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浅谈职业教育应用视角下的技术一引言由于职业教育是面向职业岗位活动的一种就业能力教育突出特征是从事技术技能技艺技巧等实践性教育教学按照目前学者对技术呈现的普遍描述完全可以确定这项技术在职业教育教学中应用的广泛性有效性与迫切性在职业教育教学中由于大量的教学内容属于实践性内容而许多实践性教学内容受环境场地设施设备安全污染资金不可控不可再现等因素影响难以实现有效教学因此虚拟仿真虚拟现实增强现实即目前各界热议的技术在职业教育教学中的应用需求应该说是刚性需求那么为什么一个时期以来职业教育教学在技术的应用上缺少创新与深入研究为什么从事一线教学的广大职业院校教师很难结合自己的教学内容进行需求性设计为什么由专业制作公司提供的教学产品往往不适用究其原因多种多样但笔者认为处于前置位置的一个重要原因就是技术的专业描述与职业教育教学需求性描述存在差异导致职业院校广大教师很难将自己的教学内容与之准确对应无法对号入座更无法简捷思考如何根据教学内容运用技术特征进行有效的教学设计教学需求设计及教学应用设计因此本文试图依据技术的基本定义结合技术在职业教育教学中的应用需求进行分析将理论与应用连接起来为的英文缩写即虚拟现实的意思多数人认为它是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数据手套等辅助传感设备为用户提供一个观测与该虚拟世界交互的三维界面使用户可直接参与并探索仿真对象在所处环境中的作用与变化产生沉浸感的交互系统的支撑技术普遍认为是计算机技术计算机图形学计算机视觉视觉生理学视觉心理学仿真技术微电子技术多媒体技术信息技术立体显示技术传感与测量技术软件工程语音识别与合成技术人机接口技术网络技术及人工智能技术等多种高新技术为的英文缩写即增强现实的意思多数人认为它是通过电脑技术将虚拟的信息应用到真实世界使真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间交互系统也有人提出了概念即的英文缩写即混合现实的意思一般认为是指包括增强现实和增强虚拟合并现实和虚拟世界而产生的新的可视化环境在新的可视化环境里物理和数字对象共存并实时互动交互系统还有人提出了概念即的英文缩写即全息现实的意思一般认为是指利用光学技术实现完整的可以从度球形空间观察的虚拟影像通常是依托可以多方向观察的多面体设备和多个不同角度的投影来实现图像可以多人多角度观看因此也有人把它叫做面向全体的全息技术总之随着科学技术的发展许许多多有关计算机虚拟仿真虚拟现实增强现实的创新名词扑面而来由于专业技术应用视角不同对虚拟仿真虚拟现实增强现实等概念在应用上的理解与解释就有所不同这对研究具体应用这些技术的实践者们特别是职业院校广大一线教师提出了挑战为了深入研究技术在职业教育教学中的应用必须站在职业教育视角以融合职业教育教学应用需求尊重职业教育教学基本特征与规律并结合大量成功应用案例重新分类描述分析思考技术在职业教育教学中的应用方向当然最好实现对号入座这对技术在职业教育教学中的应用推广破解职业教育教学实践性教学中的瓶颈难题具有十分重要的意义二单纯利用计算机屏幕画面虚拟仿真技术单纯利用计算机屏幕画面虚拟仿真技术简称屏幕仿真技术是目前职业教育教学中应用最广泛的一种虚拟仿真技术由此技术所创作的虚拟仿真课件软件数量众多这些课件软件在职业教育教学实践中发挥了重要作用这里需要强调仿真教学课件与仿真教学软件有着根本性区别鉴于目前职业教育教学中应用仿真课件比例较大因此本文着重