數(shù)字孿生在教育中的應(yīng)用精選(九篇)

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第1篇：數(shù)字孿生在教育中的應(yīng)用范文

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)；沉浸式教學(xué)；藝術(shù)設(shè)計(jì)類專業(yè)；高職院校

高等職業(yè)教育人才培養(yǎng)目標(biāo)是適應(yīng)行業(yè)、企業(yè)發(fā)展的高端技術(shù)技能型人才，實(shí)踐能力的培養(yǎng)是關(guān)鍵。不同專業(yè)在教學(xué)過程中，通過采用合適的教學(xué)方法與手段，能夠有效提升教學(xué)效果，促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)、能力的掌握。高職藝術(shù)設(shè)計(jì)類專業(yè)培養(yǎng)的學(xué)生除具備基本的設(shè)計(jì)能力外，對(duì)學(xué)生的藝術(shù)素養(yǎng)、創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新能力也有較高要求。但是從實(shí)際情況來(lái)看，受一些主、客觀因素的影響，專業(yè)人才培養(yǎng)還難以滿足市場(chǎng)需求，專業(yè)教學(xué)依然存在大量亟待解決的問題。

一、高職藝術(shù)設(shè)計(jì)類專業(yè)教學(xué)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(shù)設(shè)計(jì)類專業(yè)建設(shè)發(fā)展，相關(guān)專業(yè)在教學(xué)中逐漸呈現(xiàn)出諸多問題。第一，生源水平參差不齊。誰(shuí)都喜歡優(yōu)質(zhì)的種子選手，但藝術(shù)和非藝術(shù)生源的不同類型客觀存在，無(wú)疑對(duì)專業(yè)教師提出了越來(lái)越高的要求;第二，企業(yè)找不到崗位需要的人才。時(shí)空限制，在執(zhí)行專業(yè)課程教學(xué)過程中，缺乏與職業(yè)崗位的有效銜接，學(xué)生專業(yè)實(shí)踐能力不強(qiáng);第三，學(xué)生找不到合適的崗位。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中因?yàn)槿狈Ρ匾乃囆g(shù)修養(yǎng)，學(xué)習(xí)一些課程也比較吃力，而具有先進(jìn)教學(xué)理念的教師在教學(xué)過程中教學(xué)手段、教學(xué)方法的靈活運(yùn)用，直接影響教學(xué)效果以及學(xué)生認(rèn)知能力、就業(yè)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

（二）沉浸式教學(xué)新方法

沉浸式教學(xué)最早由加拿大學(xué)者在十九世紀(jì)六十年代提出，是一種針對(duì)第二語(yǔ)言學(xué)習(xí)的教學(xué)模式。在教學(xué)過程中，通過使用目的語(yǔ)言進(jìn)行教學(xué)的全封閉式語(yǔ)言教學(xué)模式，從而達(dá)到快速有效的語(yǔ)言學(xué)習(xí)。沉浸式教學(xué)最早引入國(guó)內(nèi)主要應(yīng)用在語(yǔ)言類課程教學(xué)中，隨著信息技術(shù)發(fā)展，逐步應(yīng)用到一些其它專業(yè)教學(xué)中[1]。VR（VirtualReality，虛擬現(xiàn)實(shí)，簡(jiǎn)稱VR）沉浸式教學(xué)是在沉浸式教學(xué)基礎(chǔ)上，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與沉浸體驗(yàn)式教學(xué)相融合，實(shí)現(xiàn)一種獨(dú)立實(shí)驗(yàn)、多人協(xié)作、實(shí)時(shí)互動(dòng)、遠(yuǎn)程指導(dǎo)，讓參與者完全置身于虛擬世界之中的教學(xué)方式，拉進(jìn)供需矛盾和距離，讓學(xué)生提前掌握真實(shí)崗位職責(zé)要求[2]。隨著社會(huì)高科技發(fā)展與進(jìn)步，可以把VR沉浸式教學(xué)方式引入到日常教學(xué)管理，使得一些抽象的課程內(nèi)容能夠以一種更直觀、方便、及時(shí)的方式來(lái)完成教與學(xué)，可以大大減少非藝術(shù)類學(xué)生在專業(yè)學(xué)習(xí)過程中的與藝術(shù)類學(xué)生之間的差距。通過新一代信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用，VR沉浸式教學(xué)將教學(xué)內(nèi)容場(chǎng)景化，設(shè)計(jì)作品三維立體化，為學(xué)生提供沉浸式、實(shí)踐式、交互式的虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)和實(shí)訓(xùn)虛實(shí)結(jié)合環(huán)境，學(xué)生綜合認(rèn)知得到最大限度的激發(fā)，綜合能力得到最大限度的拓展，這種教學(xué)方式的優(yōu)勢(shì)也逐步得到驗(yàn)證，為廣大教學(xué)工作者所喜歡和采用[3]。

