虚拟现实技术在开放教育学生实践课程学习中的应用研究

摘要：随着开放教育的不断发展，实践类课程逐渐丰富和完善，但也面临着诸多挑战，亟须新的变革方向。基于此，文章探讨了在开放教育学生实践课程学习中引入虚拟现实技术的可行性，并提出了一种基于虚拟现实技术的实践课程学习模式。通过构建和应用虚拟实践学习环境，满足学生的实践操作需求，增强学习体验感。同时，通过虚拟设备的实践数据收集，完善学生学习评价体系，从而提高实践课程的学习质量。

关键词：虚拟现实技术；开放教育；实践课程；学习模式；应用研究

中图分类号：G424 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2025）02-0091-03 开放科学（资源服务） 标识码（OSID） ：

0 引言

开放教育是一种面向教育对象、教育理念和教育资源全面开放的终身教育模式。国家开放大学在教育部领导下统筹全国开放教育体系建设，以现代信息技术为支撑，面向全民提供终身教育及服务，推动“人人皆学、处处能学、时时可学”[1]。开放大学机构遍布全国各省、市、县，截至2024年8月，在籍学生达456.7 万人，共开设专业181个，课程总数达到1.8万门[2]。

我国自20世纪80年代起开始对虚拟现实技术进行研究，并在研发与应用过程中逐步取得了一定成效。在教育行业中，虚拟现实技术也得到了较多应用。例如，浙江大学电气工程学院设计的远程虚拟实验系统能够实现远程实验及设备的共享使用；北京科技大学研发的交互式汽车模拟培训系统投入使用后取得了良好效果[3]；上海开放大学应用MR技术打造沉浸式学习空间，开发了机械装配课程，依托MR混合现实三维数据可视化呈现方式[4]。2019年，中共中央办公厅和国务院办公厅印发《加快推进教育现代化实施方案（2018-2022年） 》，明确提出“开展国家虚拟仿真实验教学项目建设”的要求。2023年，在世界数字教育大会上，教育部部长怀进鹏指出，全国约有55%的职业学校教师开展了混合式教学，并探索运用虚拟仿真技术和资源创设教学场景，以解决实习实训中的难题[5]。在虚拟现实技术的推动下，学校教育逐步呈现线上与线下一体创生、虚拟与现实深度融合的特点[6]。

然而，开放大学的实践课程教学受限于成本、场地等因素，难以满足学生多样化的实践学习需求。虚拟现实技术的出现为解决这一问题提供了新的思路。

1 开放教育学生实践课程学习面临的挑战

随着互联网的飞速发展，国内各大学习平台提供了海量开放共享的学习资源，如国家层面建立的国家教育资源公共服务平台、国家精品在线开放课程等；高校、学术机构推出的清华大学学堂在线、国家开放大学名师经典课等；企业或商业组织推出的中国大学MOOC、网易公开课、智慧树、新浪公开课等。这些资源内容丰富，涵盖广泛，为学习者提供了图文、视频、音频、直播课等多样化的选择，满足了随时随地学习的需求。然而，大多数学习仍然停留在电脑或手机屏幕前，学习方式更多是单向的、被动地接受，深度体验感较弱。在新鲜事物层出不穷的当下，不同学习者的学习需求不断改变和提升，开放教育的学习模式面临着一些新的挑战。

1.1 学生基础素质差异

学生基础素质的差异导致学习效果参差不齐。开放教育以非全日制学生为主，与一般全日制教育不同，其学生来源广泛，涵盖各行各业及不同年龄层，认知基础、接受能力和思维能力存在较大差异。此外，学生需要工学兼顾，学习时间安排也不尽相同。在多重因素的影响下，学生之间的学习效果会出现明显差异。对于学习基础较弱的学生而言，这种差异可能会进一步打击其学习积极性，影响学业的完成进度。

1.2 学校硬件条件限制

学校硬件条件的限制使许多实践类课程难以进行实操练习。根据开放教育各专业的教学计划，实践课程占有一定比例，这需要设备和场地的支持，并且需要投入大量的设备和耗用品。例如，建筑专业需要施工工地、施工设备和建筑耗材；机电专业需要加工车间、加工机床和零件胚料；化工专业需要实验室、化学仪器和化学耗材；农业专业需要试验田、实验种苗和种植耗材等。此外，还需考虑设备器材的损耗、维修和报废等问题，这对资金和场地有限的市县级开放大学来说是一个巨大挑战。在这种情况下，一些实践课程不得不被理论化处理，学生的实践学习效果较差，学习体验感不足。