针对虚拟仿真课件进行分析讨论一技术性特征屏幕仿真技术可以划归到技术范畴它不需要其它外接设备的支持仅仅在一台普通或平板电脑手机上利用鼠标键盘就可以实施操作了支持这种操作的核心技术是实现在屏幕上实施虚拟仿真操作的专用工具软件随着计算机软件技术的发展屏幕仿真技术所应用的核心工具软件越来越专业化普及化一般认为屏幕仿真技术技术性特征有以下个方面工具软件研发技术成熟已经逐步形成专业化系列化标准化如虚拟实景境技术等制作工具软件的种类系列繁多基本形成了依据行业职业专业岗位的不同需求定向研究开发制作软件的局面由于定向开发制作工具软件的方便性使该类课件的制作成本逐渐减低制作周期逐渐缩短在应用需求的拉动下单纯利用计算机屏幕画面实现的虚拟仿真的教学课件基本实现了网络版单机版共存机平板电脑手机共用支持人工更新自动更新共有的应用水平虚拟虚景境技术得到广泛应用在虚拟环境下虚拟虚景境使所有设计参数与现实参数关联虚景相互之间的数据关系与现实比例一致因此广泛用于产品项目设计领域是屏幕仿真技术的另一个拓展技术性特征二应用性特征通过对大量屏幕仿真技术作品分析可以确定此类作品在职业院校教育教学中主要有以下个应用性特征对环境场景目标物等进行漫游式虚拟仿真实训对设施设备仪器仪表工具等过程性操作进行交互式虚拟仿真实训将虚拟操作结果转接至实物实体操作实现虚实融合式实习实训实施虚拟虚景境设计实训三类别性特征根据职业教育教学特征我们可以将屏幕仿真技术类别性特征归纳成以下种单纯漫游式屏幕仿真教学课件这种课件是利用计算机屏幕来呈现立体逼真的漫游环境场景或目标物画面操作者通过对鼠标键盘的规范操作实现对计算机屏幕画面的操作与控制并以第一人称视觉进入画面实施漫游单纯漫游式屏幕仿真教学课件的主要教学功能是学习者通过对环境场景或目标物的漫游了解熟悉记忆画中环境观测对象目标物特征并通过画中环境场景观测对象或目标物上的媒体提示获得具有与实地亲临接触相同的现场学习效果这种课件的典型案例如虚拟导游实训虚拟现场参观实训虚拟目标物观测观察实训等漫游互动式屏幕仿真教学课件这种课件与单纯漫游式屏幕仿真教学课件的重要区别是学习者在操作漫游画面时可以根据教学需要激活漫游场景中的某一处画面并与被激活的画面实施互动交流典型案例如在操作虚拟图书馆参观实训课件时当操作者想打开一本书观看时只要用鼠标选择点击这本书并将其激活就可以一页一页翻开这本书观看了在职业教育教学中特别是在实践性教学中这种课件照比单纯漫游式屏幕仿真教学课件更具有教学性植入某种属性漫游互动式屏幕仿真教学课件根据教学需要在漫游互动式屏幕仿真教学课件某一个教学点中加入数学物理化学自然专业以及某种思维逻辑属性的一种屏幕仿真课件这种仿真课件的最大特征是将被仿真物体或被仿真事件的真实属性平移到仿真物体事件中使操作者具有与实际操作相同的操作感觉与操作效果典型案例如利用屏幕仿真课件在机械加工车间厂房漫游时当操作者激活车间厂房中的吊车并欲操纵吊车吊住物件移动此时如果在物件上加入重力运动惯性力学算法当运用鼠标键盘操纵屏幕仿真画面吊起该物件并进行移动时该物件在屏幕画面中的运动力学特征就与真实物件移动时的运动力学特征完全一致这种植入某种属性漫游互动式屏幕仿真教学课件在职业教育教学中具有重要的应用价值从某种意义上说加入真实操作端它将会完全取代真实的实训操作训练因此这种课件比漫游互动式屏幕仿真教学课件更具有教学性和应用价值具有考试考核功能的屏幕仿真教学课件在上述种屏幕仿真课件中根据教学需要加入考试考核功能即成为具有考试考核功能的屏幕仿真教学课件这种课件一般设计有检测学习者学习效果功能是比较成熟比较完整的屏幕仿真课件典型案例如利用记录操作