二、VR沉浸式教學(xué)在高職藝術(shù)設(shè)計(jì)類專業(yè)教學(xué)中的實(shí)踐探索

作為教學(xué)工作者，如何教會(huì)學(xué)生將抽象的思維呈現(xiàn)在設(shè)計(jì)圖紙上，如何提升學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力是藝術(shù)類專業(yè)教學(xué)難點(diǎn)。高職平面設(shè)計(jì)、環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)、建設(shè)裝飾設(shè)計(jì)等藝術(shù)類專業(yè)人才培養(yǎng)有個(gè)共同目標(biāo)是提升學(xué)生的綜合技能，基本能力目標(biāo)是要在一定條件下能獨(dú)立完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)，從需求分析到方案設(shè)計(jì)完成，設(shè)計(jì)者不僅僅是在設(shè)計(jì)圖紙上將效果呈現(xiàn)出來(lái)，更重要的是設(shè)計(jì)作品能夠在實(shí)踐中應(yīng)用。針對(duì)具體的課程，借助VR沉浸式教學(xué)系統(tǒng)，開發(fā)出滿足教學(xué)需要的資源庫(kù)，教師在教學(xué)過程通過合理引導(dǎo)，學(xué)生在VR虛擬場(chǎng)景中，仿真完成抽象知識(shí)的學(xué)習(xí)，在虛擬場(chǎng)景中模擬設(shè)計(jì)全過程中，在熟練掌握設(shè)計(jì)流程的前提下，在實(shí)訓(xùn)室提供的設(shè)備完成產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制作，從而增強(qiáng)學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)流程的掌握，提高教學(xué)效率，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，變難為易，提升教學(xué)效果[4]。場(chǎng)景的建設(shè)。在具體實(shí)施VR沉浸式教學(xué)過程中，核心關(guān)鍵是場(chǎng)景的構(gòu)建。場(chǎng)景構(gòu)建除了環(huán)境的虛擬化之外，還有就是實(shí)踐教學(xué)過程中設(shè)計(jì)流程的構(gòu)建。流程的構(gòu)建需要課程講授教師事前完成設(shè)計(jì)流程的構(gòu)建，提供豐富的設(shè)計(jì)素材供學(xué)生使用[5]。只有將產(chǎn)品設(shè)計(jì)融入真實(shí)的場(chǎng)景過程中，學(xué)習(xí)者才能更加真實(shí)地體驗(yàn)與感受到氛圍的重要性。場(chǎng)景的構(gòu)建應(yīng)該以真實(shí)的工作流程為依據(jù)，將設(shè)計(jì)流程移植到VR交互式系統(tǒng)中，將流程的每一步驟通過虛擬技術(shù)進(jìn)行重構(gòu)，讓真實(shí)的場(chǎng)景在交互系統(tǒng)中重現(xiàn)，保障學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中能夠體驗(yàn)到最真實(shí)的工作流程與工作場(chǎng)景。信息化技術(shù)的運(yùn)用。隨著5G通信技術(shù)的大量運(yùn)用，人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新一代信息技術(shù)應(yīng)用日益廣泛，在交互式系統(tǒng)中，通過信息技術(shù)的運(yùn)用，能夠進(jìn)一步增強(qiáng)系統(tǒng)的交互性、可用性，同時(shí)借助這些信息技術(shù)，能夠幫助教師、學(xué)生更好地完成專業(yè)知識(shí)與技能的提升[6]。有效運(yùn)用信息技術(shù)，可以將教學(xué)知識(shí)點(diǎn)更好融入交互式系統(tǒng)，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)可以清楚看到學(xué)生學(xué)習(xí)狀況，學(xué)生也能夠及時(shí)掌握自己的不足，從而實(shí)時(shí)查漏補(bǔ)缺，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)改進(jìn)，教學(xué)效果與學(xué)習(xí)效率得到有效提升。具體到高職藝術(shù)設(shè)計(jì)類專業(yè)，充分利用VR沉浸式教學(xué)，將會(huì)為教學(xué)帶來(lái)極大的便利。以下通過VR沉浸式教學(xué)在包裝設(shè)計(jì)課程教學(xué)中的應(yīng)用為例，詳細(xì)介紹具體的操作流程。

