四種：桌面式虛擬現(xiàn)實、沉浸式虛擬現(xiàn)實、分布型虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實型虛擬現(xiàn)實（見表1）。后兩者的沉浸度更高，但對于軟硬件要求都很高，目前還不具備在高職教學中廣泛推廣應用的條件，因此本文不將其作為研究重點。選前兩種為主要研究目標。

桌面式虛擬現(xiàn)實通過PC機及鼠標就可以實現(xiàn)人機交互，雖然沉浸度較其他三種較低，但對軟硬件的要求也最低。具有三維物體 360°全景展示、可隨意拆分、剖切，虛擬場景模擬、巡游，文字圖片介紹，游戲闖關式問答環(huán)節(jié)等獨特優(yōu)勢。應用在高職實訓教學中，可以幫助學生迅速回顧實踐場景及操作過程，復習操作要領，達到更好的學習效果。

沉浸式虛擬現(xiàn)實通過專業(yè)混合現(xiàn)實課程制作平臺制作，利用混合現(xiàn)實技術，將3D模型投射在現(xiàn)實環(huán)境里，讓教學身臨其境。老師在錄制微課過程中通過HoloLens頭顯、Vive手柄進入通過感知Studio制作的三維互動課程的VR模式，操作者與虛擬場景互動內(nèi)容進行同步記錄，與虛擬場景合成，最終達到真實人物在虛擬環(huán)境下操作的VR實訓教學視頻錄制。沉浸式虛擬現(xiàn)實教學和學習雙方主體的人機交互體驗感都較桌面式虛擬現(xiàn)實更強，但一次性投入設備費用較高。在高職實訓教學中推廣應用，還是與擁有相關平臺的科技公司合作較容易實現(xiàn)。

（二）VR技術應用在高職實訓教學中的優(yōu)勢。一是可以低成本、低風險達到仿真教學目的。比如土建專業(yè)，利用軟件置入三維建筑模型，學生可對場景中任意結構進行拆解、移動、旋轉、隱藏、剖切等操作，可通過旁注信息掌握相應理論知識點，進入VR建筑模型巡游。在不需要花大量資金、場地搭建真實建筑場景的情況下，學生可以直觀地現(xiàn)場體驗。又如建筑消防知識的教學，學生可通過VR模擬在安全的情況下，互動體驗火災場景中建筑消防應急系統(tǒng)的作用。實訓過程中，沒有材料損耗，沒有實訓成品丟棄，是真正的“綠色實訓”。二是通過角色植入，讓學生在虛擬實訓場景中成為學習主體。可以在搭建的虛擬環(huán)境中設計不同角色，由學生選定角色進入虛擬實訓場景，完成相應實訓任務。在VR實訓中，不再是老師將知識傳遞給學生，而是老師帶領學生一起以闖關體驗的方式完成實訓任務。VR實訓過程中，教師與學生已由傳統(tǒng)的教與學，變?yōu)橐黄饘W。學生成為學習的主體，極大地激發(fā)了學習興趣及創(chuàng)造力。三是VR實訓中學生可以實時獲得操作正確與否的反饋體驗，并可針對不懂的項目反復訓練，強化學習。四是教師可以通過網(wǎng)絡平臺掌握每一位學生的實訓進度及學習效果，有針對性地給予指導。五是VR實訓網(wǎng)絡平臺可以輕松完成實訓考核、點評及評分。全班同學可以同時登錄VR實訓網(wǎng)絡平臺，完成實訓考核，考核結束后可以查看成績及評語。教師在設計好實訓考核項目及評分標準后，可以通過VR實訓網(wǎng)絡平臺自動完成實訓考核、點評及評分工作。

三、VR技術在高職實訓教學中的應用

下面以“建筑構造”VR實訓教學平臺制作為例，從VR實訓平臺功能界面設計、VR實訓項目設計、3D模型與場景搭設、虛實互動課程制作及后期剪輯四個方面探討如何將VR技術應用于高職實訓教學。

（一）VR實訓平臺功能界面設計。VR實訓平臺應滿足教學、實訓、考核、評價、互動五大基本功能。“建筑構造”VR實訓教學平臺將以上五大基本功能經(jīng)過整合后，相應設計三個一級子功能界面：使用說明、VR教學與實訓+實訓（含考核及評價體系）、課后互動（見圖1）。

1.使用說明一級子功能界面。該頁面包括文字說明、章節(jié)目錄及考核標準、操作視頻三項二級目錄。文字說明包括本實訓課程主要教學內(nèi)容、功能、安裝及使用方法。章節(jié)目錄及考核標準介紹了各章節(jié)知識點及所占分值。可通過操作視頻觀看本實訓教學平臺的使用方法。