者的漫游路线轨迹判断操作者是否记住行走路线利用操作者互动操作的正确性规范性判断操作者的学习效果利用操作者在有属性课件中操作的准确性判断操作者是否熟练掌握该项技能等当然最简单的设计是在屏幕仿真课件中加入专门设计的考试考核窗口我们通常将具有考试考核功能的屏幕仿真教学课件叫做助学性或自学性课件可以链接多种教学媒体的屏幕仿真教学课件在上述种屏幕仿真课件中运用某种技术在虚拟仿真系统中加入对其它教学媒体的链接功能即成为可以链接多种教学媒体的屏幕仿真教学课件有时候我们把这种课件叫做富媒体屏幕仿真课件这种课件的教学功能比较强大可视性也很好而且可以承载更多的教学内容这种富媒体屏幕仿真课件在职业教育教学中具有十分广泛的应用前景特别是在实践性教学中的应用价值很高典型案例如在数字博物馆漫游课件的某一个具体画面中链接一段视频当漫游操作者用鼠标点击视频窗口时该视频窗口开始播放所链接的视频文件形成画中画效果可以链接多种教学媒体的屏幕仿真教学课件是职业教育教学中十分实用的一种虚拟仿真教学课件它不但可以实现与其它屏幕仿真课件相同的教学功效同时可以拓展成屏幕仿真课堂屏幕仿真教学屏幕仿真实习屏幕仿真实验屏幕仿真实训屏幕仿真工作包屏幕仿真项目包等教学软件可以实现多人联合或顺序操作的屏幕仿真教学课件在上述种屏幕仿真课件中运用某种技术在虚拟仿真系统中加入多终端操作设计即几个操作者分别以不同角色共同实时操作一个屏幕仿真课件我们把这种课件叫做可以实现多人联合或顺序操作的屏幕仿真教学课件这种课件特别适合职业教育实训教学实习教学项目教学或生产性教学中的联合作业流水线作业程序化作业及协作式操作训练等教学内容典型案例如在物流实训屏幕仿真课件中设计了接送货物员汽车运输司机装卸工库房管理员物流调度几个角色操作者分别以不同身份角色进入屏幕仿真课件并按照所设计的规范流程实施操作这种课件不仅再现了工作职场真实的群体作业过程而且训练了学生们联合协作团结互助的团队精神三加入可穿戴传感器计算机屏幕虚拟仿真技术仿真画面中的设施设备装备仪器仪表等实行全面操控二应用性特征加入可穿戴传感器屏幕仿真技术与屏幕仿真技术最大应有性区别是前者甩开了利用计算机鼠标键盘操作控制屏幕仿真画面操作模式取而代之的是利用操作者真实的肢体动作操作控制屏幕画面增强了操作控制屏幕画面的真实感三类别性特征对比屏幕仿真技术加入可穿戴传感器屏幕仿真技术类别性特征重点是在操作者身体上穿戴上接有传感器的物品利用操作者的模拟操作动作实现对虚拟仿真画面中的设备装备仪器仪表等实施全面操控或深度交互典型案例如利用数据手套抓取安装拆卸调整操纵屏幕仿真画面中的物体利用传感脚垫进入屏幕仿真环境场景之中利用传感帽定位多人进入屏幕仿真画面等也有人将加入可穿戴传感器屏幕仿真技术称之为沉浸式虚拟仿真技术按照职业教育实践性教学一般规律运用数据手套实现操作屏幕画面技术具有较大的应用空间例如利用数据手套并在屏幕仿真画面中的目标物体上加入某种属性据此所创作的屏幕仿真实训教学课件在职业教育实践性教学中会发挥重要作用四加入专用传感器屏幕仿真技术加入专用传感器屏幕仿真技术我们通常又把它叫做有实物介入式屏幕仿真技术这项技术可以划归到技术范畴加入专用传感器屏幕仿真技术与加入可穿戴传感器屏幕仿真技术的重要区别是一个加入了可穿戴传感器一个加入了专用传感器一技术性特征加入专用传感器屏幕仿真技术与加入可穿戴传感器屏幕仿真技术的技术性特征基本相同不作详述二应用性特征加入专用传感器屏幕仿真技术应用性特征可以归纳以下各方面引入实际操作对象操作者通过对实际操作对象的操纵实现对屏幕画面内仿真物体的操作实际操作对象可以是真实实物也可以是模拟实物当采用模拟实