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        基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的高校實(shí)訓(xùn)教育研究

        2021-09-10 07:22:44李麗丹
        紅豆教育 2021年3期
        關(guān)鍵詞:虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)影響因素

        【摘要】隨著信息時(shí)代的快速發(fā)展,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在各行各業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。當(dāng)前,教育信息化變得越來越重要,VR技術(shù)與高校實(shí)訓(xùn)教學(xué)的結(jié)合顛覆了傳統(tǒng)教學(xué)方式中教師講、學(xué)生聽的教學(xué)模式。文章在對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的相關(guān)概念和特征進(jìn)行概括的基礎(chǔ)之上,依據(jù)建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論分析了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用的優(yōu)勢,同時(shí)探討了影響高校虛擬實(shí)訓(xùn)教育的影響因素及策略,以期為相關(guān)學(xué)者提供參考。

        【關(guān)鍵詞】虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù);虛擬實(shí)訓(xùn);影響因素

        “2017年7月11日,教育部辦公廳發(fā)布了《2017—2020年示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)通知》(教高廳[2017]4號(hào)),計(jì)劃在4年內(nèi)我國各類高校將建成1000個(gè)國家級(jí)示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目,足見國家教育主管部門對(duì)于應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、提高高校實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)水平的高度重視?!盵1]因此,將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于高校實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中即符合高校人才培養(yǎng)模式的轉(zhuǎn)型,又培養(yǎng)出企業(yè)需求的應(yīng)用型人才。

        1.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

        1.1概念與特征

        虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(Virtual Reality Technology,簡稱VR)是“由計(jì)算機(jī)生成一種全新的模擬環(huán)境,通過傳感設(shè)備將用戶投入到該模擬環(huán)境中去,從而產(chǎn)生一種沉浸其中的感覺。”[2]目前,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于各行各業(yè),運(yùn)用此項(xiàng)技術(shù),人們可以和虛擬場景中所呈現(xiàn)的物體、人物進(jìn)行交互,以此來豐富人們的生活、學(xué)習(xí)和工作。

        布爾代亞和夸弗托(Burdea&Coiffet,1992)將虛擬現(xiàn)實(shí)的重要特征歸納為“3I”,即沉浸性(Immersion)交互性(Interaction)想象性(Imagination)?!盵3]沉浸性指用戶在VR技術(shù)搭建的場景中佩戴虛擬設(shè)備從而體會(huì)和真實(shí)生活高度相似的視覺和聽覺效果。交互性指用戶可以和虛擬環(huán)境中的對(duì)象進(jìn)行交流互動(dòng),就像與真實(shí)世界互動(dòng)一樣。想象性指參與者在虛擬化的環(huán)境中對(duì)所建構(gòu)的場景進(jìn)行探索,在發(fā)揮使用者自主性的同時(shí)培養(yǎng)其思維能力。

        1.2教學(xué)依據(jù)的相關(guān)理論

        1.2.1建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論(Constructivism)

        建構(gòu)主義理論認(rèn)為學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)者根據(jù)自己原來的知識(shí),在學(xué)習(xí)中交流互動(dòng)建構(gòu)、理解新知識(shí)的過程。在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)搭建的學(xué)習(xí)場景中,將建構(gòu)主義倡導(dǎo)的在情境中學(xué)習(xí)、在合作中學(xué)習(xí)、在交流互動(dòng)中學(xué)習(xí)等策略應(yīng)用到虛擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)中,在培養(yǎng)學(xué)生解決問題能力的同時(shí)又能在團(tuán)體學(xué)習(xí)中深化學(xué)生對(duì)知識(shí)的建構(gòu)。

        1.2.2沉浸理論(心流理論)

