［摘 要］ VR技術(shù)應(yīng)用于職業(yè)教育教學(xué)中，可以解決實訓(xùn)教學(xué)中內(nèi)部結(jié)構(gòu)看不到、故障現(xiàn)場進不去、設(shè)備成本高、操作危險大等特殊問題，不受時空的限制，在教學(xué)資源開發(fā)中具有廣闊的應(yīng)用前景。通過對當前“VR+職業(yè)教育”的背景分析，闡述了基于VR技術(shù)的教學(xué)資源開發(fā)思路與步驟，指出了VR教學(xué)資源具有的理論價值、實用價值和推廣價值。通過VR教學(xué)資源的實際應(yīng)用，對比分析與傳統(tǒng)教學(xué)資源之間的優(yōu)劣。

［關(guān) 鍵 詞］ 虛擬現(xiàn)實；數(shù)字化；教學(xué)資源；開發(fā)；應(yīng)用

［中圖分類號］ G717 ［文獻標志碼］ A ［文章編號］ 2096-0603（2024）25-0097-04

虛擬現(xiàn)實基于可計算信息的沉浸性交互環(huán)境，采用以計算機技術(shù)為核心的現(xiàn)代高科技生成逼真的視覺、聽覺、觸覺一體化的特定范圍的虛擬環(huán)境，用戶借助必要的設(shè)備以自然的方式與虛擬環(huán)境中的對象進行交互作用、相互影響，從而產(chǎn)生“沉浸”于等同真實環(huán)境的感受和體驗。職業(yè)教育的教學(xué)過程中普遍存在“三高、三難”問題，即高投入、高難度、高風險，難實施、難觀摩、難再現(xiàn)。為了解決此類問題，將VR技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用在教學(xué)中，取得了良好的效果。

4f6ae56e84773c339fbb59d8aaef7b7e8905725bb5fc242bfb0e0244d262dcb4 一、開發(fā)背景與應(yīng)用意義

（一）開發(fā)背景

2020年10月，首個國家職業(yè)教育虛擬仿真示范實訓(xùn)基地在江西正式開啟，助力推動了虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用在職業(yè)教育中的前進腳步?！短摂M現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書5.0》中指出，“教育文化也是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域，通過財政資金促進虛擬現(xiàn)實技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，支持面向工業(yè)、文化教育等重點行業(yè)的虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用?！薄吨腥A人民共和國職業(yè)教育法》指出，支持運用信息技術(shù)和其他現(xiàn)代化教學(xué)方式，開發(fā)職業(yè)教育網(wǎng)絡(luò)課程等學(xué)習資源，創(chuàng)新教學(xué)方式，推動職業(yè)教育信息化建設(shè)與融合應(yīng)用。杜占元同志在教育信息化試點工作座談會上指出，網(wǎng)絡(luò)空間可以利用碎片時間，促進教與學(xué)、教與教、學(xué)與學(xué)的全面互補。

因此，在教學(xué)資源開發(fā)和建設(shè)過程中應(yīng)有效融入育人元素，引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成“真善美”的個人情操，提高綜合素養(yǎng)。同時，結(jié)合企業(yè)用工需求，融合職工素質(zhì)、崗位責任、企業(yè)文化等現(xiàn)場元素，營造實際生產(chǎn)過程的氛圍。以鐵道信號自動控制專業(yè)核心課程為依托，以課程育人為出發(fā)點，緊密關(guān)注并充分考慮學(xué)生的碎片時間，與企業(yè)現(xiàn)場技術(shù)人員密切合作，借助資深網(wǎng)絡(luò)課程開發(fā)與建設(shè)平臺，完成育人型“碎片化”優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的建設(shè)，有效落實立德樹人根本任務(wù)。

