體驗(yàn)者頭戴VR(虛擬現(xiàn)實(shí))眼鏡,身穿動(dòng)作捕捉設(shè)備,就可以十分真切地體驗(yàn)到腳手架倒塌、高層建筑失火、鋼筋滑落等施工時(shí)的危險(xiǎn)場(chǎng)景,并及時(shí)采取相應(yīng)的處理措施。這是4月27日在安徽合肥舉行的虛擬仿真技術(shù)與教學(xué)資源建設(shè)論壇現(xiàn)場(chǎng),來(lái)自北京睿格致科技有限公司的渠道經(jīng)理田源正在向一名體驗(yàn)者演示一套工程事故處理的虛擬仿真系統(tǒng)。
“在現(xiàn)實(shí)中,肯定不能讓建筑專業(yè)的學(xué)生去現(xiàn)場(chǎng)體驗(yàn)這些危險(xiǎn)�！碧镌聪蛴浾呓榻B說(shuō),“但是通過(guò)沉浸式的虛擬仿真系統(tǒng),就可以讓學(xué)生很直觀地認(rèn)識(shí)現(xiàn)實(shí)中的危險(xiǎn)�！�
虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)論壇的高教儀器展現(xiàn)場(chǎng),一名觀眾正在體驗(yàn)VR(虛擬現(xiàn)實(shí))沉浸式建筑施工現(xiàn)場(chǎng)
在日常生產(chǎn)中,諸如建筑工地鋼筋滑落、森林火災(zāi)、化工廠爆炸等事故和危險(xiǎn)并不罕見。但長(zhǎng)期以來(lái),相關(guān)專業(yè)學(xué)生對(duì)這些事故和危險(xiǎn)的認(rèn)知,大多停留在書本上和前輩的描述中。雖然在專業(yè)學(xué)習(xí)時(shí),學(xué)生們已經(jīng)了解甚至熟習(xí)了事故的處理流程,但由于缺乏實(shí)際經(jīng)驗(yàn),能否做到臨危不懼,仍是一個(gè)極大的考驗(yàn)。
現(xiàn)在,高�？梢园堰@些危險(xiǎn)和事故“搬進(jìn)”實(shí)驗(yàn)室了——通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù),構(gòu)建起極具現(xiàn)實(shí)感的虛擬場(chǎng)景,使學(xué)生能夠在安全狀況下了解危險(xiǎn),體驗(yàn)危險(xiǎn),處理危險(xiǎn)。
讓學(xué)生安全地體驗(yàn)危險(xiǎn)
2016年,虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)無(wú)疑是一個(gè)熱詞。而虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)——在VR基礎(chǔ)上添加仿真技術(shù),并結(jié)合專業(yè)理論——?jiǎng)t有了更進(jìn)一步的實(shí)踐領(lǐng)域。教育部有關(guān)文件表明,虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)依托虛擬現(xiàn)實(shí)、多媒體、人機(jī)交互、數(shù)據(jù)庫(kù)和網(wǎng)絡(luò)通訊等技術(shù),構(gòu)建高度仿真的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)對(duì)象,能夠?qū)崿F(xiàn)真實(shí)實(shí)驗(yàn)不具備或難以完成的教學(xué)功能。學(xué)生在虛擬環(huán)境中開展實(shí)驗(yàn),達(dá)到教學(xué)大綱所要求的教學(xué)目的。
在教育部高教司等教育主管部門的規(guī)劃支持下,在高等學(xué)校國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心聯(lián)席會(huì)(簡(jiǎn)稱聯(lián)席會(huì))的協(xié)調(diào)推進(jìn)下,我國(guó)高等學(xué)校的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)建設(shè)初有成效。三年來(lái),全國(guó)高校已經(jīng)建立了300個(gè)國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心,覆蓋了27個(gè)省份,204所高校,涵蓋40多個(gè)學(xué)科類別。
避免危險(xiǎn),或者安全地做現(xiàn)實(shí)中很危險(xiǎn)的實(shí)驗(yàn),是虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中最直接的價(jià)值體現(xiàn)。
除了安全事故外,有一些實(shí)驗(yàn)本身就具有較強(qiáng)的危險(xiǎn)性。聯(lián)席會(huì)秘書長(zhǎng)、北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授許崇任向記者介紹說(shuō):在生物學(xué)研究領(lǐng)域,經(jīng)常需要在生物體內(nèi)對(duì)某些物質(zhì)進(jìn)行同位素標(biāo)記,以研究這些物質(zhì)在代謝過(guò)程中的途徑和運(yùn)動(dòng)規(guī)律。但是,同位素是有危害的,對(duì)環(huán)境是有污染的,因此過(guò)去很多學(xué)校都避免同位素的實(shí)驗(yàn)。而虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)可以規(guī)避這種危險(xiǎn)。