        沉浸體驗(yàn)是虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)之一,也是衡量虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)性能的一個(gè)重要尺度。沉浸理論(Flow Theory)最初由Csikszentmihalyi提出,“沉浸體驗(yàn)研究表明:技能和挑戰(zhàn)是激發(fā)沉浸體驗(yàn)的兩個(gè)重要因素,當(dāng)用戶的挑戰(zhàn)與技能平衡或者略高于某一水平時(shí),個(gè)人就會(huì)進(jìn)入“沉浸”狀態(tài)。”[4]利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)搭建的場景可以使學(xué)生快速的進(jìn)入到沉浸式的體驗(yàn)中。當(dāng)學(xué)習(xí)者的個(gè)人能力與挑戰(zhàn)難度平衡時(shí),就會(huì)獲得持續(xù)探索學(xué)習(xí)的內(nèi)在動(dòng)力,全神貫注的投入到該實(shí)訓(xùn)活動(dòng)中,達(dá)到良好的實(shí)訓(xùn)效果。

        2.虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用于高校實(shí)訓(xùn)的優(yōu)勢

        2.1實(shí)訓(xùn)內(nèi)容情景性

        高校人才培養(yǎng)模式應(yīng)在學(xué)生掌握知識(shí)的基礎(chǔ)之上加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的技能培養(yǎng),依據(jù)情境學(xué)習(xí)理論,實(shí)際的工作現(xiàn)場可以在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)搭建的環(huán)境中進(jìn)行模擬練習(xí)。如同在真實(shí)工作中一樣。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中實(shí)訓(xùn)場地的選擇,例如,在旅游專業(yè)培訓(xùn)中,采用計(jì)算機(jī)、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)將虛擬景點(diǎn)搭建在教室中,讓學(xué)生在搭建的模擬景點(diǎn)中觀摩學(xué)習(xí),提前練習(xí)在實(shí)際景點(diǎn)中可能出現(xiàn)的突發(fā)事件,為學(xué)生日后的隨機(jī)應(yīng)變能力打下基礎(chǔ)。因此,在情境教學(xué)環(huán)境下,通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建構(gòu)出來的虛擬場景進(jìn)行模擬訓(xùn)練,促進(jìn)高校人才培養(yǎng)模式的轉(zhuǎn)型。

        2.2實(shí)訓(xùn)過程交互性

        在虛擬化的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下,教師可以將教學(xué)內(nèi)容移至虛擬實(shí)訓(xùn)當(dāng)中,學(xué)生可以對(duì)所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)反復(fù)操作,不用擔(dān)心因器材數(shù)量的短缺而減少學(xué)生實(shí)操的機(jī)會(huì),減少器材成本的消耗。例如,在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中,像具有腐蝕性的化學(xué)藥品硫酸,實(shí)驗(yàn)過程中存在一定的危險(xiǎn),可能因操作失誤而對(duì)財(cái)產(chǎn)和生命造成威脅,這些都可以在虛擬化的環(huán)境下練習(xí)。避免線下實(shí)驗(yàn)可能帶來的危險(xiǎn),增加學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的熟練程度。

        2.3實(shí)訓(xùn)模式想象性

        由虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)搭建的虛擬實(shí)訓(xùn)場景具有高度逼真的效果,容易讓使用者產(chǎn)生聯(lián)想,這是讓參與者沉浸其中的一個(gè)重要原因。傳統(tǒng)的線下實(shí)訓(xùn),由于設(shè)備成本高,大多是幾名同學(xué)使用一臺(tái)設(shè)備,減少了學(xué)生動(dòng)手實(shí)操的機(jī)會(huì)。虛擬實(shí)訓(xùn)環(huán)境下,在減少高校對(duì)設(shè)備儀器資金投入的同時(shí),為每一名同學(xué)提供靈活度高的并且適合自己現(xiàn)階段認(rèn)知發(fā)展水平的操作機(jī)會(huì)。學(xué)生和教師可以在實(shí)訓(xùn)環(huán)境中進(jìn)行交流討論,感受由虛擬實(shí)訓(xùn)帶來的視覺和聽覺信息,提高實(shí)訓(xùn)效果。

        3.影響學(xué)生實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)的因素

        根據(jù)建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論、沉浸理論等相關(guān)理論以及虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)應(yīng)用高校的進(jìn)展情況分析,感知有用性,感知易用性,沉浸式體驗(yàn)、自我效能感、組織管理等五方面是影響學(xué)生參與實(shí)訓(xùn)教學(xué)的主要因素(見表1)。

