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VR+教育 虚拟实境解锁教学新模式VR+教育全新思路带来实验新潮
VR(Virtual Reality)技术,也称虚拟实境,是使用电脑模拟产生一个三度空间的虚拟世界,提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟,让使用者如同身临其境一般,可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。
VR是什么?提到VR,大多数人最先想到的是游戏、电影,而当VR技术融入课堂教学中,会擦出什么样的火花?在我校动物科学技术学院畜禽安全生产国家级虚拟仿真实验教学中心,一场"VR+教育"的未来课堂,让学生们感受到了信息技术的神奇力量。
走进“VR”虚拟实境
虚拟仿真实验室里,2015级动科四班的学生殷磊戴着VR头盔,手持操作手柄,在沈维军教授的指导下开始"犬小肠端端吻合术"的操作。
"这种教学形式很生动有趣也充满新鲜感。戴上眼镜之后,眼前的场景就变成了手术现场,视野会和真实场景一样随着动作改变。"殷磊说。
沈维军是动物科学技术学院《配合饲料加工工艺与设备》课程的任课教师。在VR虚拟仿真实验学习平台成立之前,动物实验和校外实训的高风险、高成本以及难实现性一直困扰着他。
"实验对动科专业学生的实践能力培养至关重要。"沈维军解释说:"比如'犬小肠端端吻合术'这项实验,需要患病犬作为实验对象,手术过程中要将犬皮肤、肠系膜切开,取出病变小肠,切除病变段,再逐步缝合。在现实中很难遇到这种病犬,即便遇到,犬主人也不可能让学生动手,因而学生基本没有办法接触。"
2013年国家提出建立虚拟仿真实验教学中心,给沈维军提供了全新的思路,既然现实中学生做实验的心愿很难实现,那在虚拟世界里或许可以。在沈维军的积极申报下,2014年,畜禽安全生产虚拟仿真实验教学中心被评为省级虚拟仿真实验教学中心,并于2016年获得了国家的审批。2018年,虚拟仿真实验教学中心已初具规模,中心共有21个实验项目,涉及解剖、外科、营养、饲养等多个方面,主要面向动物科学、动物医学专业本科高年级学生以及畜牧学的硕士研究生。目前,动科院VR虚拟仿真实验学习平台正式上线,运用到了本科和研究生教学工作中。
"教育需要紧跟时代,需要不断创新。"学校引入VR技术后,沈维军的教学模式发生了许多变化。在他看来,VR技术注入课堂,对学生和老师都是一种全新的挑战。
"以往《配合饲料加工工艺与设备》课学生都是通过在线学习了解实验操作方式,与VR技术结合后,我会带学生来实验室,先直接演示一遍给他们看,再协助他们访问虚拟实验系统,根据实验步骤逐步操作。这样的教学方式帮助学生更好地理解实验内容并熟记实验步骤,能及时解疑与同步互动。"沈维军说。
VR虚拟现实场景是可交互的而非单向的,相对于传统教育中知识的扁平性,虚拟现实技术可以呈现更为立体的世界,在三维学习环境中实时交互、参与,为学生提供生动、逼真的学习环境。
目前,我校虚拟实验教学分为沉浸式教学和3D教学,不同类型的教学方式满足学生不同条件下的学习需求。
《配合饲料厂实训》实验课采用了3D虚拟实验技术,30名学生佩戴3D眼镜,可以突破时间和空间的限制,在虚拟世界里参观根据真实场景打造的饲料加工厂,为学生提供了生动、逼真的学习环境。与侧重于实践操作的VR虚拟实验不同,该实验侧重于体验,目的是让学生们了解工厂的内部结构及饲料的加工步骤。"以往《配合饲料厂实训》这门课程存在带训成本高、工厂不一定允许参观等问题,在3D技术应用于教学后,这些问题得到了解决,上课效率也得到了提高。"沈维军表示。
"目前沉浸式教学方式是实验室建设的重点。"沈维军介绍说,学生在进行多次虚拟实验并取得相应的分数后便可以进行现实实验,这样能够减少实验耗材,实现反复的、无危险实验操作,也可以提高现实实验的准确率。
以"全收粪法猪消化代谢虚拟仿真实验"为例,需要的实验设备与实验动物数量多、价格高,实验时间长,同时还存在着感染人畜共患病的安全隐患,不过在虚拟实验中,这些问题都迎刃而解。
虚拟仿真实验平台设计参考真实实验工作站界面,包括实验中所需要的各类实验场景,如实验室、虚拟仪器、虚拟设备以及仿真室内外工作场景,并且可实现多场景室内外自由漫游。学生可以在虚拟实验室中完成实验准备、挑选实验动物、饲养管理、测量采食量及掌握猪排便规律等多个实验步骤。每个实验步骤还有不同的知识点,同时系统还具有实验操作步骤提示、实时计时、错误扣分、跟踪记录等功能。沈维军说:"比如《饲料分析与营养价值评定》这门课程的最终成绩就是以实验成绩为结果,扣分功能不仅提高了学生的专注度,也让他们对学习产生一种'胜负欲',在虚拟实验中学生的学习效率得到了显著提高。"
虚拟仿真操作系统构建的是一个"虚实结合"的实验操作过程,利用新技术解决了传统实验中因"动物少""动手少"而造成的学生没有切实掌握实验操作要点的难题,不仅仅有效解决了学生在传统实体实验操作上的"误区"和"盲区",还降低了实验的经济预算成本。
"多次VR模拟操作后,我在实际操作时会更加明白每一个步骤的细节。不仅能够提高课堂效率,拉近课堂与同学们的距离,更能让知识点以及各种重点难点慢慢渗透,达到事半功倍的效果。"殷磊评价道。
VR技术为教学过程体验、教学结果呈现、师生交互等提供了新的可能。目前,我校虚拟仿真实验教学在动物虚拟仿真实验方面还在不断探索与完善,相信随着VR技术的逐渐成熟,在教学上的应用能继续拓展深入,实现更好的教学效果。
视频 / 湖南农业大学广播电视台
图片 / 戴珂凡
文稿来源 / 湖南农业大学报 王薇薇
编辑 / 彭晨
统筹/ 罗昕
责编 / 胡烯锐
审稿 / 李华