（一）VR沉浸式教學(xué)環(huán)境的搭建

隨著人工智能、虛擬仿真等信息技術(shù)的不斷發(fā)展完善，5G通訊技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用，VR教學(xué)與5G通信技術(shù)深度關(guān)聯(lián)，讓虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)更廣泛、有效地應(yīng)用到教學(xué)之中。搭建VR沉浸式教學(xué)環(huán)境，首先：需要一套基于VR的互動(dòng)設(shè)備，目前國(guó)內(nèi)能夠提供這樣設(shè)備的廠商逐漸增多起來(lái)。其次，需要支持網(wǎng)絡(luò)的教學(xué)系統(tǒng)，系統(tǒng)中提供教學(xué)需要的素材，這些素材可以自己開發(fā)設(shè)計(jì)，也可以委托設(shè)備提供商與學(xué)校共同開發(fā)。素材的多少與質(zhì)量高低將直接影響VR沉浸式教學(xué)的效果，也與學(xué)生最終能力掌握息息相關(guān)。

（二）VR沉浸式教學(xué)在包裝設(shè)計(jì)課程教學(xué)中的實(shí)施

以前傳統(tǒng)教學(xué)過程中，使用六步教學(xué)法完成一個(gè)案例的包裝設(shè)計(jì)，第一，根據(jù)包裝要求提出設(shè)計(jì)草案；第二，設(shè)計(jì)平面結(jié)構(gòu)展開圖，標(biāo)示出各部分精確的尺寸；第三，根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)完成包裝的平面視覺效果圖設(shè)計(jì)；第四，根據(jù)透視關(guān)系、空間結(jié)構(gòu)生成包裝的立體多維效果圖設(shè)計(jì)；第五，調(diào)整平面效果和尺寸，完成包裝打樣，手工檢驗(yàn)和溝通后，確定最終設(shè)計(jì)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(jìn)行模切成型，完成包裝成品的最終效果方案，正式上市。執(zhí)行過程中發(fā)現(xiàn)這種基于工作過程的教學(xué)實(shí)踐缺點(diǎn)：學(xué)生要在規(guī)定時(shí)間內(nèi)獨(dú)立完整完成一項(xiàng)設(shè)計(jì)，所涵蓋的知識(shí)點(diǎn)較多、技能關(guān)鍵環(huán)節(jié)較多、包裝結(jié)構(gòu)復(fù)雜、包裝材料、尺寸、公差、經(jīng)驗(yàn)等設(shè)計(jì)理念和特色難以充分展現(xiàn)，很容易讓人覺得麻煩、困難、不易堅(jiān)持。例如：學(xué)生在設(shè)計(jì)平面圖時(shí)往往很難把控期望值，設(shè)計(jì)過程中任何錯(cuò)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(shè)計(jì)前期，學(xué)生在樣品出來(lái)之前無(wú)法直觀看到最終設(shè)計(jì)效果，只能在實(shí)踐時(shí)通過實(shí)物裁剪拼接完成三維立體成型。（1）設(shè)計(jì)是否正確、是否滿足包裝主客觀要求，需要等實(shí)物成型后才知道，況且一旦設(shè)計(jì)有誤，直接后果可能就是重新設(shè)計(jì)，但教學(xué)課時(shí)已無(wú)法滿足；（2）前面成型的包裝及設(shè)計(jì)過程中材料等資源將會(huì)直接浪費(fèi)掉，讓人產(chǎn)生挫敗感，這種挫敗感會(huì)直接影響教學(xué)效果；（3）由于非藝術(shù)生基礎(chǔ)上的缺失，特別是不利于非藝術(shù)類學(xué)生的學(xué)習(xí)，會(huì)影響學(xué)生實(shí)踐操作的成功率，失敗多次后會(huì)影響學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與學(xué)習(xí)積極性。采用VR沉浸式教學(xué)，學(xué)生可以在虛擬系統(tǒng)中進(jìn)行包裝設(shè)計(jì)與成型，整體教學(xué)過程交互性、直觀性更強(qiáng)。以設(shè)計(jì)茶葉外包裝盒為例，學(xué)生同樣需要在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成茶葉盒的外包裝設(shè)計(jì)，借助虛擬教學(xué)系統(tǒng)，學(xué)生完成二維平面圖設(shè)計(jì)后，可以在虛擬的材料上按圖進(jìn)行“裁剪”，發(fā)現(xiàn)不恰當(dāng)?shù)牡胤娇梢赃m時(shí)進(jìn)行修改、調(diào)整，直至達(dá)到包裝要求，“模切”完成后可以進(jìn)行“拼接”成型，如果在拼接成型的過程中發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)上的誤差，可以重新恢復(fù)原裝，及時(shí)進(jìn)行修改，再次裁剪拼接，直到完成包裝設(shè)計(jì)要求，呈現(xiàn)最終的三維立體包裝盒，整個(gè)過程簡(jiǎn)單、方便、直觀、可控，借助虛擬技術(shù)，學(xué)生能夠快速走進(jìn)設(shè)計(jì)崗位中，可以達(dá)到從任意角度、視角來(lái)感受設(shè)計(jì)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(xué)生從二維到三維空間的轉(zhuǎn)換，讓空間感、立體感、色彩感不強(qiáng)的學(xué)生能夠快速達(dá)成自己的設(shè)計(jì)要求，同樣是學(xué)生在額定條件下完成一項(xiàng)茶葉包裝設(shè)計(jì)實(shí)踐，能夠有效培養(yǎng)學(xué)生的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制作能力，綜合思維能力、整體協(xié)調(diào)能力也充分得到鍛煉，同時(shí)讓人能及時(shí)獲得小小成就感和愉悅感，從而大大地提升了教學(xué)效果。