1.3 学习过程评价不足

学习过程评价不足导致教师难以准确认定学生的知识技能掌握情况。由于客观条件的限制，实践课程被理论化处理，课堂实践内容减少，教师难以收集学生在实践操作方面的信息，形成性评价不足。评价方式往往只能依赖最终的书面实践报告，这使得学生在该课程中的整体评价依据不够全面。这种情况不仅影响了学生课程学习任务的完成效果和学习成绩，还可能对其后续专业学习的态度产生不良影响。

2 虚拟现实技术应用在开放教育学生实践学习中的可行性

在信息化、数字化、智能化快速发展的今天，虚拟现实技术日渐成熟，其沉浸性、交互性和灵活性的特点在教育界得到了广泛应用。在开放教育实践课程学习中应用虚拟现实技术，能够为实践课程学习提供新的学习方式，弥补传统实践课程学习中的不足，增强学生的学习体验感，进一步提升实践课程的学习效果。

2.1 提供良好的互动学习体验

虚拟现实技术的沉浸性可根据教学计划安排，为学生构建接近真实的虚拟学习场景。学生佩戴虚拟现实设备后，可完全沉浸在学习场景中，如虚拟的机械加工车间、建筑工地或化学实验室等，给予学生身临其境的感受。而虚拟现实技术的互动性则允许学生在虚拟场景中与实操设备、操作物料、文字符号以及AI语音等进行实时互动，帮助学生顺利完成学习任务，提升学习成就感和实践参与度。此外，虚拟现实技术的灵活性为个性化学习提供了可能，其在线、实时的功能能够满足学生不同的时间安排，解决集中授课带来的困境。

2.2 解决学校硬件条件难题

虚拟现实技术以其虚拟仿真的特性，可以将实践课程所需的场景、设备和物料“搬进”虚拟空间。各地开放大学不再局限于自身的场地条件，仅需一个虚拟现实设备场地，按需配置VR设备、投影设备和传感设备等，即可建立实践课程的虚拟教室。这种模式不仅大幅减少了各专业实践课程对场地、设备和耗材的投入，有效解决了硬件条件的难题，同时还降低了操作风险和设备损坏风险，为学生提供一个高质量、安全的实践学习环境。

2.3 提供学习过程评价的数据支持

虚拟现实设备能够记录学生在学习操作过程中的行为表现数据。在学生进行交互操作时，虚拟现实设备可以记录每位学生的操作顺序、任务完成进度、每个步骤的操作时长、操作失误情况以及重复操作情况等相关数据，并保存操作过程录像。一方面，这些数据可用于实时交互反馈，提醒学生及时纠正错误操作，帮助其更好地掌握操作步骤和技巧；另一方面，教师可通过汇总生成的学生全过程操作数据及影像记录，对学生的学习任务完成质量和学习态度进行评价，为最终的课程考核提供科学依据。

3 虚拟现实技术在开放教育学生实践学习中的应用实施

虚拟现实技术在开放教育实践课程学习中的应用实施，本文以开放教育专科机电一体化专业金工实习课程为例，探讨虚拟情境实践学习的应用实施流程。该课程的实施根据课程教学计划安排，充分考虑机电专业学生的素质差异和学习需求，构建尽可能完善的学习场景和任务情境。通过教师的细致讲解和演示，鼓励学生积极完成操作练习和学习任务，并通过合理的过程评价机制完成对学生的形成性评价。具体流程图如图1所示。

3.1 课程实践场景构建

根据金工实习课程教学计划，学生需要了解金属主要加工方法的工艺特点、设备及其应用，掌握钳工、车工、铣工、焊工的基本操作技能，并熟悉相关设备及工、夹、刃、量具的使用方法。在虚拟场景构建中，首先需完成车间环境、操作设备、装配加工零件等虚拟物体的建模，零件模型示例如图2所示；其次，考虑到学生素质能力的差异，制作尽可能详细的操作引导提示，帮助学生更容易掌握正确的操作流程；再者，根据课程章节安排，设置阶段性的操作考核任务，例如每个任务要求完成某种形状零件的装配或加工操作，作为课程形成性考核的评分依据；最后，可设置自由练习场，提供多种类的加工零件库供学生选择，让学生能够根据自身需求进行自由练习。