物时其动作力度姿态速度等要尽可能靠近真实实物操作在引入实际操作时同时引入模拟操作环境以增加操作的真实感三类别性特征为简化分析以专用传感器为题目进行类别性特征分析单一部件实物支持下的加入专用传感器屏幕仿真系统所谓单一部件实物是指方向盘操纵杆按钮等等由单一部件实物组成的加入专用传感器屏幕仿真技术系统比较简单且往往可以适用于运动性质相同的单一部件屏幕仿真课件起到以一当十的效果因此普遍受到应用者欢迎组合部件实物支持下的加入专用传感器屏幕仿真系统所谓组合部件实物是指由个或个以上单一部件实物根据真实操作系统的设计要求规范布局形成的一组部件实物当这组部件实物与真实操作实物数量一致且一一对应时这组组合部件实物可称为全部件实物由组合部件实物支持的加入专用传感器屏幕仿真系统系统相对复杂一些但因感觉逼真效果凸显常常被用于关键能力核心能力实际操作训练前的虚拟仿真导训中例如将汽车的方向盘脚油门脚刹车换挡器部件实物作为专用传感器形成加入专用传感器屏幕仿真系统即属于全部件实物系统应该注意单一部件实物组合部件实物全部件实物均是提取了某种核心操作部件实物即便是全部件实物仍然没有将其全部有关操作实物提取出来当需要全部提取时必须进行仿真操作必要性系统设计复杂性论证后方可实施系统部件实物支持下的加入专用传感器屏幕仿真系统系统部件实物与组合部件实物全部件实物的最大区别是前者强调的是加入部件的系统性后二者强调的是加入部件的作用性功能性这在职业教育实训教学中是经常发生的现象无模拟现实环境支持的加入专用传感器屏幕仿真系统所谓无模拟现实环境支持既是不强调或不可能强调现实环境对加入专用传感器屏幕仿真系统的教学效果影响有模拟现实环境支持的加入专用传感器屏幕仿真系统所谓有模拟现实环境支持既是强调现实环境对加入专用传感器屏幕仿真系统的教学效果影响五加入专用传感器并阻断操作者视力虚拟现实技术一技术性特征加入专用传感器并阻断操作者视力虚拟现实技术与加入专用传感器屏幕仿真技术比较其技术性特征有以下个专用传感器区别加入专用传感器屏幕仿真技术中所提到的专用传感器其实物载体最小为部件而加入专用传感器并阻断操作者视力虚拟现实技术中所提到的专用传感器的实物载体一般最大是部件多数专用传感器的实物载体是小型工具游戏玩具阻断操作者视力区别加入专用传感器屏幕仿真技术是通过计算机屏幕投影屏幕开放式获得虚拟仿真画面而加入专用传感器并阻断操作者视力虚拟现实技术却是通过阻断操作者视力使操作者的视觉完全置于虚拟场景之中操作者与虚拟仿真场景融入性区别加入专用传感器屏幕仿真技术操作者与虚拟仿真场景实现的是控制性融入模式此时屏幕仿真场景中的人物动物及其他内容物的设计倾向于被操作被激活状态而加入专用传感器并阻断操作者视力虚拟现实技术更注重场景中的人物动物及其他内容物与操作者展开自然互动状态操作者以第一人称身份利用手中工具进入虚拟场景并与虚拟场景中的人物动物景物等产生强烈互动这一点为职业教育设计虚拟职场体验式教学模式提供了技术支持二应用性特征加入专用传感器并阻断操作者视力虚拟现实技术除了与加入专用传感器屏幕仿真技术具有相同应用性特征外对比分析还具有以下个独立应用性特征形成情节化虚拟仿真实训教学课件我们知道职业教育教学的重点内容是实践性教学而实践性教学最好的教学方法是老师带领学生真正走进工作职场工作岗位在全环境下进行学习或者说在真实的职场中岗位上获得学习但在现实中因为种种原因这种全环境学习环境是难以提供给学生的情节化虚拟仿真实训教学课件可以一举破解这一难题配合数据手套形成万能实训工作台许多岗位能力训练是在工作台面上进行的配合数据手套加入专用传感器并阻断操作者视力的虚拟现实技术完全可以