放棄具有一定危險(xiǎn)性和破壞性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,不僅影響學(xué)生學(xué)習(xí)和吸收理論知識(shí),也嚴(yán)重影響對(duì)其專業(yè)實(shí)踐能力和實(shí)用技能的培養(yǎng)。所以利用虛擬仿真技術(shù),讓學(xué)生安全地做曾經(jīng)很危險(xiǎn)的實(shí)驗(yàn),對(duì)高校實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)的價(jià)值不言而喻。
把工廠、醫(yī)院和企業(yè)“搬到”課堂
節(jié)省實(shí)驗(yàn)成本、提高培養(yǎng)效率、增加學(xué)生實(shí)操經(jīng)驗(yàn),也是虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)之一。
北京歐倍爾軟件技術(shù)開發(fā)有限公司山東分公司負(fù)責(zé)人樊友峰,向記者介紹了一個(gè)食品工程的例子。“食品工程專業(yè)的學(xué)生需要到企業(yè)進(jìn)行實(shí)習(xí),然而在現(xiàn)實(shí)中,由于食品生產(chǎn)線制造、保養(yǎng)和維護(hù)成本十分昂貴,企業(yè)一般不會(huì)讓實(shí)習(xí)學(xué)生在生產(chǎn)線上直接操作�！狈逊逭f(shuō),“三維工廠虛擬仿真則為高校提供了一條新思路。比如,奶粉生產(chǎn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室可以逼真地模擬奶粉加工生產(chǎn)工藝的開車、停車、正常運(yùn)行和各種事故狀態(tài)。這種現(xiàn)代化的虛擬仿真培訓(xùn),無(wú)需投料,沒(méi)有危險(xiǎn)性,節(jié)省了大量費(fèi)用,也提高了培訓(xùn)效率。真正做到了把‘工廠’搬到學(xué)校,實(shí)現(xiàn)了教學(xué)與就業(yè)的零距離。其價(jià)值,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出學(xué)生到工廠觀摩�！�
在醫(yī)學(xué)專業(yè)教育領(lǐng)域,虛擬仿真實(shí)驗(yàn)也能為學(xué)生積累醫(yī)療經(jīng)驗(yàn)助力。趙章紅是河南恒茂創(chuàng)遠(yuǎn)科技股份有限公司的負(fù)責(zé)人。他向《新華每日電訊》記者介紹說(shuō),培養(yǎng)一名合格的醫(yī)學(xué)畢業(yè)生,進(jìn)而培養(yǎng)成合格的醫(yī)生,需要長(zhǎng)期規(guī)范化的培訓(xùn)和經(jīng)驗(yàn)積累。在臨床實(shí)習(xí)過(guò)程中,“準(zhǔn)醫(yī)生”們很難掌握足夠多的病例和經(jīng)驗(yàn)。如果在實(shí)驗(yàn)教學(xué)階段就引入相關(guān)的虛擬仿真系統(tǒng),分類別地讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn),反復(fù)模擬,對(duì)學(xué)生醫(yī)療經(jīng)驗(yàn)的初期儲(chǔ)備和增長(zhǎng)大有益處。
虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)在課堂教學(xué)中也有應(yīng)用價(jià)值。山東建筑大學(xué)的陳清奎教授就向《新華每日電訊》記者在手機(jī)上演示了一門機(jī)械課程的3D教學(xué)。使用者在手機(jī)上安裝與這門課程匹配的APP后,用手機(jī)攝像頭掃描教材上的機(jī)械零件圖片,就可以在手機(jī)上觀看3D版本的零件圖片,并可以對(duì)零件進(jìn)行拆分和組裝。
作為“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代的一項(xiàng)風(fēng)靡的技術(shù),虛擬仿真實(shí)驗(yàn),對(duì)于年輕學(xué)生是有天然吸引力的�！艾F(xiàn)在的學(xué)生很適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)的東西,把實(shí)驗(yàn)教學(xué)基礎(chǔ)的內(nèi)容通過(guò)‘互聯(lián)網(wǎng)化’的方式讓學(xué)生學(xué)習(xí),能夠保持學(xué)生對(duì)專業(yè)學(xué)習(xí)的持久興趣�！甭�(lián)席會(huì)工作委員會(huì)主任、北京大學(xué)實(shí)驗(yàn)室與設(shè)備管理部部長(zhǎng)張新祥向《新華每日電訊》記者說(shuō),“我們要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí),讓學(xué)生了解為什么當(dāng)初的科學(xué)家能夠想到各種創(chuàng)新的理論和技術(shù)。這個(gè)創(chuàng)新思維過(guò)程,在實(shí)驗(yàn)室和實(shí)踐過(guò)程中更容易也是更應(yīng)該培養(yǎng)的。而虛擬仿真實(shí)驗(yàn),就是在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)基礎(chǔ)上搭建了一個(gè)新的平臺(tái),應(yīng)該是大有可為的�！�
做虛擬仿真實(shí)驗(yàn),只是理工科的事情。
真的嗎?