（二）應(yīng)用意義

1.踐行“三全育人”理念，落實課程育人職責

堅持以立德樹人為根本任務(wù)，牢記“為黨育人、為國育才”的初心使命，踐行“三全育人”的教育理念，發(fā)揮專業(yè)核心課程的內(nèi)在優(yōu)勢，落實課程育人職責。大力推進“發(fā)展素質(zhì)教育”，培養(yǎng)堪當民族復(fù)興大任的時代新人。開發(fā)并建設(shè)適用于學(xué)校學(xué)生學(xué)習及企業(yè)職工培訓(xùn)的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，可以實現(xiàn)優(yōu)在“育人型”的教育理念上。

2.加強碎片時間管理，促進專業(yè)技能提升

積極響應(yīng)“全民終身學(xué)習”的偉大號召，共同建設(shè)學(xué)習型社會，提高對碎片時間的管理能力和利用效率，注重理論知識的精準學(xué)習和專業(yè)技能的有效提升，開發(fā)“微”資源，打造“微”課堂，可以實現(xiàn)優(yōu)在“碎片化”的呈現(xiàn)方式上。

3.融合教育信息技術(shù)，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)資源建設(shè)

充分利用網(wǎng)絡(luò)化、信息化、數(shù)字化技術(shù)快速發(fā)展帶來的科技紅利，結(jié)合職業(yè)教育教學(xué)現(xiàn)狀，基于最新的智能化技術(shù)實現(xiàn)精細化資源配置，采用“線上+線下”混合式教學(xué)模式，開發(fā)并建設(shè)數(shù)字化資源，可以實現(xiàn)優(yōu)在“網(wǎng)絡(luò)化”的學(xué)習形式上。

二、價值與創(chuàng)新

（一）價值

VR教學(xué)資源可以提高學(xué)生的學(xué)習積極性，不受時間和空間限制開展學(xué)習，在虛擬的實訓(xùn)場景中直接獲取相關(guān)技能，有利于學(xué)習效率的提升。也可以用于其他院校的教學(xué)以及現(xiàn)場職工的培訓(xùn)，具有一定的推廣應(yīng)用價值。

1.理論價值

VR教學(xué)資源可以促進課程教學(xué)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，適應(yīng)當前教育信息化發(fā)展的新形勢。結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算機技術(shù)在教學(xué)領(lǐng)域的深度融合應(yīng)用，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)資源的建設(shè)，在課程層面率先完成數(shù)字化轉(zhuǎn)型，為建設(shè)以數(shù)字化為支撐的高質(zhì)量教育生態(tài)貢獻專業(yè)核心課的力量。借助互聯(lián)網(wǎng)實時記錄、大數(shù)據(jù)分析生成學(xué)生個性化成長記錄，真正實現(xiàn)因材施教。

2.實用價值

VR教學(xué)資源可以應(yīng)用在專業(yè)核心課程的實際教學(xué)中，對學(xué)生學(xué)習具有一定的指導(dǎo)意義。完成傳統(tǒng)課堂中文字描述內(nèi)容的信息化設(shè)計，以虛擬場景的方式呈現(xiàn)出來，有助于學(xué)生在短時間內(nèi)獲取理論知識和操作技能，實現(xiàn)知識學(xué)習精準化、復(fù)習鞏固高效化。

可以有效解決以下三個方面職業(yè)教育實訓(xùn)教學(xué)瓶頸，實用價值高：教室講臺展示、實訓(xùn)教學(xué)演示成本昂貴，或示范過程中存在一定安全隱患的教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生理解不充分，傳統(tǒng)實踐教學(xué)效率低；實訓(xùn)設(shè)備不足，做不到人手一機獨立操作實訓(xùn)，多人分組進行時，一人操作多人觀看，每人真正實操時間少，達不到預(yù)期理想的實踐教學(xué)成果；實訓(xùn)造成大量工件耗材、器件損耗、能源消耗以及各種生產(chǎn)操作安全隱患，實訓(xùn)成本巨大。

（二）創(chuàng)新

1.變革和創(chuàng)新教與學(xué)方式

師生在學(xué)習過程中的主從地位發(fā)生了變化，從傳統(tǒng)教學(xué)中以教師為中心的“教師講授，學(xué)生被動聽”，變成了以學(xué)生為主導(dǎo)的“教師引導(dǎo)，學(xué)生主動學(xué)”?；谔摂M現(xiàn)實技術(shù)的、以學(xué)生為中心的教學(xué)可以全面促進學(xué)生綜合職業(yè)能力的提升。

