教育部高等教育司在2023年工作要点中提到:深化实验教学改革,加快“虚仿2.0”建设,加强国家级实验教学示范中心、虚拟仿真实验教学中心建设指导,探索推进未来学习中心试点,利用新一代信息技术,打造支撑学习方式变革的新型基层学习组织。
而在去年,工业和信息化部、教育部、文化和旅游部、国家广播电视总局、国家体育总局等五部门还联合印发了《虚拟现实与行业应用融合发展行动计划(2022—2026年)》(以下简称“行动计划”)。行动计划中提出,到2026年,推进“虚拟仿真实验教学2.0”,支持中小学校、高等教育、职业学校建设一批虚拟现实课堂、教研室、实验室与虚拟仿真实训基地,支持高等院校加强虚拟现实相关学科专业建设,推动教学模式向自主体验升级,打造支持自主探究、协作学习的沉浸式新课堂。
这意味着,国家重视并大力推进学校虚拟仿真教学。
虚拟仿真实验教学是指将3D、虚拟仿真、VR/AR等新一代信息技术融入学校的实验教学中,为学生创造一个虚拟的学习实验环境,让学生能够在虚拟中进行互动、实践和探索,从而深入了解课程内容。通过将抽象的物理、生物、化学等课本上的知识概念可视化、沉浸化、趣味化,让学生能够身临其境理解课本知识,学习方式更加趣味、高效、安全性高。
相较于传统的课堂教学方式而言,利用了3D、VR、虚拟仿真等技术及设备的虚拟仿真实验教学2.0课堂具有打破时空限制,实验教学活动更加灵活自由;教学成本降低,教学质量提升;安全便捷,给予学生更多实操机会;沉浸式互动,激发学生创新思维等优势。
当前,虚拟仿真实验教学在各个学科领域中都有广泛的应用,如物理、化学、医学、历史等,正成为教育创新的新思路。
依托在3D数字化技术领域的深耕及软硬件一体化的全链条式布局,国内全栈式3D数字化解决方案提供商积木易搭为各院校提供虚拟仿真实验室建设解决方案。结合学校学科特点和教学规划,以学科培养目标为导向,积木易搭为学校定制不同专业的虚拟仿真实验室建设方案,将具备高沉浸感、深度交互的虚拟现实硬件系统与软件系统相结合,为学校搭建可实操、可体验、可观测的开放式虚拟仿真实验室。
1.高精度3D建模,教学实验场景、教学素材1: 1真实还原
得益于3D扫描建模技术的快速发展,现实世界中越来越多的实物能够通过扫描建模的方式存在于虚拟世界中,被人们所感知。同样,在课堂内,教学素材的3D模型也越来越多地应用于学校的虚拟仿真教学体系中,以进行教学模式创新,提升教学效果。
积木易搭自主研发的数据生产体系,能够提供标准化的3D扫描建模整体解决方案。针对学校的实验器材及材料等单体物品,积木易搭采用高精度扫描设备 (最高精度可达0.01mm)实现1: 1还原设备;针对教学实验场景、场地等,可以利用测量测绘、遥感航拍等方式进行三维建模。
(生物课堂上的人体器官3D建模)
无论是大型实验场景、场地还是中小型实验设备、材料等,积木易搭均可实现高精度、高保真、高还原、高速率的扫描建模效果,满足学校虚拟仿真实验教学的多专业、多场景的教学需求。
2.虚拟仿真教学课件制作,课堂教学3D可视化、沉浸式、可交互,趣味性强
虚拟仿真课堂的打造,自然离不开虚拟仿真课件的制作。除了教学器材、教学素材等的3D建模之外,积木易搭还为各大院校提供虚拟仿真教学课件制作技术支持。
虚拟仿真教学课件制作遵循学科教学目标及知识点逻辑,融合文字、图片、音频、视频动画、3D等教学素材等,实现基于WebGL的轻量化、3D可视化、沉浸式、可交互、趣味性强的虚拟仿真课堂教学。积木易搭已逐步形成了一套完善的虚拟仿真教学课件开发标准,保证课件的功能性、兼容性、易用性以及美感等。积木易搭打造的虚拟仿真教学课件支持多终端交互应用,方便教师利用VR、AR、全息投影等多种设备辅助教学。
(结合AR技术,学生可以在课堂上查看3D版的人体器官)
同时,积木易搭为各院校搭建课件共享平台,促进优质课件资源流通,完善学校VR教学产业链。
3.虚拟仿真实验/实训室搭建,助力教师完成沉浸式实验/实训教学活动
在学校虚拟仿真实验室建设方面,积木易搭将3D数字化、虚拟现实、人工智能等新一代信息技术与学校的各学科的专业性与教学目标深度结合,搭建虚拟仿真实验室,将教学素材的3D模型、虚拟课件等融入其中,并提供配套的VR/AR等终端显示设备安装方案,为学校搭建沉浸式、可交互的虚拟仿真实验室或课堂,如虚拟生化实验室、虚拟物理实验室等。
(学校的虚拟仿真实训室)
利用虚拟仿真课堂或实验室,老师能够带领学生完成在现实世界无法完成的各种实验/实训教学活动,如细胞实验、动物实验、航空航天实验等。而通过VR/AR设备,学生能够对实验活动或课程学习对象有真实的感受体验过程,从而理解知识点。在虚拟仿真实验/实训课堂上,这种身临其境感所带来感官上的冲击,不是二维平面图文或是一个知识视频可以比拟的。
比如,积木易搭利用3D数字化技术为某职业院校搭建地铁站运行监控虚拟仿真系统,通过建立地铁站台三维模型,模拟地铁站台实际运行工作状态。戴上VR环境,学员能够学习地铁站台各设备的运营及日常维护知识。学生通过操作高度仿真的实训实操设备,进行实验实训,能够快速掌握地铁专业知识和技能,为后期工作上岗打下扎实的基础。
(积木易搭为学校打造的地铁站运行监控虚拟仿真系统)
积木易搭打造的学校虚拟仿真实验室支持实时交互渲染,支持云渲染、端渲染、云端协同渲染,满足不同层级用户、多种渲染场景的渲染需求。
当前,学校通过搭建虚拟仿真实验室来提升教学质量的方式已经在国内外获得广泛认可。在国外,类似斯坦福大学、加州大学伯克利分校等顶尖院校都已搭建虚拟仿真实验室,进行教学活动。虚拟仿真实验教学方式在提升学校实验教学质量和水平等方面有着重要作用。
未来,虚拟仿真技术在常态化教学中的应用将会越来越流行。积木易搭也将利用3D数字化技术,为各大院校打造虚拟仿真教学课堂/实验室,助力各大院校课堂教学向互动、探究、开放、创新的教学方向转变,推动“虚拟仿真实验教学2.0”建设。