创建出万能实训台学生戴上可视眼镜数据手套在机的支持下实施多种多样的虚拟实训实施真实操作前的验证性虚拟操作几乎所有虚拟仿真课件都可以设计成实施真实操作前的验证性虚拟操作功能但验证精度准确性虚拟的逼真性却各不相同加入专用传感器并阻断操作者视力的虚拟现实技术可以设计成与现实状况完全一致的验证精度与操作的准确性并大幅度提高虚拟场景的逼真性这项技术为职业教育实操实训前的虚拟仿真导训提供了技术支持三类别性特征加入专用传感器并阻断操作者视力的虚拟现实技术与加入专用传感器屏幕仿真技术在类别性特征方面主要有点区别单人进入式情节化虚拟仿真课件由于排除了视觉干扰加入专用传感器并阻断操作者视力的虚拟现实技术完全可以实现单人进入式情节化虚拟仿真课件功能顾名思义这种课件首先是情节化其次是单人进入单人进入式情节化虚拟仿真课件破解了职业教育虚拟实习教学难题是服务职业教育实践性教学最有发展潜力的一种虚拟现实技术多人进入式情节化虚拟仿真课件在单人进入式情节化虚拟仿真课件基础上设计成多人进入通道既可以实现多人进入式情节化虚拟仿真课件按照岗位操作需求将每一个通道设计成不同操作者角色大家在虚拟场景下各自按照岗位操作规范实施联合操作顺序操作逻辑化操作情节化技能测试考核体验包我们知道技能测试技能考核技能操作体验是职业教育实践性教学不可或缺的三个关键环节由于加入专用传感器并阻断操作者视力的虚拟现实技术可以创设身临其境的虚拟效果同时又可轻松加入虚拟操作情节所以完全可以设计成情节化技能测试考核体验包六实时加入真实视频画面虚拟现实技术通常我们又把它叫做增强现实技术或现实画面与仿真画面混合式仿真技术即技术一技术性特征实时加入真实视频画面虚拟现实技术的技术性特征有以下个方面不阻断操作者视力这项技术不需要操作者戴头套戴眼镜在自然环境下观看现实画面与虚拟画面的融合画面实施画面融合以屏幕仿真技术为基础支撑加入现实视频画面通过某种软件技术实现虚拟画面与现实视频画面融合操作者利用自身视频图像控制虚拟画面操作者通过操作现实空间中某种具有标记物体并利用实时视频画面对虚拟画面内的物体实施操作达到增强现实的效果实现随机操作操作者可以随机改变操作路径方法手段已形成即时随机示教操作效果二应用性特征实时加入真实视频画面虚拟现实技术的主要应用性特征有以下个方面用于教师利用虚拟仿真画面实时操作视频进行实时随机示范性操作并以合成视频形式实施教学展示用于实践性教学中适合于学生桌面操作的虚拟操作训练用于在虚拟目标物支持下的立体化形象化虚拟化阅读学习用于将学习内容在视频拍摄技术支持下进行可视化形象化互动式链接自助式操作形成虚拟仿真与现实操作高度融合完美叠加的教学视频画面三类别性特征实时加入真实视频画面虚拟现实技术的类别性特征有以下个助教用实时加入真实视频画面虚拟现实技术该项技术所支持的目标物是教师的教学示范教学展示视频助学用实时加入真实视频画面虚拟现实技术该项技术所支持的目标物是学生自主操作自主学习自主训练无属性实时加入真实视频画面虚拟现实技术这里提到的属性与前述属性概念一致所谓无属性是指虚拟仿真画面中的目标物未设计任何属性有属性实时加入真实视频画面虚拟现实技术所谓有属性是指虚拟仿真画面中的目标物设计了必要的属性可检测操作路径的实时加入真实视频画面虚拟现实技术记录真实视频画面与虚拟仿真画面所合成画面操作轨迹分析判断操作者操作的熟练度与正确性通过分析我们确定技术在职业教育教学中的应用需求是刚性的所发挥的作用是革命性的随着职业院校信息化水平的不断提升广大教师信息化教学意识信息化教学能力的不断提升在职业教育实施现代化建设教育教学改革的历史进程中技术乃至技术必将发挥不可替代的重要作用