在科技飛速發展的當下,虛擬現實(VR)技術已從概念逐漸走向成熟應用,深刻改變著多個行業的發展軌跡。尤其在安全教學領域,沉浸式虛擬現實(IVR)技術憑藉其獨特優勢,成為提升教學效果、培養安全技能的重要手段。
VR 技術起源於美國,1956 年,世界上第一台虛擬現實系統誕生,它能為觀眾提供聽覺、視覺、觸覺和嗅覺的同步刺激。1989 年,「Virtual Reality」 概念的提出,引發了美國 VR 技術研究熱潮,並率先在國防、軍工、航空等多個領域應用。例如,美國相關部門創建 VR 訓練系統用於太空人模擬維護空間站,開啟高級仿真和計算計劃以替代傳統方法。
2018 年,有研究梳理 1997 - 2017 年間 VR 技術在建築工程安全教學領域的文獻發現,VR 技術正從桌面風格向增強沉浸感和交互形式轉變,沉浸式 VR 在提升學生參與度等方面潛力巨大。2022 年的研究表明,在高風險工程行業中,VR 安全教學培訓技術在建築安全領域應用最為廣泛。國外已開發國家在安全教學領域起步早,成果顯著。英國的高校和教育機構開發出火災撤離訓練系統,運用計算機技術對消防場景進行逼真模擬教學,取得良好反饋;美國的企業開發出新型消防教學系統,能為消防員提供多種訓練方案並模擬真實場景。
與國外相比,我國 IVR 技術在安全教學領域起步較晚,但已受到國家重視,相關研究項目被列入規劃綱要和基金項目。上世紀末,我國就提出將 IVR 技術應用於安全教育的構想,並開展研究與實踐。有研究總結出 VR 技術在建築安全教學中的優勢,也指出其處於初級發展階段;還有研究梳理了安全生產培訓中的 VR 技術類型和應用流程,肯定了其未來發展潛力。
《2024-2029年中國虛擬現實行業市場深度研究及發展前景投資可行性分析報告》指出,我國多個高校和團隊積極探索 IVR 技術在安全教學中的應用,如北京工業大學搭建虛擬火災教學系統,長春大學聯合團隊研發校園安全 IVR 教學和考核系統,還有團隊研發出城市軌道交通火災疏散系統。然而,我國安全教學領域的 IVR 技術開發和應用多處於初級階段,受諸多客觀條件制約。
我國 IVR 技術應用於安全教學時間短,行業標準體系不完善,高低端設備體驗差異大。低端產品價格低但舒適度和體驗感差,易引發眩暈;高端產品性能好但價格昂貴,參數配置複雜,購置成本高,學習者體驗受多種因素影響。
在沉浸式虛擬現實教學中,評估學習者學習成效存在困難。傳統考試難以反映學習者在虛擬環境中的真實學習情況,現有評估方法無法全面捕捉學習者表現,學習者的技術熟練程度、個體差異等因素增加了評估主觀性和難度,建立科學客觀的評估體系面臨挑戰。
沉浸式虛擬現實技術在安全教學中的應用受開發人員匱乏限制。該技術開發需要虛擬現實編程、三維建模等高度專業化技能,但具備這些技能的人員較少。而且技術更新快,開發人員需不斷學習,同時還需具備教育領域專業知識,跨學科人才難以尋覓。
加強 IVR 技術行業規範化,制定明確的設備性能要求和用戶體驗指標,促使廠商提升產品性能和用戶體驗。鼓勵科技企業加大研發投入,推動技術創新,降低生產成本,提高設備流暢度和體驗度,讓更多學校和機構能使用高性能設備。建立用戶反饋機制,根據學習者建議改進產品設計。
引入多元化評估方法,結合虛擬現實技術,採用實際操作、模擬場景演練等方式,全面評估學生技能和知識掌握程度。利用眼動追蹤設備、生理信號採集等先進技術,收集學習者數據,為教學效果提供客觀依據。推動學術界與產業界合作,制定統一的評估標準和方法。
學校和行業加大對沉浸式虛擬現實技術的培訓教育投入,提供系統化課程,培養專業技能人才。建立跨學科合作機制,讓教育專家和技術開發人員緊密合作,將虛擬現實技術與教學需求結合。推動產學研合作,政府提供支持,促進技術研發成果轉化。
未來 IVR 系統將更加智能化,基於人工智慧技術,通過大數據分析和機器學習算法,了解學習者習慣、弱點和需求,生成個性化學習內容,提供精準輔導和反饋,實時監測學習進度,提升學習積極性。
高性能頭顯設備將提供更高解析度和更廣視野,增強學習真實感和沉浸感,提升學習者對安全場景的感知度。IVR 設備的輕量化和舒適度提升,能讓學習者長時間保持學習狀態,提高學習效果和質量。
跨學科整合將安全教育與科學、技術、工程和數學等領域結合,使學生深入了解安全問題本質和實踐,培養創新思維和解決問題能力。例如在火災防控學習中,學生能接觸多領域知識,讓學習更全面、具實踐性。
虛擬現實技術在安全教學領域優勢顯著,雖面臨用戶體驗、評估困難、人才匱乏等挑戰,但通過不斷的技術改進、策略優化和跨學科合作,其發展前景十分廣闊。未來,隨著智能化教學系統的普及、硬體設備性能的升級以及跨學科整合的深入,IVR 技術將為安全教學帶來更多可能,為學生提供更豐富、真實的學習體驗,在安全教學領域發揮更大的作用。
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