數字孿生在教育中的應用精選(九篇)

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第1篇：數字孿生在教育中的應用范文

關鍵詞：虛擬現實；沉浸式教學；藝術設計類專業；高職院校

高等職業教育人才培養目標是適應行業、企業發展的高端技術技能型人才，實踐能力的培養是關鍵。不同專業在教學過程中，通過采用合適的教學方法與手段，能夠有效提升教學效果，促進學生對知識、能力的掌握。高職藝術設計類專業培養的學生除具備基本的設計能力外，對學生的藝術素養、創業創新能力也有較高要求。但是從實際情況來看，受一些主、客觀因素的影響，專業人才培養還難以滿足市場需求，專業教學依然存在大量亟待解決的問題。

一、高職藝術設計類專業教學中存在的問題及解決方法

（一）不可回避的老問題

隨著高職院校藝術設計類專業建設發展，相關專業在教學中逐漸呈現出諸多問題。第一，生源水平參差不齊。誰都喜歡優質的種子選手，但藝術和非藝術生源的不同類型客觀存在，無疑對專業教師提出了越來越高的要求;第二，企業找不到崗位需要的人才。時空限制，在執行專業課程教學過程中，缺乏與職業崗位的有效銜接，學生專業實踐能力不強;第三，學生找不到合適的崗位。學生在學習過程中因為缺乏必要的藝術修養，學習一些課程也比較吃力，而具有先進教學理念的教師在教學過程中教學手段、教學方法的靈活運用，直接影響教學效果以及學生認知能力、就業和創新能力的培養。

（二）沉浸式教學新方法

沉浸式教學最早由加拿大學者在十九世紀六十年代提出，是一種針對第二語言學習的教學模式。在教學過程中，通過使用目的語言進行教學的全封閉式語言教學模式，從而達到快速有效的語言學習。沉浸式教學最早引入國內主要應用在語言類課程教學中，隨著信息技術發展，逐步應用到一些其它專業教學中[1]。VR（VirtualReality，虛擬現實，簡稱VR）沉浸式教學是在沉浸式教學基礎上，將虛擬現實技術與沉浸體驗式教學相融合，實現一種獨立實驗、多人協作、實時互動、遠程指導，讓參與者完全置身于虛擬世界之中的教學方式，拉進供需矛盾和距離，讓學生提前掌握真實崗位職責要求[2]。隨著社會高科技發展與進步，可以把VR沉浸式教學方式引入到日常教學管理，使得一些抽象的課程內容能夠以一種更直觀、方便、及時的方式來完成教與學，可以大大減少非藝術類學生在專業學習過程中的與藝術類學生之間的差距。通過新一代信息技術的廣泛應用，VR沉浸式教學將教學內容場景化，設計作品三維立體化，為學生提供沉浸式、實踐式、交互式的虛擬現實教學和實訓虛實結合環境，學生綜合認知得到最大限度的激發，綜合能力得到最大限度的拓展，這種教學方式的優勢也逐步得到驗證，為廣大教學工作者所喜歡和采用[3]。