2.培養(yǎng)學(xué)生信息化環(huán)境下的自主學(xué)習能力

VR帶給教育的不僅僅是專注度和體驗感，更重要的是打破了空間和時間對學(xué)習者的禁錮，通過虛擬環(huán)境中的交互指引，引導(dǎo)學(xué)習者自主發(fā)掘知識點、自主學(xué)習，可以讓知識從間接經(jīng)驗變?yōu)橹苯咏?jīng)驗。

3.提高教師的信息技術(shù)應(yīng)用能力

塑造信息化教學(xué)思維。從教學(xué)內(nèi)容、方法、互動、評價全方位重新構(gòu)建，現(xiàn)在僅需要5～10分鐘即可完成講解，更有利于教師拓展更深層次、更全面的教學(xué)內(nèi)容。

提升信息化教學(xué)能力。有了相應(yīng)設(shè)備，更需要會使用設(shè)備的教師，這就促使教師信息化教學(xué)能力的提升，自主學(xué)習、掌握信息化技術(shù)的應(yīng)用、仿真資源的應(yīng)用等教學(xué)技能。

重構(gòu)信息化課程設(shè)計。在信息化技術(shù)的應(yīng)用下，新的課程設(shè)計應(yīng)符合學(xué)生的認知規(guī)律，選擇最適用的教學(xué)資源。

注重信息化課堂實施。教師的大量工作都在課前和課后，而課堂更多的是學(xué)生自主學(xué)習，教師提示性的指導(dǎo)、答疑和評價過程。教師課堂教學(xué)能力需更進一步提升，與實用資源相對應(yīng)。

4.促進教育信息化發(fā)展

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用，可以促使教學(xué)手段科技化、教育傳播信息化、教學(xué)方式現(xiàn)代化，在教育過程中較全面地運用計算機技術(shù)、多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信為基礎(chǔ)的現(xiàn)代信息技術(shù)，可以促進教育改革向著教育信息化方向發(fā)展。

三、開發(fā)步驟

（一）腳本編寫

在基于VR技術(shù)的教學(xué)資源開發(fā)過程中，首先需要編寫專業(yè)腳本，腳本是后續(xù)建模和編程的指導(dǎo)依據(jù)，特別是對程序的實現(xiàn)方式有重大的影響，直接影響后期程序的實現(xiàn)方式和難易程度。腳本編寫需綜合考慮以下四個方面。

1.目標明確，思路清晰

根據(jù)專業(yè)知識體系，選取教學(xué)資源開發(fā)的內(nèi)容，構(gòu)建腳本邏輯框架，形成完善的知識模塊，并且為后期改進和增建做好相應(yīng)的銜接匹配。

2.摒棄傳統(tǒng)，重在交互

VR技術(shù)可以使整個教學(xué)呈現(xiàn)出三維動態(tài)旋轉(zhuǎn)的展示方式，搭配語音和文字的講解說明，同時增強了學(xué)習過程中的交互性，讓整個學(xué)習過程更加真實、有趣。具有強烈的交互感，將被動的眼看耳聽轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃拥奶剿鳙@取，是一種沉浸式的自我體驗。

3.仔細嚴謹，專業(yè)性強

腳本需保證專業(yè)知識的正確性，以嚴謹?shù)膽B(tài)度認真對待，并經(jīng)過層層核查多次修改調(diào)整而最終確定。先由專業(yè)教師團隊編寫初稿，交至校內(nèi)骨干教師進行初審，主要對專業(yè)理解的正確性和用詞的準確性等內(nèi)容進行檢查，提出修改建議，形成第二稿。再將第二稿交至現(xiàn)場專家進行檢驗復(fù)審，主要結(jié)合現(xiàn)場的實際應(yīng)用狀況對專業(yè)知識的實時性進行檢查，提出修改建議。整改之后方可形成終稿，用于實際教學(xué)資源的開發(fā)。