北京潤(rùn)尼爾網(wǎng)絡(luò)科技有限公司的營(yíng)銷副總羅浩剛向《新華每日電訊》記者介紹說(shuō),在傳統(tǒng)教育理念里,與理工科相比,文科是不需要做實(shí)驗(yàn)的,何況是虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。但是,如果梳理一下一些文科專業(yè)中的知識(shí)架構(gòu)和實(shí)驗(yàn)體系,我們可以發(fā)現(xiàn),文科不僅可以做虛擬仿真實(shí)驗(yàn),而且很有趣。
潤(rùn)尼爾公司去年協(xié)助建設(shè)了北京大學(xué)考古虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心。羅浩剛說(shuō),田野考古是考古專業(yè)的必修課,最好的實(shí)驗(yàn)基地就是考古現(xiàn)場(chǎng)。但是,我國(guó)現(xiàn)在考古基地的數(shù)量難以滿足需求。再比如,修復(fù)珍貴文物時(shí),全國(guó)就幾位老專家能夠接觸實(shí)物,別說(shuō)考古專業(yè)的學(xué)生了,連考古系教師都很難有機(jī)會(huì)。這些在考古傳統(tǒng)教學(xué)領(lǐng)域難以實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容,現(xiàn)在都可以通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)。
除了考古,法學(xué)類、金融類、經(jīng)濟(jì)管理類和物流類等文科專業(yè)也可以采用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)。
高開東是新道科技股份有限公司的一名院校業(yè)務(wù)顧問(wèn)。他向記者介紹了一套商業(yè)環(huán)境虛擬仿真系統(tǒng)�！霸谶@套系統(tǒng)里,我們根據(jù)經(jīng)管類、會(huì)計(jì)類等專業(yè)的學(xué)科要求,虛擬仿真了真實(shí)公司的實(shí)際運(yùn)作,為學(xué)生設(shè)計(jì)了經(jīng)理、會(huì)計(jì)等角色。學(xué)生既可以了解每個(gè)角色的實(shí)際工作,也可以應(yīng)用課本理論教學(xué)內(nèi)容�！�
校企對(duì)接怎樣才能不脫節(jié)
虛擬仿真實(shí)驗(yàn)作為真實(shí)實(shí)驗(yàn)的有益補(bǔ)充,越來(lái)越得到認(rèn)可。但目前看來(lái),“作為技術(shù)提供商的企業(yè),與作為資源提供者的高校之間,在對(duì)接上還存在一些問(wèn)題�！睆埿孪檎f(shuō)。
從一項(xiàng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)源頭來(lái)看,高校教師應(yīng)該處于主導(dǎo)地位�！案鱾�(gè)知識(shí)點(diǎn)怎樣去講、用什么樣的資源去講、什么樣的方式去講,高校教師是最有發(fā)言權(quán)的。因此,在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、制作和應(yīng)用中,他們才是導(dǎo)演、編劇和制片。”陳清奎向記者說(shuō)。
但高校教師在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)建設(shè)中仍有缺位。在陳清奎看來(lái),原因是多方面的。首先,虛擬仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)于教師來(lái)講也是一個(gè)全新的東西,需要花時(shí)間適應(yīng)。而且,虛擬仿真實(shí)驗(yàn)涉及虛擬現(xiàn)實(shí)、交互、編程、建模、動(dòng)畫等內(nèi)容,不可能指望一個(gè)教師能掌握如此多的知識(shí)。此外,很多教師把時(shí)間和精力放在評(píng)職稱和發(fā)論文上,而對(duì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展關(guān)注較少,不了解企業(yè)能夠提供什么東西。
從企業(yè)角度看,目前還多只是提供技術(shù),尚未深入到各學(xué)科理論知識(shí)體系和實(shí)驗(yàn)架構(gòu)內(nèi)部。“某個(gè)學(xué)科的實(shí)驗(yàn)需求可能是小眾的,企業(yè)可能看不到,或者看到了理解不了。”張新祥說(shuō),“這也是聯(lián)席會(huì)組織虛擬仿真技術(shù)與教學(xué)資源建設(shè)論壇的原因,就是希望為雙方搭建一個(gè)合作平臺(tái)�！�
