虚拟现实视域下实践教学模式探讨论文（附论文PDF版下载）

虚拟现实具备三个基本特征： 想象性 （Ｉｍａｇｉ－ ｎａｔｉｏｎ）、交互性 （Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ） 和沉浸性 （Ｉｍｍｅｒ－ ｓｉｏｎ），简称为虚拟现实的３Ｉ特征。［５］这三个基本特征主要是由计算机程序、现实世界、虚拟世界及用 户相互作用产生的，具体表现为用户进入由计算机 程序模拟和仿真现实世界的虚拟世界，与虚拟世界 互动，并可以操纵虚拟物体，通过自主感知和自主 学习，得到虚拟世界中给予的视觉、听觉、触觉等 多种感觉反馈， 从而认知现实世界。那么， 具备３Ｉ特征的虚拟现实系统的基本组成主要包括用户、计算机程序、现实世界、虚拟世界等， 如图 １ 所示。虚拟世界来源于现实世界， 也回归到现实世界，主要目的是为了用户更好地认知现实世界。［６］同理，虚拟现实在实践教学中，应该为学习者搭建 虚拟世界和现实世界的纽带和桥梁，引导学习者交 互，获得理解和认知。

 

二、虚拟现实融入实践教学的可行性
 

高校实践教学旨在检验学生的知识应用能力， 提高学生的技能水平， 培养和发展学生的创造能力。这就要求高校为学生提供良好的实践教学环境 和条件，为学生营造具备想象性、探索性、真实性 的实践氛围，为学生创建积极、开放、自由的时空 环境和创造性能力发展空间，而这些往往在传统的实践教学中难以做到。具备３Ｉ特征的虚拟现实技术能够有效地实现这些教学要求。
 

（一） 虚拟现实融入实践教学的作用
 

基于虚拟现实本身的技术优势，虚拟现实融入实践教学的作用如下。第一，弥补传统实践教学的不足。借助虚拟现实技术构建虚拟仿真的实践教学环境，能够激发学生学习兴趣，使学生在其中感同身受，体验知识的获取、加工、交流、运用， 强化技能训练，从而巩固所学知识，提升技能水平； 利用虚拟现实制作教学仿真器械、工具，创建虚拟的实践场景，还能有效解决实践中危险性过高、费用过高、时间周期长等问题，有效降低实践成本和难度。第二，创新实践教学的方式和手段。虚拟现实能够全程演示标准的操作过程和结果，并允许操作随时随机出错，突破时空限制，能够真正为学生提供个性化指导，实现学生随时随地反复练习、自主实践。第三，改进实践教学过程的检测与分析。通过虚拟现实与网络技术的结合，能够实时记录实践数据，智能化跟踪实践过程， 提供智能化考试考核，统计分析实践教学过程中所产生的数据， 形成诊断性、过程性的评价体系。第四，培养学生的创新思维。利用虚拟现实创建想象性、探索性、体验性的实践情境，在问题指引、项目驱动、情感体验等多种实践形式中，引导学生自主探究实践， 发散实践思维，举一反三，实现实践创新和理论创新。

 

（二） 虚拟现实融入实践教学的方法
 

第一，虚拟现实融入校内实验教学。自２０１５年教育部拟建设１００个国家级虚拟仿真实验教学中心以来，很多高校开展了虚拟仿真的实验教学尝试，覆盖的学科有电子信息类、经济管理、化学化工、机械工程、医学等。在实验教学中，依托虚拟现实、多媒体、人机交互、网络通讯等技术， 结合课程实验设计、项目研发训练、学科竞赛、毕业设计等需要，构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，能够实现真实实验不具备或难以完成的教学功能，弥补传统实验教学设备不足、场地不足、学生实践时间不足等局限。
 

第二，虚拟现实融入校外实践实训。在工业生产、工程建筑、医院等校外实践基地，难免遇到不可控、高污染、高消耗、复杂的作业场景。设计开发虚拟作业场景， 配套专用的虚拟现实软硬件设备、仪器，供学生观摩学习，同时结合其他现场作业的实践操作，做到虚实结合，能够在丰富学生实践形式的同时，更好地保障学生实践的安全， 减少实践成本的投入。此外，虚拟现实还可用于基地技能培训、项目训练等实践中， 针对性开展观摩交流、实践问题探讨、制订项目方案等活动。
 

第三，虚拟现实融入具体的实践教学环节中。首先，在创设教学环境方面， 可以建立虚拟实验室、虚拟实践基地等接近于实际的技能训练基地， 也可以通过计算机优化实践教学环境，如桌面虚拟现实 （Ｄｅｓｋｔｏｐ－ＶＲ）， 由电脑呈现虚拟环境， 学生操作电脑，进行技能操作等。其次，在设计开发教学资源方面，利用三维建模，建设虚拟实验仪器设备，通过改变视觉缩放效果，制作模拟动画， 建立设备透视的模型，能够深度分解和演示这些仪器设备的内部结构细节与工作原理，方便学生进行细节观察。利用虚拟仿真的软硬件技术，还能设计开发虚拟仿真的声、图、文并茂的教学资源、虚拟仿真实验平台等， 给予学生全方位的实践体验。再次，在实施教学活动方面， 借助虚拟仿真实验平台、虚拟仪器设备等工具和手段，搭建实验虚拟模型，开展反复性、自主性的实验操作技能的练习与训练，开展安全可靠的虚拟探究实验、项目合作学习等，促进学生在实践活动中获取技能，强化对新知识的学习认知，提升学生的探究、合作、问题解决的能力。最后，在开展教学评价方面，借助传感设备及技术、网络通讯技术，在虚拟操作中、虚拟仿真实验平台上， 实时记录、检测实践全过程数据，将数据与分析软件对接，做好预警操作的数据阈值，及时提醒、指导学生正确操作，并将数据结果可视化，作为学生实践操作考核评价的依据。

 

三、“虚实结合” 实践教学模式
 

教学模式指在一定的教育思想、教学理论、学习理论指导下，在一定环境下开展的教学活动的程序或结构框架的比较稳固、系统化、理论化的简化形式。［７］本文提出的实践教学模式是在虚拟现实环境下开展的实践教学活动的基本结构或框架， 是实践教学过程的程序性的策略体系。在实践教学活动中，学生活动与教师活动都需要有相应的资源环境条件作为支持， 学生是活动的主要参与者、执行者、决策者， 而教师主要扮演资源设计、任务分配、实践指导等角色。
 

因此，结合上述的 ＶＲ、ＡＲ、ＭＲ 技术应用特性、虚拟现实系统的特征及虚拟现实融入实践的可行性分析，提出虚拟现实融入实践教学的 “虚实结合” 教学模式，如图２所示。模式体现虚实结合的实践教学原则，分为四大模块：教师虚拟活动、学生虚拟活动、教师现实活动、学生现实活动。

 

（一） 教师虚拟活动模块
 

教师根据对实践教学目标、教学内容、教学对象的分析，设计适合开展虚拟现实支持下的实践活动 （简称 “虚拟活动”） 和教学资源。虚拟活动设计主要指布置虚拟环境、设置学习任务、划分学习小组、设计评价标准等。根据 ＶＲ、ＡＲ、ＭＲ 技术应用特性，设计多样化虚拟教学资源形式， 包括虚拟仿真实验平台、虚拟仪器设备、智能数据分析平台、ＡＲ 学习视频等。对于在实验平台和数据分析平台上记录的学生操作信息，教师需要监测、追踪学生实践情况，并给予答疑、指导和反馈。