摘要:作为一项新兴的科学技术,虚拟现实技术广泛应用于各行各业,取得了良好效果。在分析虚拟现实技术本身的特点、优势以及职业技术教育传统实训室建设中面临问题的基础上,认为高职院校利用虚拟现实技术构建虚拟实训室,应从课程体系改革、提高实训教师的素质及合理开发虚拟实训平台等方面入手,从而切实提高虚拟实训室的效果,达到进一步推广的目的。
关键词:高职院校;虚拟现实技术;虚拟实训室;构建
中图分类号:G64文献标志码:A文章编号:1673-291X(2010)31-0297-02
教育部《关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见》(教高[2006]16号)文件中强调“要充分利用现代信息技术,开发虚拟工厂、虚拟车间、虚拟工艺、虚拟实验。”目的是在加强实验实训基地建设的同时,根据专业实践教学的需要,开展虚拟实验实训,解决实验场地、设备不足的问题,改善办学条件,从而提高教学质量[1]。如何充分利用现代教育技术,改革、优化目前高职院校实践实训教学,是摆在人才培养工程面前的重大而现实的新课题。本文针对如何利用虚拟现实技术构建虚拟实训室进行探讨,以期为高职院校开展虚拟实训提供一些指导。
一、虚拟现实技术简述
虚拟现实(Virtual Reality,简称VR技术),又称灵境技术,是以浸没感、交互性和感知性为基本特征的计算机高级人机界面[2]。虚拟现实是创建和体验现实世界的一种虚拟计算机系统,它的核心设备仍然是计算机,即通过计算机图形构成的三维数字模型,以仿真的方式给用户创造一个实时反映实体对象变化与相互作用的三维虚拟世界,并通过头盔显示器(HMD)、数据手套等辅助传感设备,给用户提供一个观测与该虚拟世界交互的三维界面,使用者可以直接观察、操作、触摸、检测周围环境及事物的内在变化,并能够通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互,使人和计算机很好地“融为一体”,给人一种“身临其境”的逼真性,而且能够突破空间、时间以及其他客观限制,感受到真实世界中无法亲身经历的体验。
虚拟现实技术的应用前景十分广阔,已广泛应用于工业、模拟军事演习、工程、教育、医学、酒店、商品展示、娱乐等领域。与传统的人机界面已经流行的视窗操作相比,虚拟现实在技术思想上有了质的飞跃。
二、高职院校利用虚拟现实技术构建虚拟实训室的必要性
近年来,各地政府与学校都逐渐认识到实训课程在职业教育中的重要作用,都不同程度地加大了实训场地的建设。然而,由于某些方面的原因,实训课程的效果不是很理想。与此同时,有些院校将虚拟现实技术引入教学实训却取得了良好效果。
(一)有利于克服传统实训室建设中存在的问题
1.校内实训室建设方面。(1)资金问题。高等职业技术教育所培养的是适应现代生产一线需要的高等技术应用性人才。为此,各高职院校均意识到建立健全教学实训场地的重要性,纷纷加大投入,为各个专业建设相应的实训场所。很多院校虽然加大了投入力度,但由于实训基地建设的周期长、前期投入与后期消耗都非常大,且随技术的发展,常需要更新换代,很少有学校有足够的财力多次进行投资的。相对于实际实训场所的建设投资,建立一套相应的虚拟现实技术的实训基地,其投资要小得多,且设备更新换代或改进的成本也可以大幅度降低。(2)场地问题。高职院校实训基地是完成职业教育教学活动中技能训练的重要场所,其功能是在模拟实际工作环境下,进行规范的技术技能操作。可见,实践教学需要有一个真实的实战环境。但现有的高职院校的校园面积都不是很大,实训用地、用房相当紧张,没有足够的土地来建设实战型实训基地,更不可能为全院每个专业都建立起具有实战环境的实训场所。(3)功能问题。目前,高职院校的实训场所基本能满足实训的需要,但实训场所与真实的工作环境差异较大。即使是功能齐全的实训场所,也会有一些实训活动是无法开展的,使教学活动受到了一定的限制。而虚拟现实技术通过对不同场景的模拟,能够提供生动、逼真的实训环境,让学生专业实训获得更好的效果。
2.校外实训基地建设方面。实训是培养学生专业知识综合应用能力,熟练掌握岗位技能的关键教学环节。目前,从事实践教学的途径大致有两种:即校内实训和校外实践。日常教学过程中,一部分实训实验是可以通过校内实训或实验室完成的,但很多专业的实训内容受生产特点的限制,无法在校内完成,必须借助企业的环境及工作间才能达到良好效果。但学生到企业实训时,在某种程度上会影响到企业的生产秩序和生产效率等,所以企业通常不乐意接受学生的实训实践。虽然有的校企合作企业会提供实训机会,但在具体安排上可能会加以保留,实训的效果也会大打折扣。因此,为了切实提高实训效果,可以借助虚拟技术、仿真技术,为学生营造一个虚拟生产环境,使之在校内进行模拟训练。
(二)有利于发挥虚拟实训室的优势