二、VR沉浸式教學在高職藝術設計類專業教學中的實踐探索

作為教學工作者，如何教會學生將抽象的思維呈現在設計圖紙上，如何提升學生實踐創新能力是藝術類專業教學難點。高職平面設計、環境藝術設計、建設裝飾設計等藝術類專業人才培養有個共同目標是提升學生的綜合技能，基本能力目標是要在一定條件下能獨立完成項目設計，從需求分析到方案設計完成，設計者不僅僅是在設計圖紙上將效果呈現出來，更重要的是設計作品能夠在實踐中應用。針對具體的課程，借助VR沉浸式教學系統，開發出滿足教學需要的資源庫，教師在教學過程通過合理引導，學生在VR虛擬場景中，仿真完成抽象知識的學習，在虛擬場景中模擬設計全過程中，在熟練掌握設計流程的前提下，在實訓室提供的設備完成產品的設計與制作，從而增強學生對設計流程的掌握，提高教學效率，增強學生學習興趣，變難為易，提升教學效果[4]。場景的建設。在具體實施VR沉浸式教學過程中，核心關鍵是場景的構建。場景構建除了環境的虛擬化之外，還有就是實踐教學過程中設計流程的構建。流程的構建需要課程講授教師事前完成設計流程的構建，提供豐富的設計素材供學生使用[5]。只有將產品設計融入真實的場景過程中，學習者才能更加真實地體驗與感受到氛圍的重要性。場景的構建應該以真實的工作流程為依據，將設計流程移植到VR交互式系統中，將流程的每一步驟通過虛擬技術進行重構，讓真實的場景在交互系統中重現，保障學生在學習過程中能夠體驗到最真實的工作流程與工作場景。信息化技術的運用。隨著5G通信技術的大量運用，人工智能、大數據、云計算等新一代信息技術應用日益廣泛，在交互式系統中，通過信息技術的運用，能夠進一步增強系統的交互性、可用性，同時借助這些信息技術，能夠幫助教師、學生更好地完成專業知識與技能的提升[6]。有效運用信息技術，可以將教學知識點更好融入交互式系統，利用大數據技術可以清楚看到學生學習狀況，學生也能夠及時掌握自己的不足，從而實時查漏補缺，發現問題及時改進，教學效果與學習效率得到有效提升。具體到高職藝術設計類專業，充分利用VR沉浸式教學，將會為教學帶來極大的便利。以下通過VR沉浸式教學在包裝設計課程教學中的應用為例，詳細介紹具體的操作流程。

（一）VR沉浸式教學環境的搭建

隨著人工智能、虛擬仿真等信息技術的不斷發展完善，5G通訊技術得到廣泛的應用，VR教學與5G通信技術深度關聯，讓虛擬現實技術更廣泛、有效地應用到教學之中。搭建VR沉浸式教學環境，首先：需要一套基于VR的互動設備，目前國內能夠提供這樣設備的廠商逐漸增多起來。其次，需要支持網絡的教學系統，系統中提供教學需要的素材，這些素材可以自己開發設計，也可以委托設備提供商與學校共同開發。素材的多少與質量高低將直接影響VR沉浸式教學的效果，也與學生最終能力掌握息息相關。

（二）VR沉浸式教學在包裝設計課程教學中的實施

以前傳統教學過程中，使用六步教學法完成一個案例的包裝設計，第一，根據包裝要求提出設計草案；第二，設計平面結構展開圖，標示出各部分精確的尺寸；第三，根據產品特點完成包裝的平面視覺效果圖設計；第四，根據透視關系、空間結構生成包裝的立體多維效果圖設計；第五，調整平面效果和尺寸，完成包裝打樣，手工檢驗和溝通后，確定最終設計方案；第六，將平面效果圖打印輸出，完成正式打樣，將打印輸出的包裝樣品進行模切成型，完成包裝成品的最終效果方案，正式上市。執行過程中發現這種基于工作過程的教學實踐缺點：學生要在規定時間內獨立完整完成一項設計，所涵蓋的知識點較多、技能關鍵環節較多、包裝結構復雜、包裝材料、尺寸、公差、經驗等設計理念和特色難以充分展現，很容易讓人覺得麻煩、困難、不易堅持。例如：學生在設計平面圖時往往很難把控期望值，設計過程中任何錯誤，或者尺寸上的偏差，將直接影響包裝最后的多維立體效果。然而在設計前期，學生在樣品出來之前無法直觀看到最終設計效果，只能在實踐時通過實物裁剪拼接完成三維立體成型。（1）設計是否正確、是否滿足包裝主客觀要求，需要等實物成型后才知道，況且一旦設計有誤，直接后果可能就是重新設計，但教學課時已無法滿足；（2）前面成型的包裝及設計過程中材料等資源將會直接浪費掉，讓人產生挫敗感，這種挫敗感會直接影響教學效果；（3）由于非藝術生基礎上的缺失，特別是不利于非藝術類學生的學習，會影響學生實踐操作的成功率，失敗多次后會影響學生的學習興趣與學習積極性。采用VR沉浸式教學，學生可以在虛擬系統中進行包裝設計與成型，整體教學過程交互性、直觀性更強。以設計茶葉外包裝盒為例，學生同樣需要在規定時間內完成茶葉盒的外包裝設計，借助虛擬教學系統，學生完成二維平面圖設計后，可以在虛擬的材料上按圖進行“裁剪”，發現不恰當的地方可以適時進行修改、調整，直至達到包裝要求，“模切”完成后可以進行“拼接”成型，如果在拼接成型的過程中發現設計上的誤差，可以重新恢復原裝，及時進行修改，再次裁剪拼接，直到完成包裝設計要求，呈現最終的三維立體包裝盒，整個過程簡單、方便、直觀、可控，借助虛擬技術，學生能夠快速走進設計崗位中，可以達到從任意角度、視角來感受設計的包裝作品，身臨其境感受到茶品包裝作品的尺度、色彩，更方便讓學生從二維到三維空間的轉換，讓空間感、立體感、色彩感不強的學生能夠快速達成自己的設計要求，同樣是學生在額定條件下完成一項茶葉包裝設計實踐，能夠有效培養學生的產品設計與制作能力，綜合思維能力、整體協調能力也充分得到鍛煉，同時讓人能及時獲得小小成就感和愉悅感，從而大大地提升了教學效果。