        3.1感知有用性

        Davis將感知有用性定義為:“個(gè)體相信使用某系統(tǒng)將增進(jìn)其工作績效的程度”。[5]虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)給學(xué)生帶來的幫助越多,學(xué)生便會(huì)傾向于接受該系統(tǒng)?!皠⑿∑?、孫建軍、任秀華等學(xué)者基于模型在不同領(lǐng)域的實(shí)證研究都假設(shè)感知有用性是決定行為意向的變量之一,實(shí)證表明用戶感知系統(tǒng)的有用程度越高,其使用意愿就越強(qiáng)烈。[6]因此,對(duì)于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的開發(fā)者來說,應(yīng)該從使用者的角度去開發(fā)搭建實(shí)訓(xùn)基地,讓教師和學(xué)生真切地感受到實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)對(duì)自身能力提升的有用性,增強(qiáng)選擇的意愿。

        3.2感知易用性

        通過對(duì)感知易用性相關(guān)概念的分析與整理,筆者對(duì)于感知易用性地理解為:學(xué)習(xí)者對(duì)某個(gè)虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)簡便使用程度的感知。搭建的虛擬場景如果被學(xué)習(xí)者所理解,就會(huì)引起學(xué)習(xí)者參與的積極性,繼續(xù)學(xué)習(xí)的意愿也會(huì)更強(qiáng)。因此,搭建虛擬實(shí)訓(xùn)的技術(shù)人員應(yīng)該根據(jù)大學(xué)生思維活躍、對(duì)新事物接受程度高的特點(diǎn),搭建出界面清晰美觀、易于操作、導(dǎo)航明確的操作界面,避免學(xué)習(xí)者因場景不易被操縱或界面復(fù)雜而降低參與性。

        3.3沉浸體驗(yàn)

        沉浸體驗(yàn)是學(xué)生全身心的投入到學(xué)習(xí)活動(dòng)中所達(dá)到一種心無旁騖的狀態(tài),并且只對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容相關(guān)的刺激有反應(yīng)。處于沉浸體驗(yàn)的人往往注意力高度集中于當(dāng)前活動(dòng),忘記自己當(dāng)前所處的狀態(tài),對(duì)從事的活動(dòng)有較高的控制感。“沉浸體驗(yàn)的研究表明:技能和挑戰(zhàn)是激發(fā)沉浸體驗(yàn)的兩個(gè)重要因素,當(dāng)用戶的挑戰(zhàn)與技能平衡或略高于某一水平時(shí),個(gè)人就會(huì)進(jìn)入“沉浸”狀態(tài)?!盵7]

        3.4自我效能感

        自我效能感是對(duì)自身能否完成某件任務(wù)的推測,“李寶強(qiáng)在研究的理論部分提出計(jì)算機(jī)自我效能對(duì)任務(wù)技術(shù)匹配具有顯著的影響,在有關(guān)網(wǎng)絡(luò)學(xué)術(shù)信息資源的研究中,用戶搜尋資料的計(jì)算機(jī)自我效能可能直接影響任務(wù)技術(shù)匹配?!盵8]在虛擬化的實(shí)訓(xùn)環(huán)境中,自我效能感強(qiáng)的學(xué)生,相信自己在虛擬化的實(shí)訓(xùn)環(huán)境中能完成學(xué)習(xí)任務(wù)并能取得較好的成績,學(xué)習(xí)動(dòng)力來自于自我效能感的影響。因此,在設(shè)計(jì)相關(guān)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容時(shí)既要便于操作,同時(shí)又要有一定的難度,促進(jìn)學(xué)生自我效能感的提高。

        3.5組織管理

        教師的組織管理對(duì)學(xué)生技能的掌握很重要。通過教師的引導(dǎo),學(xué)生在實(shí)訓(xùn)中能體驗(yàn)到虛擬實(shí)訓(xùn)帶來的沉浸感和交互性,教師適當(dāng)?shù)刂笇?dǎo)會(huì)降低學(xué)生對(duì)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的認(rèn)知難度。教師對(duì)虛擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)投入的精力越多,學(xué)生則會(huì)認(rèn)為該系統(tǒng)對(duì)學(xué)習(xí)的影響越深刻,學(xué)習(xí)動(dòng)力也隨之加強(qiáng),因此,教師在虛擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)中對(duì)設(shè)備熟練程度、問題解決能力、教學(xué)組織能力以及與學(xué)生日常的互動(dòng)都影響著學(xué)生參與虛擬實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)的意向。