4.統(tǒng)籌全局，實時修訂

在編寫程序的過程中，與程序編寫人員一起討論協(xié)商，對既定的動畫及各種部件的展示方式進行實時調(diào)整，以達到最佳的學(xué)習效果。

（二）三維建模

采用3ds Max三維建模軟件，將具體建模設(shè)備的各組成部件制作成三維模型，在虛擬場景中可以進行隨意拆分和組裝。建好的三維模型，實際上成為一套可以在網(wǎng)絡(luò)上自由移動的現(xiàn)場設(shè)備，不受時間的約束和地點的限制，隨時都可以進行自主學(xué)習。將原本多人圍著一臺設(shè)備進行對照學(xué)習的課堂，轉(zhuǎn)變成人人都持有一臺設(shè)備，可以近距離自主隨意拆分、隨意旋轉(zhuǎn)觀察學(xué)習。將三維建模技術(shù)應(yīng)用在具體設(shè)備結(jié)構(gòu)的教學(xué)過程中，擴展了課堂教學(xué)方法，可以增強學(xué)生的學(xué)習興趣，能夠大幅度提高教學(xué)質(zhì)量。

三維模型的精度主要是按照模型面數(shù)定的，是根據(jù)模型完成布線之后被分成了多少小塊而界定的。面數(shù)越多，模型精度也越高，細節(jié)展示越清晰，同時運行過程對系統(tǒng)配置的要求更高。對于大型VR系統(tǒng)（如大型游戲）而言，模型的面數(shù)越多，會影響系統(tǒng)運行的流暢性。對于單一的VR教學(xué)資源而言，因模型數(shù)量不多，交互方式簡單，動態(tài)效應(yīng)要求不高，一般的電腦配置均可以滿足高模模型的展示運行。因此，在實際建模過程中應(yīng)根據(jù)視覺真實程度對模型面數(shù)進行調(diào)整。

（三）程序編寫

Unity 3D是一個綜合型游戲開發(fā)工具，是可以完成全面整合的專業(yè)游戲引擎。將游戲引擎應(yīng)用在教學(xué)中，在思想認識上打破了傳統(tǒng)的教學(xué)觀念，同時借鑒開發(fā)游戲的設(shè)計思路，讓整個教學(xué)過程猶如游戲一樣，學(xué)習的過程相當于在玩游戲，既有樂趣又有收獲。

（四）場景搭建

完成了建模和程序編寫，便可采用兩種應(yīng)用方式：一種是在PC端進行觀看，另一種是采用頭盔顯示器等穿戴設(shè)備。在PC端進行觀看和學(xué)習，是一種可以普遍應(yīng)用的傳播方法，只需要在計算機上安裝教學(xué)資源，就可以通過鼠標和鍵盤的配合操作完成控制指令的下達，實現(xiàn)人機交互。適用于計算機機房教學(xué)，可供學(xué)生自主預(yù)習，可用于課堂教學(xué)資源，可作為課后資料進行復(fù)習和鞏固；采用頭盔顯示器可實現(xiàn)整個學(xué)習過程的沉浸式體驗，跨越了時間和空間的限制，虛擬場景與現(xiàn)實環(huán)境完全一致，通過手柄的控制和操作，發(fā)出相應(yīng)的控制指令，實現(xiàn)可交互的沉浸學(xué)習。

（五）聯(lián)調(diào)聯(lián)試

通過多位專業(yè)教師、現(xiàn)場專家、學(xué)生的體驗測試，提出體驗感受，形成改進意見，進行再次開發(fā)與優(yōu)化。多次試驗無誤后，應(yīng)用于實際校內(nèi)教學(xué)和企業(yè)培訓(xùn)。

四、應(yīng)用分析

（一）教學(xué)應(yīng)用

VR教學(xué)資源開發(fā)重在應(yīng)用，通過實際教學(xué)，在教學(xué)設(shè)計、學(xué)習效果、應(yīng)用創(chuàng)新等方面進行了跟蹤調(diào)研，調(diào)研結(jié)果如下。