三、VR沉浸式教學(xué)反思

通過VR沉浸式教學(xué)在包裝設(shè)計(jì)課程中的運(yùn)用，有效提升了學(xué)生的設(shè)計(jì)效率，使得包裝設(shè)計(jì)成功率得以大大提高。VR沉浸式教學(xué)有效解決了藝術(shù)設(shè)計(jì)類專業(yè)教學(xué)過程中抽象性設(shè)計(jì)問題，使得教學(xué)過程更直觀、交互性更強(qiáng)。同時(shí)，通過VR沉浸式教學(xué)系統(tǒng)的運(yùn)用，讓專業(yè)教學(xué)更加方便、快捷，尤其對(duì)非藝術(shù)類專業(yè)學(xué)生的能力提升幫助顯著。但是從實(shí)踐過程中也發(fā)現(xiàn)，VR沉浸式教學(xué)系統(tǒng)中素材的開發(fā)尤其重要，課程素材的制作質(zhì)量、數(shù)量將直接影響教學(xué)效果。這需要教師在素材制作方面加強(qiáng)與企業(yè)協(xié)作，共同開發(fā)出更多更優(yōu)質(zhì)的素材庫(kù)，從而增強(qiáng)VR沉浸式教學(xué)的效果[7]。VR沉浸式教學(xué)系統(tǒng)的開發(fā)要更加貼近工程實(shí)際，除了滿足真實(shí)場(chǎng)境的虛擬外，更應(yīng)該在系統(tǒng)的可用性、仿真性等方面下工夫，讓系統(tǒng)不僅能夠模擬出真實(shí)的工程設(shè)計(jì)場(chǎng)景，還能夠?yàn)榻處熍c學(xué)生搭建一個(gè)良好教與學(xué)的溝通平臺(tái)，讓教學(xué)過程與工程實(shí)踐流程合二為一，提升教學(xué)效果，幫助學(xué)生更快捷掌握專業(yè)知識(shí)與專業(yè)技能。VR沉浸式教學(xué)系統(tǒng)僅僅是一種輔助教學(xué)與學(xué)習(xí)工具，不能指望一切都由這個(gè)系統(tǒng)去完成。在教學(xué)與學(xué)習(xí)過程中，合理利用它才能達(dá)到事半功倍的效果。教學(xué)相長(zhǎng)才能夠?qū)崿F(xiàn)專業(yè)學(xué)習(xí)的長(zhǎng)足進(jìn)步。

四、結(jié)語(yǔ)

借助新一代信息技術(shù)的發(fā)展，VR數(shù)字孿生云服務(wù)已經(jīng)在房產(chǎn)、家裝、酒店、民宿、文旅教育等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用,聚多功能于一體的VR數(shù)字藝術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建,為藝術(shù)設(shè)計(jì)專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課、綜合實(shí)踐等課程教學(xué)提供全新的教學(xué)方法與參考,大大縮短職業(yè)院校與企業(yè)間在藝術(shù)設(shè)計(jì)技能人才需求的鴻溝。將沉浸式教學(xué)引入藝術(shù)設(shè)計(jì)類專業(yè)教學(xué)中，不僅僅解決了專業(yè)教學(xué)過程中的一些難點(diǎn)痛點(diǎn)問題，也為藝術(shù)設(shè)計(jì)類專業(yè)教學(xué)探索出一種新的教學(xué)方法，讓非藝術(shù)設(shè)計(jì)類學(xué)生能夠在VR沉浸式教學(xué)過程中更直觀、形象學(xué)習(xí)技能，提升綜合素養(yǎng)。

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