除了校企對(duì)接不暢外,在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟硬件市場(chǎng)中,也出現(xiàn)了一些亂象。由于相關(guān)企業(yè)多是各自為戰(zhàn),有時(shí)候,很多企業(yè)都在做同一個(gè)虛擬仿真系統(tǒng),既造成資源浪費(fèi)和重復(fù),企業(yè)之間也很容易陷入惡性競(jìng)爭(zhēng)。同時(shí)還擔(dān)任濟(jì)南科明數(shù)碼技術(shù)股份有限公司的主要負(fù)責(zé)人的陳清奎教授,就向記者舉了一個(gè)例子�！耙�旅游景點(diǎn)的導(dǎo)游仿真教學(xué)系統(tǒng)為例。通過(guò)這個(gè)系統(tǒng),學(xué)導(dǎo)游的學(xué)生可以直觀認(rèn)識(shí)全國(guó)幾百個(gè)景點(diǎn)。但是,有的企業(yè)在研發(fā)和銷售過(guò)程中,卻惡性競(jìng)爭(zhēng),大打價(jià)格戰(zhàn),技術(shù)又粗糙。這樣,很容易把這個(gè)新興產(chǎn)業(yè)弄濫弄砸,需要相關(guān)部門做好引導(dǎo)�！�
教學(xué)要“虛實(shí)結(jié)合,能實(shí)不虛”
學(xué)者普遍認(rèn)為,虛擬仿真實(shí)驗(yàn)盡管有很多優(yōu)點(diǎn),但也只能處于補(bǔ)充和輔助教學(xué)的地位。來(lái)自中國(guó)石油大學(xué)的幾位學(xué)者在一篇文章中指出,“如果完全用仿真實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行教學(xué),會(huì)弱化學(xué)生對(duì)儀器設(shè)備的真實(shí)感受,不利于學(xué)生對(duì)基本實(shí)驗(yàn)操作技能的學(xué)習(xí)和掌握�！�
因此,很多高校教師向記者表示,應(yīng)該根據(jù)不同學(xué)科的特點(diǎn),決定虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的采用力度。“學(xué)農(nóng)科的學(xué)生,怎么能不下地呢?這雖然是一句玩笑話,但也說(shuō)明,在農(nóng)業(yè)學(xué)科領(lǐng)域,很多真實(shí)實(shí)驗(yàn)是不能用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)代替的�！鄙綎|農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的李濱教授說(shuō)。
此外,當(dāng)前也出現(xiàn)了個(gè)別高校“為評(píng)而評(píng)”的現(xiàn)象。如果某高校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心獲評(píng)為國(guó)家級(jí),就可能獲得更多的課題經(jīng)費(fèi)、知名度等收益。因此,很多學(xué)校都在努力申報(bào)。但申報(bào)成功后,一些虛擬中心卻陷入了“僵尸”狀態(tài)——實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所關(guān)閉,實(shí)驗(yàn)設(shè)備閑置,達(dá)不到應(yīng)有的效果。
事實(shí)上,教育主管部門在推動(dòng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)之初,就已經(jīng)明確了一系列的準(zhǔn)入門檻和指導(dǎo)原則,制定了包含近30項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心遴選要求,基本涵蓋了可能遇到的問(wèn)題。教育部要求,虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)應(yīng)充分體現(xiàn)“虛實(shí)結(jié)合、相互補(bǔ)充、能實(shí)不虛”的原則——即虛擬仿真實(shí)驗(yàn)和真實(shí)實(shí)驗(yàn)要有機(jī)結(jié)合,能夠做真實(shí)實(shí)驗(yàn)的就不采用虛擬仿真。這個(gè)原則所表明的,正是“要避免一窩蜂地脫離真實(shí)實(shí)驗(yàn)�！痹S崇任說(shuō)。