三、VR沉浸式教學反思

通過VR沉浸式教學在包裝設計課程中的運用，有效提升了學生的設計效率，使得包裝設計成功率得以大大提高。VR沉浸式教學有效解決了藝術設計類專業教學過程中抽象性設計問題，使得教學過程更直觀、交互性更強。同時，通過VR沉浸式教學系統的運用，讓專業教學更加方便、快捷，尤其對非藝術類專業學生的能力提升幫助顯著。但是從實踐過程中也發現，VR沉浸式教學系統中素材的開發尤其重要，課程素材的制作質量、數量將直接影響教學效果。這需要教師在素材制作方面加強與企業協作，共同開發出更多更優質的素材庫，從而增強VR沉浸式教學的效果[7]。VR沉浸式教學系統的開發要更加貼近工程實際，除了滿足真實場境的虛擬外，更應該在系統的可用性、仿真性等方面下工夫，讓系統不僅能夠模擬出真實的工程設計場景，還能夠為教師與學生搭建一個良好教與學的溝通平臺，讓教學過程與工程實踐流程合二為一，提升教學效果，幫助學生更快捷掌握專業知識與專業技能。VR沉浸式教學系統僅僅是一種輔助教學與學習工具，不能指望一切都由這個系統去完成。在教學與學習過程中，合理利用它才能達到事半功倍的效果。教學相長才能夠實現專業學習的長足進步。

四、結語

借助新一代信息技術的發展，VR數字孿生云服務已經在房產、家裝、酒店、民宿、文旅教育等領域廣泛應用,聚多功能于一體的VR數字藝術設計實驗室的構建,為藝術設計專業基礎課、專業課、綜合實踐等課程教學提供全新的教學方法與參考,大大縮短職業院校與企業間在藝術設計技能人才需求的鴻溝。將沉浸式教學引入藝術設計類專業教學中，不僅僅解決了專業教學過程中的一些難點痛點問題，也為藝術設計類專業教學探索出一種新的教學方法，讓非藝術設計類學生能夠在VR沉浸式教學過程中更直觀、形象學習技能，提升綜合素養。

參考文獻：

[1]朱宏煒.沉浸式教學法在環境藝術設計專業的應用研究[J].輕紡工業與技術,2019,48(5):68-70.

[2]江婕,諶童.基于虛擬現實技術的沉浸式教學實踐探索[J].教育信息技術,2020(5):39-42.

[3]孫開來,李霜.沉浸式教學法于高職院校小語種教學中的運用[J].校園英語,2020(33):112-113.

[4]張楠,徐銘徽.沉浸式情景教學研究概述及價值探析[J].作家天地,2020(18):116+118.

[5]劉寧.基于沉浸式教學法的“線上+線下”混合式教學生態環境分析——以大學英語教學為例[J].科教文匯(中旬刊),2021(2):180-181.

[6]薛如冰.沉浸式教學介入高校實驗動畫教學的改革與創新[J].現代職業教育,2021(24):20-21.