1.可以弥补教学条件的不足。利用虚拟现实系统,可以弥补传统实训因实训设备、实训环境、实训场地、教学经费等方面的原因而无法进行实训的不足[3]。利用虚拟现实技术建立起来的虚拟实训场所,其“设备”与“场景”多是虚拟的,且可以根据需要进行更新,省去了反复投资的困扰。
2.避免真实实训实验或操作所带来的各种危险。以往对于危险的或对人体健康有危害的实训或实验,一般采用看图片或演示录像的方式来取代实际操作,难以达到实训或实验的效果。利用虚拟现实技术进行虚拟实训或实验,学生可以放心大胆地去做各种危险的或危害人体的实验或实训,使实训者或实验者能够获得在真实实验条件下难以获得甚至根本无法得到的关于客观对象的信息。
3.可以增强学生的学习积极性及实训效果。虚拟现实技术是根据人类视觉、听觉的生理心理特点,利用三维图形生成技术、多传感交互技术以及高分辨显示技术,生成三维的逼真的虚拟环境。使用者戴上头盔显示器和数据手套等交互设备,便可将自己置身于虚拟环境中,成为虚拟环境一员。使用者不仅能够通过各类先进的传感器来获得逼真的感受,还可以通过自身的语言、身体运动或动作等自然技能,就能对虚拟环境对像进行考察或操作。虚拟现实的沉浸性和交互性,使学生像玩游戏一样全身心地投入到学习环境中去,这非常有利于学生的技能训练。同时,在虚拟现实系统中学生获得了与真实环境一样的体会,甚至可以使他们比在真实环境中更加投入,既保证了实训效果,又极大地促进了学生的学习积极性。
4.可以打破空间、时间的限制。比起传统的教学模式,虚拟现实技术在教学中的应用主要以环幕版和单机版两种模式体现,尤其是单机教学模式,是一种自学模式,可以实现场景漫游、自动讲解,并且有解说的自动录音、自动存档、自动回放功能,能让学生提高学习的自主性,学生可以根据自己的时间根据自己的需要,在任何时间、任何地点都可以进行反复练习,直至掌握操作技能为止。
三、高职院校构建虚拟实训室的途径
虚拟现实技术目前在军事、航空、航天、建筑、交通等可视化领域得到广泛的应用,而用于高职院校的实训教学,还处于初期阶段,不管在技术还是在制度上都不完善。因此,为了提升高职实训教学的有效性,应采取以下途径来实现:
(一)进行课程体系改革
《教育部关于以就业为导向深化高等职业教育改革的若干意见》中指出,高职教育应“坚持培养面向生产、建设、管理、服务第一线需要的‘下得去、留得住、用得上’,实践能力强、具有良好职业道德的高技能人才。”要达到这一培养目标,就必须改革现有的课程体系,尤其是要依据专业特色和行业特点来构建实践教学体系。具体可采用:(1)課程设置模块化,即将专业课程实行模块化分配,学生每学完一个模块必须进行相应的实训或实习,达到基本具备该模块所要求的工作能力;(2)实训教学情境化,即创设与专业学生未来工作的职业情境密切相关的教学情境,为学生掌握职业岗位营造认知环境和载体。同时,通过使用虚拟现实技术手段创设基于工作的、模仿从业者真实活动的虚拟学习环境情境,来提高学习的有效性和针对性。
(二)提高实训教师的素质
实践教学需要一大批具有实战型的教师去支撑,而要利用虚拟现实技术来提升高职院校专业实训教学的有效性,更离不开一支掌握现代教学方法、虚拟现实技术和专业技术知识的专业教师队伍。这就要求虚拟实训指导老师必须具备:(1)丰富的专业知识和行业实践经验,具有敏锐的觉悟和超强的预测能力,能及时发现问题,并创造性地提出问题,指导、引导学生进行实训操作;(2)熟悉虚拟平台的操作方法,并能够自主开发或更新虚拟平台,不断完善虚拟平台。
(三)合理开发虚拟实训平台
为了切实提高虚拟实训的效果,合理设计虚拟实训平台就成为关键。一般而言,实训虚拟平台开发应符合专业人才培养要求,与岗位环境情景相符,逼真的反映实训内容。首先,虚拟实训平台的开发需要来自企业的专业设计人员参与制定,使实训教学与企业岗位对接。其次,虚拟实训平台的模块结构要合理,能充分反映岗位要求。最后,虚拟实训平台的检测功能要灵敏,当一项训练任务完成后,能有效地对操作过程中的误操作进行点评和提示,及时纠正不规范的操作或错误的操作,给出最佳方案[4]。
四、结论
作为一项新兴的科学技术,虚拟现实技术还处于应用与不断完善阶段,与实训、培训等领域也正开始适应、磨合,在实际应用中,还存在很多需要解决的理论与技术上的问题。但随着教育改革的深入和虚拟现实技术理论的不断完善和发展,实训内容、实训手段、实训模式都将发生深刻的变革,传统的校内、校外实训基地模式将向着校内、校外实训基地与虚拟现实实践实训相结合的教育模式发展,必将开拓应用性、创造性人才培养的新格局,开创高职教育发展的新未来。
参考文献:
[1]李耀麟,等.虚拟实验的研究现状及其发展前景[J].陇东学院学报,2009,(2):118-121.
[2]刘伟.基于虚拟现实技术的企业展项的设计[J].现代电子技术,2009,(24):49.
[3]寇霞.虚拟现实在中职旅游专业实训教学中的应用[J].新课程研究,2010,(3):148-149.
[4]李金国,等.虚拟现实技术应用于高职模具实训教学的有效性探究[J].职教论坛,2010,(3):69-71.
[责任编辑 陈鹤]