張芊 田斌強(qiáng) 張小全

【摘要】實踐教學(xué)是農(nóng)業(yè)高校專業(yè)課教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的引入和應(yīng)用能夠解決傳統(tǒng)實踐教學(xué)當(dāng)中的一系列問題，將傳統(tǒng)的“以教促學(xué)”的學(xué)習(xí)方式變?yōu)閷W(xué)生與虛擬實驗環(huán)境互動學(xué)習(xí)的方式來掌握知識與技能的新模式，為實踐教學(xué)活動提供了一個科學(xué)有效的解決方案。

【關(guān)鍵詞】虛擬仿真;實踐教學(xué);栽培學(xué)

高校教育作為中國教育體系的重要組成部分，承擔(dān)著為社會培養(yǎng)、輸送各類型人才的任務(wù)。在當(dāng)前我國進(jìn)入社會主義建設(shè)新階段，云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等各類新技術(shù)、新理論層出不窮的情況下，社會各行業(yè)對技術(shù)性、操作性人才的需求量逐年增加，這就對高校專業(yè)課實踐教學(xué)提出了更高的要求。農(nóng)業(yè)院校傳統(tǒng)的栽培學(xué)課程中教學(xué)實驗及實踐活動的開展往往需要將授課班級分為若干實驗小組，為每個實驗小組準(zhǔn)備相應(yīng)的實驗器材、活動場地，并按照教學(xué)計劃進(jìn)行實踐教學(xué)活動。這種情況下，往往囿于實驗設(shè)備不足及授課時間限制，每位學(xué)生進(jìn)行實踐操作的機(jī)會很有限，這也使得實踐教學(xué)效果大打折扣。近年來，隨著計算機(jī)圖形學(xué)、人工智能等領(lǐng)域的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)越來越多地應(yīng)用于高校專業(yè)課教學(xué)活動中，為解決上述問題提供了有效途徑。

一、虛擬現(xiàn)實技術(shù)介紹

虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR技術(shù)）集成了計算機(jī)圖形學(xué)和人工智能等領(lǐng)域的研究成果，利用計算機(jī)圖形系統(tǒng)和各種顯示及控制等接口設(shè)備，在計算機(jī)上生成可交互的虛擬三維環(huán)境，給使用者提供沉浸式體驗。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特性被稱為“3I”， 即沉浸性、交互性和構(gòu)想性。沉浸性是指用戶通過交互設(shè)備全方位地置身于虛擬世界中，這種沉浸式體驗主要根據(jù)用戶的視覺、聽覺、觸覺等多方面感知數(shù)據(jù)來構(gòu)建生成，營造一個逼真的三維虛擬環(huán)境。交互性是指在虛擬環(huán)境中用戶以自然的行為技能對其中的對象進(jìn)行實時操作，實現(xiàn)真正的人機(jī)交互。構(gòu)想性是虛擬現(xiàn)實技術(shù)為用戶提供反映其豐富想象力的機(jī)制，是人類思想的一種體現(xiàn)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠很好地解決傳統(tǒng)教學(xué)當(dāng)中理論講解過程中互動性、解釋性不足的難題，學(xué)生能夠得到充分的學(xué)習(xí)和動手操作的機(jī)會，實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂的學(xué)習(xí)效果，將傳統(tǒng)的“以教促學(xué)”的學(xué)習(xí)方式，變?yōu)閷W(xué)生與信息環(huán)境互動學(xué)習(xí)來得到知識與技能的新模式，為實踐教學(xué)活動提供了一個科學(xué)有效的解決方案。

二、農(nóng)業(yè)高校專業(yè)課實踐教學(xué)活動中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的優(yōu)勢與意義

（一）虛擬現(xiàn)實技術(shù)能突破空間和時間的限制

農(nóng)業(yè)高校各類專業(yè)課程均具有較強(qiáng)的實踐性，這類專業(yè)課程的核心教學(xué)目標(biāo)就是在讓學(xué)生具備較好的理論基礎(chǔ)之上，同時具有較強(qiáng)的實踐能力。學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)需要通過相關(guān)的實踐教學(xué)活動來實現(xiàn)，但是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐的開展往往需要遵循農(nóng)作物生長發(fā)育規(guī)律，在農(nóng)作物生長發(fā)育的特定階段、特定地點開展。限于上述情況，農(nóng)業(yè)高校的專業(yè)課實踐教學(xué)活動會出現(xiàn)與理論課脫節(jié)的情況。虛擬現(xiàn)實技術(shù)綜合運用三維仿真、人機(jī)交互、人工智能等新技術(shù)、新手段來組織相關(guān)學(xué)科知識的展現(xiàn)和操作，通過搭建符合實際情況、合理的實踐教學(xué)環(huán)境，能夠克服時間、地點以及材料的限制，實現(xiàn)理論教學(xué)與實踐活動的無縫銜接。

（二）虛擬現(xiàn)實技術(shù)能彌補(bǔ)高校實踐教學(xué)條件的不足

虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用能有效緩解實踐教學(xué)中實驗場地有限、設(shè)備昂貴、經(jīng)費緊缺等方面的問題，整體改善教學(xué)環(huán)境，增強(qiáng)高校課堂教學(xué)水平。學(xué)生在課堂上就能反復(fù)地進(jìn)行各式各樣的實驗，既能加深學(xué)生對實驗內(nèi)容的認(rèn)識和理解，也能減少設(shè)備長期使用造成的損壞以及教學(xué)材料的消耗，從而達(dá)到節(jié)約教學(xué)成本的目的。