1.教學(xué)設(shè)計

在VR教學(xué)資源應(yīng)用過程中，重點在于課前設(shè)計環(huán)節(jié)，需提前將學(xué)生的學(xué)習過程設(shè)定完整，課堂上的時間主要是交給學(xué)生自己自主完成探索學(xué)習。教師在學(xué)習過程中完成角色的轉(zhuǎn)變，由領(lǐng)學(xué)者轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)學(xué)者，由主力轉(zhuǎn)變?yōu)檩o助，由主場轉(zhuǎn)變?yōu)榭蛨?。與之對應(yīng)的，是學(xué)生自主學(xué)習的主體性體現(xiàn)。教學(xué)設(shè)計從傳統(tǒng)教學(xué)的以教師為中心變成以學(xué)生為主導(dǎo)，采取自主探究式學(xué)習，以提高學(xué)生自主分析問題、解決問題的能力，同時培育學(xué)生的職業(yè)精神。

2.學(xué)習效果

該項VR教學(xué)資源可以在實訓(xùn)室內(nèi)實現(xiàn)“生產(chǎn)現(xiàn)場實地教學(xué)”，能身臨其境地展開自主學(xué)習。虛擬場景中互動環(huán)節(jié)多，方便直觀認識各種專業(yè)設(shè)施設(shè)備。學(xué)習更加透徹、更加清晰，加深了對實際設(shè)備結(jié)構(gòu)的認識和工作原理的理解，整體學(xué)習效果良好。

3.應(yīng)用創(chuàng)新

將VR技術(shù)應(yīng)用在教學(xué)中，實現(xiàn)教學(xué)與科技同步，開闊了眼界，感觸到了科技的魅力。搭建三維虛擬場景，在有限的室內(nèi)空間可以體驗生產(chǎn)一線的實際環(huán)境，模擬真實現(xiàn)場場景，在虛擬場景中實現(xiàn)對現(xiàn)實的操作。設(shè)備部件非常逼真，比傳統(tǒng)教學(xué)更加生動，增強了趣味性，有效提高了學(xué)習興趣。方便學(xué)習，改善了實訓(xùn)演練場因?qū)W習人數(shù)較多而工位數(shù)不足的情況，可以極大限度提高安全性，保障學(xué)生的人身安全。同時，不受天氣等外界因素的影響，可全天候反復(fù)學(xué)習。

4.初次學(xué)習者

初次學(xué)習者需首先學(xué)習VR設(shè)備的使用方法，在進入學(xué)習場景之后開發(fā)了VR設(shè)備操作演示教程。結(jié)合VR手柄各按鍵功能介紹的演示教程，在互動體驗過程中學(xué)習各按鍵的功能，采用先演示再練習后應(yīng)用“三步走”的方式，提高VR手柄初次操作的適應(yīng)性。

（二）SWOT分析

VR技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用，給傳統(tǒng)教學(xué)帶來了較大沖擊，在提升教育教學(xué)質(zhì)量的同時，當前傳統(tǒng)教育仍然存在不可被VR替代的方面。VR技術(shù)在應(yīng)用過程中既具有自身優(yōu)勢，又存在一定的劣勢，既有良好發(fā)展前景，又伴隨著各種潛在的挑戰(zhàn)因素。現(xiàn)結(jié)合課題研究做出以下實際分析。

1.優(yōu)勢

鐵路現(xiàn)場真實場景構(gòu)建，通過3ds Max建模技術(shù)和Unity 3D技術(shù)將真實現(xiàn)場“搬移”至校園中，可以足不出戶體驗鐵路實景，為情境教學(xué)提供有力保障。專業(yè)設(shè)備的結(jié)構(gòu)清晰展示，現(xiàn)場設(shè)備的組成部件可以任意抓取、旋轉(zhuǎn)觀察，解決了“現(xiàn)場設(shè)備不可拆”的問題，體現(xiàn)出明顯的應(yīng)用優(yōu)勢。虛擬場景無安全隱患，搬動觀察設(shè)備部件時，虛擬場景中無重量加持，可輕松抓取、隨意旋轉(zhuǎn)，掉落無砸傷手腳的危險。游戲性強，具有一定的吸引力，通過采用多種交互方式，設(shè)計特定的場景反饋，增強學(xué)習過程中的游戲性，提高學(xué)習自主性，提升學(xué)習興趣，進而有助于學(xué)習效率的提高。

