基于沉浸式VR的多学科多方协同共建机制研究

第35卷第5期2019年5月赤峰学院学报（自然科学版）JournalofChifengUniversity（NaturalScienceEdition）Vol.35No.5May2019基于沉浸式VR的多学科多方协同共建机制研究董全德袁吴文平袁宋启祥渊宿州学院信息工程学院袁安徽宿州234000冤摘要院AI尧大数据尧VR等新兴技术进入高等教育领域袁正在以它独有的方式改变着我们的传统学科教学模式.本文分析了现在已有的学科培育模式袁并在此基础上提出以多学科交叉的视野来促进教学袁并结合高校尧企业尧政府多方的协同共建来促进学科发展袁通过沉浸式VR平台按照学生学习的差异化来进行智能化推荐袁在教育资源和学生个体化效率之间达到最优化.最后袁通过对计算机多学科交叉的案例分析来对这种共建机制进行评价袁并分析了这种共建机制的发展趋势和意义.关键词院沉浸式曰VR曰协同交叉曰多学科曰多方共建中图分类号：G6420问题提出文献标识码：A文章编号：1673-260X（2019）05-0151-04为核心袁以企业需求为向导袁多学科进行辐射袁在高校尧企业尧政府多方协同作用下袁以AI尧VR和大数据技术为平台袁形成一个良性的学科生态系统袁以学促教袁以教引学.1多学科多方协同共建机制研究宿州学院作为地方应用型本科高校袁在此大背景下袁应该抓住机遇去探索地方应用型本科高校发展的新道路袁为高校发展注入新的活力袁突破以往传统高校教育以高校为主体尧学生为从体的主从教育模式袁应该构建以高校尧企业尧地方政府尧教师尧学生多方协同对等的教育模式袁形成多学科的工程人宿州地区的发展凸显本科高校的人才储备能力.才培养模式[3]袁强化人才的创新应用能力的培养袁为多方协同共建机制的目标是共建野培养地方应用型高校人才袁孵化创新创业基地袁科技成果转化企业效益冶这样的一个生态学院体系袁形成地方应用型本科高校发展的创新创业链和产业效益链.1.1之前我们的多媒体教学环境下人与计算机之共建基础与意义7日在CIIE的谷歌展台上袁以手势就可以在屏幕示袁AI技术的发展将可能会带来我们生活方方面2018年可以说是人工智能爆发的一年袁11月上唤出惟妙惟肖的十二生肖袁这给了我们一个启面的改变袁包括我们的传统教育[1].随着AI尧VR以及大数据等这些新兴技术的渗透袁将在一定程度上改变着我们教与学之间的关系袁我们需要的教育应该是一个良性循环的生态系统袁我们应该站在更高的维度上袁以多学科的视野去迎接下一轮教育变革的高潮.现在已有的教育模式的弊端已日趋凸显院第一袁学生存在个体差异袁满堂灌的教学模式效率低下曰其次袁教师需要重复大量枯燥的劳动袁没有时间去进行教学的改进曰第三袁教师与学生之间缺少互索新型教育的道路上不断前进.FllipingClass鄄动袁不能及时进行反馈和改进[2].高等教育者也在摸Room尧SPOC尧智慧课堂尧MOOC等教学模式的提出在各大高校得到了广泛应用袁也在一定程度上改善参与课堂互动的时间增多袁讲授者也能够得到教学的及时反馈.但是在AI时代袁作为地方应用型院校袁我们需要培养的人才应该是一个综合性的学科人才袁而不是局限于某一个专业袁应该以一个专业收稿日期院2019-01-11了讲授者与学习者之间教与学的生态系统袁学习者间的交互只能通过键盘尧鼠标等设备袁计算机与人之间的互动教学是一个二维平面的互动袁从交互设备到虚拟环境袁AI等技术的飞速发展正在构造一个三维的具有一定程度的视觉尧听觉和嗅觉等五官感知能力的教学环境[4].