李詩芯（天津公用技師學院 天津 300380）

虛擬現(xiàn)實技術在中職教育中的應用

李詩芯
（天津公用技師學院 天津 300380）

介紹了虛擬現(xiàn)實的概念及其在職業(yè)教育中的應用實例，探討了虛擬駕駛系統(tǒng)在應用中反映出的教學規(guī)律與教學理論。

虛擬現(xiàn)實技術；中職教育；應用

隨著多媒體計算機技術、傳感器技術、人工智能技術、場景生成技術、仿真技術等的飛速發(fā)展，通過計算機軟件來創(chuàng)設虛擬現(xiàn)實已經成為可能。虛擬現(xiàn)實技術憑借其獨特優(yōu)勢，已被越來越廣泛地應用于教育教學中，不斷為學生創(chuàng)造更好的學習環(huán)境。中職教育也將虛擬現(xiàn)實技術引入自身教學中，并取得了很好的效果。

虛擬現(xiàn)實的內涵

（一）定義

虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，簡稱VR，又譯作靈境、幻真），也稱靈境技術或人工環(huán)境。虛擬現(xiàn)實利用計算機技術將現(xiàn)實世界通過數(shù)據(jù)處理以三維立體形式呈現(xiàn)，并與使用者產生視、聽、觸一體化交互環(huán)境。人可以通過使用各種特殊裝置將自己“投射”到這個環(huán)境中，并操作、控制這個環(huán)境中的事物，進行著認知與情感意識流動從而實現(xiàn)特殊目的。

（二）基本特征

對虛擬現(xiàn)實的基本特征，不同文獻提出了不同的看法，但概況起來有三個，即沉浸感、交互性和構想性。

沉浸感 又稱臨場感，指用戶通過視覺、聽覺、觸覺多途徑的感官與系統(tǒng)互動，產生身臨其境的感受。人與虛擬環(huán)境融為一體，讓使用者相信這與現(xiàn)實世界一樣。

交互性 包含兩層意義，一方面，使用者對虛擬環(huán)境內實物的操作感受符合現(xiàn)實中的感知規(guī)律，如物體運動規(guī)律等；另一方面，使用者可以在環(huán)境中得到實時性的反饋，如使用者進行虛擬駕駛時手直接抓取操作物，這時手不但有握著東西的感覺，并可通過發(fā)出動作，使場景產生實時的變化。

構想性 強調虛擬現(xiàn)實技術為使用者提供探索的空間，通過相應提示讓使用者在環(huán)境中深化概念、萌生創(chuàng)意，進而發(fā)現(xiàn)更多的規(guī)律和有效的操作。

虛擬現(xiàn)實應用于中職教育的價值

（一）彌補教學條件的不足

職業(yè)院校的實訓課程教學模式大多沿襲師徒模式，即教師與學生“一對多”的形式。但當學徒人數(shù)達到5人以上時，由于實訓工具有限，教師精力不足等原因，教學效果大大降低。而利用虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，則可彌補這些條件的不足，學生可獲得與真實實訓一樣的體會。在虛擬汽車維修室環(huán)境中，學生可以在虛擬的汽車部件上進行檢查、維修的全過程。系統(tǒng)可對學生操作效果進行及時反饋，并講解有關知識點。這樣就緩解了因缺乏實訓教具及缺少教師指導造成學生實訓動手操作量太少的問題。

（二）激發(fā)學生的學習動機

動機是激發(fā)、引導和維持行為的內部過程。動機不僅在激發(fā)學生的學習活動方面很重要，而且對學生從通過活動接受的信息中學到知識同樣重要。在調查中職生的學習風格時發(fā)現(xiàn)，學生對于形象的、生活化的、互動的知識極為敏感，常通過多方面的感知學習技能。在虛擬環(huán)境中，學生直接進入虛擬現(xiàn)實所生成的環(huán)境中，與計算機環(huán)境進行直觀交流，從而豐富感性認識，加深對教學內容的理解。虛擬環(huán)境的聲、圖、文并茂，可以使教學過程變得生動活潑，大大提高學生的感知水平和學習動機。學習動機增強了，學生才會展開更高級的認知活動學習，記憶更多知識。

（三）加強學生在學習活動中的思考和創(chuàng)新

虛擬現(xiàn)實技術沉浸性與交互性的特點，使得學生和虛擬環(huán)境成為了互相作用、互相影響的一個整體的兩個方面。它營造了“自主學習”的環(huán)境，學生通過自身與信息和環(huán)境的相互作用來習得知識和技能。同時，這種相互作用促使學生在解決問題的過程中探索新型學習方式。而且，虛擬技術系統(tǒng)能夠為學生提供必要的實時反饋，使學生可自主地、個性化地發(fā)展學習技能。

（四）提高教學安全性、節(jié)約實訓工料

對職業(yè)院校的生產實訓來說最為重要的就是安全。數(shù)控機床仿真實訓，不會因為學生操作失誤造成設備本身損壞，如撞刀、毛坯報廢等；仿真實訓中的聲、光、文字警報可以對學生的操作錯誤進行提醒和糾正，也能保證實訓效果和學生自身安全。應用虛擬現(xiàn)實技術還可節(jié)約原材料、工卡量具、儀表設備等。如在數(shù)控仿真實訓中，虛擬材料替代實際材料，虛擬冷卻液替代實際冷卻液，可極大降低實習消耗，且刀具不會因為進給量過大而損壞。