（三）虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠降低仿真實驗或操作的危險系數(shù)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)為高校實驗提供了更為安全可靠的教學(xué)方式。在虛擬實驗教學(xué)中不僅能避免實驗自身的高危性或?qū)嶒炇θ梭w、設(shè)備造成損傷，還能以直觀的方式發(fā)現(xiàn)因錯誤操作造成的不良實驗后果，督促學(xué)生正確地進(jìn)行實踐操作。

基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)，教師在進(jìn)行理論教學(xué)的過程中能夠隨時開展實際操作、展示等活動，極大地提升了理論教學(xué)的接受效果;虛擬現(xiàn)實技術(shù)中多媒體展示、人機(jī)交互操作使枯燥、抽象的概念以及操作過程等能夠被生動立體地展示出來，引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)知識、掌握概念的實質(zhì)，啟發(fā)學(xué)生在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)和解決問題，培養(yǎng)其高層次的思維技能。另外，結(jié)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)實踐教學(xué)活動的在線開展，實現(xiàn)不同地區(qū)的老師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生之間的交流和訓(xùn)練，加強(qiáng)教育的互動性，豐富高校實踐教學(xué)內(nèi)容的外在形式，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容的內(nèi)在結(jié)構(gòu)，促進(jìn)教學(xué)手段的科學(xué)化、高效化發(fā)展，對培養(yǎng)個性化、高素質(zhì)的全面型人才具有很大的促進(jìn)作用。

三、基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的實踐教學(xué)活動設(shè)計與實施

栽培學(xué)課程中的病蟲害田間試驗要求學(xué)生在田間實地調(diào)查發(fā)生病蟲害情況，了解害蟲的分布特點，正確估計其種群密度，為制定合理的防蟲策略提供依據(jù)。此類調(diào)查實踐活動往往需要耗費任課教師大量精力進(jìn)行組織，由于病蟲害的發(fā)病具有一定的隨機(jī)性，使得實踐教學(xué)開展時間不固定。

為充分利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)提高教學(xué)質(zhì)量，克服上述困難，任課教師可設(shè)計基于虛擬仿真的病蟲害田間調(diào)查實驗。進(jìn)行實際仿真操作前，首先，由教師在線上梳理相關(guān)實驗內(nèi)容的知識點，并以在線屏幕共享的方式演示具體的操作步驟;其次，學(xué)生登錄系統(tǒng)，選擇工具、選擇樣地、確定樣方，進(jìn)行隨機(jī)預(yù)抽樣，并根據(jù)抽樣結(jié)果計算種群平均密度和方差，進(jìn)而判斷種群空間格局類型，再根據(jù)空間格局類型選擇抽樣方法，并完成抽樣調(diào)查進(jìn)行密度估計;最后，完成實驗報告。實驗報告需記錄整個過程，并得出結(jié)論。另外，任課教師將每次的實踐教學(xué)內(nèi)容分為規(guī)定完成項目和可選項目兩部分，可選項目設(shè)置難度略高于規(guī)定內(nèi)容，是為學(xué)有余力的學(xué)生準(zhǔn)備，目的在于更好地滿足不同程度的學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。

四、教學(xué)效果分析

利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進(jìn)行線上實踐教學(xué)活動，能夠克服教學(xué)資源有限、學(xué)生動手機(jī)會不足等問題，可以加深學(xué)生對課程知識點的理解，提高學(xué)生動手操作能力，對于信息技術(shù)類的實踐課程是很好的補(bǔ)充。但從教學(xué)活動的實施過程來看也存在一定的不足：一是在線學(xué)習(xí)對學(xué)生的約束性不足，盡管布置了作業(yè)完成的截至?xí)r間，但由于網(wǎng)絡(luò)狀況不佳、計算機(jī)軟硬件故障等無法按時完成實驗報告的學(xué)生大有人在，而任課教師很難判斷原因;二是實驗報告自主完成情況無法判斷，在線實踐教學(xué)活動平臺完成的實驗報告無法記錄完成時的IP地址和用戶信息，所以對于報告是否由本人完成往往難以確定。

參考文獻(xiàn)：

[1]余衛(wèi)紅，陳超.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育教學(xué)中的應(yīng)用及思考[J].軟件導(dǎo)刊（教育技術(shù)），2012（8）：91-92.

[2]葉滿珠，廖世芳.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在高校測繪工程專業(yè)實踐教學(xué)存在的問題[J].科技風(fēng)，2020（09）：82.

[3]李峰.“互聯(lián)網(wǎng)+”模式下基于VR技術(shù)的實踐教學(xué)研究[J].黑龍江科學(xué)，2016，7（24）：100-101.

[4]馬利華.基于虛擬環(huán)境的藥學(xué)實驗教學(xué)模式研究[D].華東師范大學(xué)，2011.

[5]林勝青.基于VR的交互系統(tǒng)在高校實踐教學(xué)中的應(yīng)用探討[J].數(shù)字通信世界，2018（04）：207+243.

[6]劉健.虛擬現(xiàn)實技術(shù)與室內(nèi)設(shè)計課程的融合與應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2018（26）：199.

（作者單位：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)）