沉浸式VR的三个特征分基金项目院新工科研究与实践项目渊2017xgkxm49冤曰2017年第二批教育部高教司产学合作协同育人项目渊201702030098冤曰安徽省2016年度省级卓越人才教育培养计划项目渊2016zjjh064冤-151-别是院Immersion渊沉浸冤,Interaction渊交互冤,Imagina鄄tion渊构想冤袁如图1所示.讲授者与学习者之间通过个体的主观能动性.这种VR平台进行友好地交互袁充分发挥了学习者1.2.1图1沉浸式VR的3I按照生态学的理论袁在高校这个大环境下袁每构建多学科新兴产业人才培育基地图2多学科多方协同共建机制个学科都有自己一定的位置和优势所在袁内部优势有学科自身的优势尧团队合作袁外部优势有平台资源尧政策支持尧企业需求等.且每个多学科的生态位随影响因子呈现正向变化袁可表示为院其中Ni代表单个影响因子的生态位值袁而xiNi=f(xi)从线上人与机之间的交互演变为人的五官感知教学环境袁沉浸式VR的优势在于构造一个友好交互的教学环境袁借助相应的VR设备让学生进入高度仿真的环境袁这对于计算机专业的学生在项目式学习和引导式任务学习中具有极大的帮助.在VR课堂中袁教师可通过小组任务的发布提高学生参与的积极性袁还可以通过发布一个项目让每个学生都参与到项目的完成中.在这个沉浸式学习过程中袁无论参与度是多少袁在整个项目的完成中担任了怎样的角色袁都对整个项目的完成有着反馈作用和修正作用袁相对于传统的MOOC线上交互学习袁大大地提升了学习的效果.基于沉浸式VR平台尧大数据尧AI等新兴技术的支持袁可构建高校尧企业尧地方政府地方高校教育新模式袁在校企合作项目的基础上袁充分发挥双方的资源优势袁共享资源.高校可充分发挥学科优势和人才资源袁联合企业的平台资源袁互通有无袁互利互惠袁在实现自身价值的前提下能够将利益最大化.融入地方企业袁激发高校发展新活力.1.2多方协同共建是将各种资源进行整合袁创新高多学科多方协同共建机制架构代表生态位影响因子袁在多学科交叉融合的发展中袁我们要综合考虑师资尧设备建设尧平台资源等多种因子袁综合考虑多个学科之间的融合袁达到一个均衡发展.综合以上分析袁衡量多学科所构成的多学科的生态位的具体指标可分为野态冶和野势冶方面来进行阐述.多学科团队尧多学科资源尧多学科人才培育称之为野态冶袁野态冶具有一定的稳定性[6].项目经费尧论文数量尧学术交流称之为野势冶袁野势冶具有相对变化性.野态冶与野势冶的有机融合可体现多学科的生态位大小袁可用以下公式来进行计算院Mij=移Niji=1nn通过理论分析在学科培育目标上强调多学科交叉的知识体系结构袁并且建立相应的培育基地袁通过新兴产业的项目驱动为载体袁在讲授内容和讲授方法上进行摸索和改进.1.2.2构建产教研多学科实训中心校尧企业和地方政府协同育人新模式袁结合当前新的经济形势和企业需求袁以人工智能尧大数据和VR为平台袁多方主体参与和产教研相互融合的协同共建机制[5]袁共建机制如图2所示.组成AI创新实训中心多学科交叉实训中心主要由AI创新实训中心尧VR创新创业实训中心和大数据以及云计算实表1多学科交叉实训中心目标AI创新实训中心将打造一个以智能机器人为教育平台袁以智能家居为中心袁充分发挥学生的自主创新能力和思维发散能力袁以新兴企业的需求为培育目标袁满足高校尧企业尧政府多方协同育人的目标和原则.