汽車駕駛模擬器在教學中的應用

汽車駕駛模擬器是一種能真實、正確模擬汽車駕駛動作，獲得實車駕駛感覺的仿真設備，通過汽車駕駛模擬系統(tǒng)提高駕駛培訓績效?，F(xiàn)結合我院使用的汽車駕駛模擬系統(tǒng)進行探究說明。

（一）使用汽車駕駛模擬器的目的

培訓以“理論+模擬+實車”形式開展，通過汽車駕駛模擬器的應用使學生產生先行駕駛經驗，目的是減少實車培訓時間、降低培訓成本、提高培訓效率。

（二）應用汽車駕駛模擬器的理論基礎

汽車駕駛教學活動是已有經驗的傳遞式教學，它以圖示理論、遷移理論、反饋理論為基礎。多個理論的結合促成了汽車駕駛模擬器在駕駛培訓中的應用。學生在模擬駕駛過程中的認知過程如圖1所示。

“已有經驗”到“圖示預期”：已有經驗包括駕駛動作的要領；動作參數(shù)的變量（方向、力量、速度）；動作感知序列。在學生頭腦中形成輪廓性的圖示預期。所謂圖示是人們所學知識在頭腦中形成概括化的概念，已有經驗的傳遞通過教師講授獲得。

“圖示預期”到“圖示驗證”：學生通過汽車駕駛模擬器，形成“沉浸感”，身臨其境地感受動作參數(shù)變量、操作序列等，如轉彎時方向盤打輪方向、速度、力度，輪廓化概念、動作技能變得清晰化。

“圖示驗證”到“反饋調整”：汽車駕駛模擬器提供與學生實時性的交互，形成良好反饋。如根據(jù)道路狀況給出車速的反饋；在制動過程中離合器與制動踏板的動作配合等。根據(jù)反饋，學生及時對圖示進行調節(jié)、糾錯。

“反饋調整”到“圖示概括”：在經歷汽車駕駛模擬器帶來的“沉浸感”、“交互性”后，學生形成系統(tǒng)的動作技能圖示。

“圖示概括”到“圖示存儲”：在此階段學生的動作技能圖示進入長時記憶并穩(wěn)固下來。

“圖示存儲”到“新經驗”：在實車操作應用中，學生的動作技能圖示不斷得到驗證和強化，最終獲得新的經驗。

整個認知過程實質是已有經驗通過類化經驗遷移到新經驗的過程。汽車駕駛模擬器是遷移過程的載體和強化工具，將動作技能圖示同化、順應、重組。

（三）汽車駕駛模擬器系統(tǒng)組成

系統(tǒng)是基于虛擬現(xiàn)實環(huán)境和網絡環(huán)境的軟硬件集成體，結構如圖2所示。它包括駕駛室或駕駛艙、多媒體電腦中央控制系統(tǒng)等硬件系統(tǒng)和支持網絡的視景仿真軟件系統(tǒng)、汽車虛擬仿真駕駛系統(tǒng)。汽車駕駛模擬器可選擇車型、天氣情況及路況等，以便學生進行各種組合程序訓練，完成模擬訓練后還能給出最終評估。

通過模擬系統(tǒng)，學生能夠通過觸覺、聽覺、視覺等立體地感知駕駛的基本動作和反饋，得到“沉浸感”體驗。學生通過駕駛模擬器系統(tǒng)訓練車輛駕駛技能，能為實車訓練打下一定的基礎，從而提供駕駛培訓效果，最終實現(xiàn)減少實車培訓時間，降低培訓成本，提高培訓效率。

總結展望

這一新的媒體技術不僅能使教學內容變得更加真實、直觀，并且能夠建立一個學生易于參與的虛擬學習環(huán)境。學生可以持續(xù)接受專業(yè)知識的熏陶，可以根據(jù)自己的需要反復進行練習，直至熟練掌握知識和技能。

作為一項新興的科學技術，虛擬現(xiàn)實技術還處于探索與不斷完善階段，在教育、培訓等領域的應用也處于適應、磨合階段，還存在很多需要解決的理論與技術問題。但鑒于虛擬現(xiàn)實技術本身的特點、優(yōu)勢，其在職業(yè)教育實訓課程領域的應用前景還是相當廣闊的，具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

[1]商桑.虛擬現(xiàn)實技術在網絡教育中的應用[J].中國遠程教育，2000，（7）.

[2]張進.網上虛擬教學學習資源中心的建設[J].電化教育研究，2005，（4）.

[3]胡小強.虛擬現(xiàn)實技術[M].北京：北京郵電大學出版社，2005.

[4]S R Ellis.what are Virtual Environments？[J].IEEE Computer Graphics and Applications，1994，14（1）:17-22.

[5]羅伯特斯萊文.教育心理學[M].北京：人民郵電出版社，2004.

[6]李仲陽，楊家紅.虛擬數(shù)控加工中心培訓系統(tǒng)[J].中國職業(yè)技術教育，2002，（6）.

[7]馬西 P德里斯科爾，王小明.學習心理學[M].上海：華東師范大學出版社，2008.

[8]王逢賢.學與教的原理[M].北京：高等教育出版社，2000.

[9]周巖.虛擬現(xiàn)實及應用的研究[J].哈爾濱理工大學學報，2000，（4）.

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1672-5727（2011）03-0171-02

李詩芯（1984—），男，廣西北流人，天津公用技師學院講師，研究方向為教育技術與心理咨詢。