2.“VR教學與實訓+實訓考核及評價體系”一級子功能界面。包含30個二級實訓項目子功能界面。學生每完成一個實訓考核項目，即可在VR教學與實訓一級子頁面上查看當前完成進度及得分。并不需要按照章節(jié)順序進行實訓考核，對不懂的章節(jié)可以反復學習和考核，直至學會為止。每個實訓項目二級子功能界面均包括有知識點、教學、實訓三大功能。學生可以通過點擊“知識點”按鈕，查看本節(jié)所含理論知識。學生每順利完成一項實訓，“VR教學與實訓+實訓考核及評價體系”一級子功能界面相應項目的圖標則黃色顯示，在屏幕上方還有文字提示已完成項目數(shù)及已獲得分值。

3.“課后互動”一級子功能界面。點擊該按鈕，自動鏈接到本課程教學班QQ交流群，師生可以交流互動。

（二）VR實訓項目設計。本項內(nèi)容是整個實訓課程設計的核心內(nèi)容。需要首先明確本課程的重要知識點，根據(jù)各自特點設計VR實訓項目。在設計過程中，如何既能化繁為簡地講授并講透某個知識，又能很好地結合VR技術的優(yōu)勢，達到實操目的，是VR實訓項目設計時應注意的技巧。

“建筑構造”VR實訓教學平臺的教學模式，根據(jù)各實訓項目特點，設計了四種實訓教學方式：剖切、分解組合、按順序組裝、旁注。一個實訓項目也可包含以上多個教學方式。點擊“剖切”按鈕，在屏幕上方出現(xiàn)X、Y、Z三個軸，通過滑動三個軸的滑塊，可以觀看到X、Y、Z三個軸任意位置的剖切面，讓學生直觀掌握建筑不同位置剖面形狀（見圖2“建筑構造”VR實訓教學平臺剖切教學功能）。點擊“分解組合”按鈕，建筑構造可炸開、組合，還可通過放大縮小屏幕、旋轉角度，從不同視角觀看建筑各部位，有利觀察房屋建筑各隱藏部位。點擊“按順序組裝”按鈕，系統(tǒng)會自動演示構件組裝順序，通過此操作學生可掌握建筑構造的構件名、材料及工藝流程（見圖3“建筑構造”VR實訓教學平臺按順序組裝教學功能）。點擊“旁注”按鈕，VR教學模式下，系統(tǒng)會通過紅閃提示有旁注部位。點擊后，該部位出現(xiàn)文字旁注，可了解該部位的設計規(guī)范及相應要求。

“建筑構造”VR實訓教學平臺的實訓模式，設計了兩種實訓考核方式：回答問題、按順序組裝。屬于“回答問題”的實訓項目，系統(tǒng)會閃爍提示問題位置，點擊后出現(xiàn)相應多個選項，學生自主選擇。選擇正確后，系統(tǒng)出現(xiàn)正確提示;選擇錯誤連續(xù)三次，系統(tǒng)則出現(xiàn)錯誤提示。這時學生可以選擇回到VR教學模式下，再次學習后再實訓，或者直接重新進入實訓考核。屬于“按順序組裝”的實訓項目，系統(tǒng)會閃爍提示第一個構件的擺放位置，其余構件則沒有提示，需要學生自主完成構件的組裝。

（三）3D模型與場景搭設。目前國內(nèi)外3D建模及場景搭設的主要軟件有 Rhino、3dMax、Sketchup、Lumion、Pro/E等三維建模軟件。Rhino 可用于卡通形象設計、工業(yè)產(chǎn)品設計、建筑設計等，其樣條曲線的編輯功能非常強大，可快速制作各種優(yōu)美的曲面。3dMax、Sketchup、Lumion則主要應用于建筑模型及場景制作。Pro/E是一款在工業(yè)設計應用非常廣泛的三維建模軟件?！敖ㄖ嬙臁盫R實訓教學平臺以3dMax、Sketchup、Lumion為主要模型及場景搭建軟件。

（四）虛實互動課程制作及后期剪輯?！敖ㄖ嬙臁盫R實訓教學平臺與擁有互動拍攝平臺的科技公司合作，進行虛實互動課程的拍攝。后期剪輯則利用后期剪輯軟件AE、Premiere等，加入配音、字幕、特效等。

“建筑構造”VR實訓教學平臺經(jīng)過一年教學實踐，通過問卷調(diào)查、實驗對比分析其教學效果。發(fā)出問卷100份，其中86%的學生對VR實訓課程感興趣度都高于傳統(tǒng)實訓教學方式。通過對比使用VR實訓課程和未使用班級的考核成績數(shù)據(jù)，使用VR實訓課程組平均實訓成績93分，未使用組平均實訓成績82分。據(jù)此可知，VR實訓課程可大幅提高學生的參與感和興趣，有效幫助學生掌握實訓項目。

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【基金項目】2019年度廣西職業(yè)教育教學改革研究項目“基于VR技術的高職微課資源建設研究與實踐”（GXGZJG2019B171）

【作者簡介】鐘繼敏（1975— ），女，四川綿陽人，碩士，南寧職業(yè)技術學院建筑工程學院副教授，高級工程師，研究方向：建筑與城市環(huán)境、高等教育。

（責編 王 一）