3.2 教师课程知识讲解及实操演示

教师的讲授是课程学习的先导条件，包括理论知识讲解和实操演示两个方面。在理论知识讲解方面，学生需要对相关专业知识有基础的认知，例如金属材料力学、热处理方法、零件生产加工工艺、数控机床操作等知识，以便为后续的实操练习奠定基础。在实践操作演示方面，教师可以在课程虚拟现实场景内进行零件加工操作演示，例如钳工、车工、铣工、焊工及数控机床操作等，并通过现场投屏或远程网络平台视频向学生展示操作流程和要点，使学生对实操内容有初步的认知。此外，对于初次接触虚拟现实设备的学生，教师还需详细讲解虚拟现实设备及系统的操作使用方法。在实践操作前，教师应充分说明设备的使用流程，例如如何正确佩戴设备、如何进入学习场景并选择操作内容、VR界面各功能的讲解以及设备使用的注意事项等，帮助学生快速掌握设备的使用方法。

3.3 学生进行虚拟仿真实操练习和过关

在学生实操阶段，首先，学生可以根据课程每章节设置的阶段性考核任务要求，例如特定零件的装配、车削加工、铣削加工、材料焊接等，进行实操过关练习。在操作过程中，学生可根据虚拟仿真软件的操作提示完成考核任务，虚拟现实系统将根据学生加工零件的完成度、精度等信息对操作进行评分。如果学生对自己的成绩不满意，还可以反复练习以刷新成绩，同时提高操作的精细度和熟练度。

其次，学生可以在自由练习场景中，从零件模型库中选择各类零件进行自主练习，并获得系统的相应评分。通过自由练习，学生能够学会举一反三，更好地适应现实中的各种金工要求，同时增强课程学习的趣味性，让学生在实践中乐于探索。此外，在学生自主学习和练习的过程中，教师应提供现场或线上指导，及时解答学生的问题并帮助解决突发状况。

3.4 数据收集及学习过程评价

在学生实操练习过程中，虚拟现实系统能够实时收集学生操作的各项数据，并进行实时反馈。例如，系统可以记录学生加工零件的尺寸数据、材料焊接的完整度、零件装配的紧密程度等，这些数据均可作为学习任务完成评分的参考依据。为了尽可能细致合理地对学生进行学习过程评分，虚拟系统的评分模块可为每个任务的每道工序设置一定的参考标准值，系统按照评分公式对学生任务完成情况进行评分。此外，系统还可以记录学生任务评分的刷新趋势，以判断学生的学习进步程度，同时统计学生设备使用频率以分析其课程实践参与度。

教师可以结合系统评分、学生学习记录以及学生日常活跃度等主客观因素，对学生的学习过程进行合理评价，并综合学生的书面实践报告，形成完整的课程成绩。

4 结论

本文探讨了虚拟现实技术在开放教育实践课程学习中的可行性，并以具体课程为例，提出了一种基于虚拟现实技术的实践课程学习模式，旨在提升开放教育学生实践课程的学习体验和学习效果。未来，虚拟现实技术与人工智能、大数据、移动互联、物联网等技术的结合，将为开放教育带来智能化、开放共享学习的全新发展机遇。

参考文献：

[1] 教育部. 教育部关于印发《国家开放大学综合改革方案》的通知： 教职成〔2020〕6号[A/OL].（2020-08-31）[2024-08-30].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A07/zcs_zhgg/202009/t20200907_486014.html.

[2] 关欣.虚拟仿真技术在数控铣实训教学中的应用[J].电大理工，2022（4）：33-36.

[3] 王腊梅，肖君.上海开放大学：创建沉浸式学习空间[J].中国教育网络，2021（5）：69-71.

[4] 刘柳，杨兵，刘容，等.虚拟仿真实训系统的深度学习影响因素研究[J].现代教育技术，2024，34（7）：113-122.

[5] 余胜泉，汤筱玙.智能时代的人才培养模式改革与创新[J].开放教育研究，2024，30（3）：45-52.

[6] 张世明，袁玥赟，彭雪峰.我国开放大学开放教育资源可持续发展研究[J].中国电化教育，2020（8）：119-126.

【通联编辑：唐一东】

基金项目：浙江开放大学2022 年高等教育教学改革项目“虚拟现实技术在开放教育学生实践学习中的应用研究”（主持人：卢韬全；项目编号：XJG202240） 的研究成果