2.劣勢

虛擬場景無真實手感，實際設(shè)備的材質(zhì)不同，觸摸過程中有真實的不同觸感。而虛擬場景中暫無觸覺感應(yīng)，無真實手感，經(jīng)過虛擬場景學(xué)習之后，還需在真實設(shè)備上再次練習，以獲取真實的操作觸感，才能真正掌握對應(yīng)的操作技能。

虛擬場景中穿戴頭盔之后存在一定的眩暈感，根據(jù)人們個體差異，眩暈感強烈程度各自不一，眩暈感是由人體眼球的物理結(jié)構(gòu)決定的，只能通過增加陀螺儀設(shè)備、降低頭部轉(zhuǎn)動速度等方式，減輕眩暈感。

仍在少數(shù)場景中、少數(shù)人群中應(yīng)用，大眾化程度不高，在實際教學(xué)應(yīng)用過程中，大多數(shù)學(xué)生都是初次接觸VR頭盔設(shè)備，熟悉程度不夠，操作上手較慢，普適性有待進一步提升。

3.機會

《虛擬現(xiàn)實與行業(yè)應(yīng)用融合發(fā)展行動計劃（2022—2026年）》提出推進“虛擬仿真實驗教學(xué)2.0”，支持建設(shè)一批虛擬仿真實驗實訓(xùn)重點項目，加快培養(yǎng)緊缺人才?！丁凹寄芩拇ㄐ袆印睂嵤┓桨浮访鞔_指出，鼓勵推廣應(yīng)用虛擬仿真、人工智能等新技術(shù)，推動創(chuàng)新培訓(xùn)模式。從相應(yīng)文件可以看出，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用正在不斷探索和成長中，涉及教學(xué)培訓(xùn)各個方面，是VR技術(shù)發(fā)展的政策利好，具有良好的發(fā)展前景。

4.威脅

雖經(jīng)過不斷探索，但我國VR行業(yè)仍處于起步階段。供應(yīng)鏈及配套產(chǎn)品還不夠成熟，硬件設(shè)備、軟件工具、內(nèi)容生產(chǎn)等各層面的技術(shù)標準還未統(tǒng)一制定，大范圍推廣過程中存在一定的制約性。

需有效挖掘知識與VR技術(shù)的切合點。VR技術(shù)主要用于解決職業(yè)教育中“三高、三難”問題，并不適用于所有內(nèi)容的學(xué)習。對于記憶性知識、研究性內(nèi)容花費大量人力、物力、財力之后，開發(fā)的VR教學(xué)資源的應(yīng)用實效性卻大打折扣。

雖可跨越大時空，但無法擺脫小局限。盡管可以將真實場景采用虛擬的方式呈現(xiàn)和體驗，但必須在定位器鎖定范圍內(nèi)活動，走出識別范圍則操作無效。同時，穿戴頭盔設(shè)備與主機之間為有線連接，移動距離受到限制。

五、結(jié)束語

在不久的將來，職業(yè)院校的實訓(xùn)室將干凈、整潔，每個工位只需配置VR設(shè)備，通過打開不同文件，便可改變教學(xué)內(nèi)容，從而改變實訓(xùn)室的專業(yè)屬性，有效提高設(shè)備利用率。同時，線上教學(xué)資源可以通過PC端自主學(xué)習，不受時間、地點的限制和約束。隨著VR技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，同步發(fā)展的還有AR（增強現(xiàn)實）技術(shù)、MR（混合現(xiàn)實）技術(shù)等，這些新技術(shù)在職業(yè)教育教學(xué)資源開發(fā)中的應(yīng)用前景將越來越廣闊。

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編輯 馬燕萍