        4.虛擬實(shí)訓(xùn)技術(shù)應(yīng)用于教育中的建議

        當(dāng)前,在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中高校紛紛嘗試使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),既符合相關(guān)政策的要求,又轉(zhuǎn)變了高校的人才培養(yǎng)模式。從國家層面、教師層面、平臺(tái)設(shè)計(jì)層面三方聯(lián)動(dòng)共建虛擬實(shí)訓(xùn)室,培養(yǎng)出理論與實(shí)踐兼具的復(fù)合型人才。

        4.1國家層面

        隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的日漸成熟,高校教育中虛擬實(shí)訓(xùn)的應(yīng)用也越來越廣泛。高校應(yīng)根據(jù)自身的教育需求和科研發(fā)展,建立適合自己發(fā)展的虛擬教學(xué)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。同時(shí),國家應(yīng)加大對(duì)高等院校的財(cái)政投入,鼓勵(lì)高校轉(zhuǎn)變教學(xué)模式,另一方面應(yīng)制定針對(duì)性的政策法規(guī),根據(jù)專業(yè)需求建立虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室或引進(jìn)相關(guān)人才,以發(fā)揮示范作用。

        4.2教師層面

        為了促進(jìn)高校虛擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)的發(fā)展,需要相關(guān)教師具有豐富的信息素養(yǎng)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。首先,教師應(yīng)該更新教育理念,在實(shí)訓(xùn)活動(dòng)前,對(duì)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的具體操作步驟進(jìn)行介紹,使學(xué)生從整體上把握操作流程。在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中,引導(dǎo)學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行操作練習(xí),及時(shí)處理實(shí)訓(xùn)中出現(xiàn)的問題。其次,提升自身信息化專業(yè)素養(yǎng),從學(xué)生的實(shí)際出發(fā),做好教學(xué)活動(dòng)的整體設(shè)計(jì)和設(shè)備的維護(hù)。最后,熟練設(shè)備的操作流程,不斷對(duì)虛擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行更新和完善。

        4.3人機(jī)交互層面

        為了使學(xué)生在虛擬環(huán)境建構(gòu)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)中熟練對(duì)相關(guān)設(shè)備的操作。這就要求虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到學(xué)生的思維特點(diǎn)和認(rèn)知特點(diǎn),實(shí)訓(xùn)環(huán)境界面的整體布局要合理,易于被學(xué)生理解,不能對(duì)學(xué)生造成操作上的障礙,要以深化教學(xué)問題為理念來設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容。同時(shí),與新興技術(shù)合作,彌補(bǔ)虛擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)的不足,如運(yùn)用5G+VR的優(yōu)勢來彌補(bǔ)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)因延遲性而帶來的眩暈感,為學(xué)生帶來舒適的體驗(yàn)。

        5.結(jié)語

        隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在各行各業(yè)的廣泛應(yīng)用,教育領(lǐng)域中的應(yīng)用也隨之增加,將虛擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)應(yīng)用于高校,能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和提高學(xué)生在實(shí)際工作中的能力。學(xué)生在虛擬實(shí)訓(xùn)場景進(jìn)行模擬訓(xùn)練,實(shí)操技能也得到進(jìn)一步提高,在減少實(shí)驗(yàn)器材消耗的同時(shí),增強(qiáng)教學(xué)趣味性。同時(shí),隨著5G時(shí)代的到來,將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與5G結(jié)合可增強(qiáng)虛擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)因延遲性而造成的眩暈感,達(dá)到良好的實(shí)訓(xùn)效果。提高高校實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)水平,同時(shí)也為相關(guān)企業(yè)輸送人才。

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        作者簡介:李麗丹(1994.05),女,河南洛陽人,江西科技師范大學(xué)教育學(xué)院在讀研究生,研究方向:現(xiàn)代教育技術(shù)。

        (江西科技師范大學(xué))

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