和教师在这个仿真教学环境中通过任务发布尧项目驱动的方式增加每一个学生参与的积极性.VR创新创业结合计算机学科和其他多学科的优势互补袁结合VR技术来打造一个虚拟现实的沉浸式教育环境袁让学生实训中心采用新型云架构模式搭建云计算中心袁实训中心目前包括服务器尧存储设备尧安全设备等主要底层搭建设大数据及云计备.目前学院共配备有60余台云终端袁并且可根据需要对虚拟终端的数量进行软扩展.其次袁虚拟云桌面相算实训中心对于传统的PC架构袁数据较集中袁安全性高袁便于管理袁在对学生进行授课和项目实训的过程中发挥了极大的作用遥通过将教学资源库与云计算平台进行有机融合袁便于学院开展各种教学活动.-152-训中心组成袁如表1所示.1.2.3业产业基地构建enterpriseeducation机制袁孵化创新创院信息工程学院在这种需求背景下袁探索学科教育新模式袁推出了计算机类学科和电子信息工程学科尧机械工程学科和材料学科多学科交叉的多方协同共建机制[7]袁如图3所示.近几年通过政府支持尧校企合作袁依托企业丰富的产业资源和真实的企业项目袁培养高级工程师来培养适应未来经济发展的多学科创新人才.大学生创新创业对于国家和民族的发展至关重要.目前我国在校大学生达到4000多万袁各大高校也都在推行和鼓励在校大学生创新创业袁但根据数据显示袁大学生创新创业的失败率高达百分之六十.对于大学生创业失败的原因袁究其根本有以下几个方面院缺乏引导尧盲目跟风尧自身素质等.鉴于此袁高校在鼓励学生创新创业的同时袁应该联合地方政府尧企业多方力量袁以学生的兴趣为引导袁搭建产业化创新创业平台环境袁鼓励学生进行协同创作袁并且建立相应的创新创业保障机制袁探索出一条适合地方应用型本科高校的双创之路.1.2.4我国高校作为人才聚集地袁拥有着科技创新的科技成果转化资源袁但是就目前的情况来说袁我国高校的科技成果转化率较低袁并没有发挥出高校在科技创新这方面的优势.制约因素主要有以下几个方面院研究成果与市场的需求不符袁由于科技成果转化涉及多方利益袁利益分配不合理也会造成科技成果转化不成功.借鉴美国在这方面的经验袁应充分发挥地方政府在这方面的宏观调控袁提升企业和高校在科技成果产业化的积极性袁从而带动地方经济的发展.其次袁对于高校本身来说袁应建立健全转化激励体系袁制定合理的激励措施袁例如职位晋升和奖励资金等袁确保利益分配过程中的公平性和透明性.高校若想真正地将科研成果产业化袁必须加强与企业的合作袁使企业在项目选题尧科研研发尧产品测试的过程中发挥一定的作用袁对研究成果提供一定的资金支持和方向引导袁避免不必要的资源浪费袁并对产品进行推广袁达到互利互赢.2研究案例与分析在新兴产业渊人工智能尧大数据尧VR冤对教育领域的冲击下袁地方高校传统的人才培养机制与现有的产业需求存在多种不适袁在两者的相互磨合下袁很多地方高校推出了政府尧企业尧高校多方协同培育多学科交叉综合性创新人才的共建机制.宿州学表2阶段阶段1院技能储备阶段阶段2院仿真实训阶段阶段3院岗位实训阶段阶段4院就业实习阶段图3多学科交叉协同育人机制2.1多方协同育人需要建立一定的组织机构才可多方协同育人人才培养机制要产业学院以实现袁宿州学院信息工程学院在分析了地方经济和新兴产业的形势下袁建立了一种全新的校企共建的产业学院管理模式.产业学院设院长一名袁下设副院长两名袁一名是来自企业的副院长袁一名是来自学院的副院长袁主要负责对多方资源进行协调袁构建校方企业共建互赢的长效机制袁实现校企生态化发展袁为地方区域经济转型培养创新型人才.图4产业学院培养机制产业学院培养的四个阶段目标此阶段的培养目标是将所学的理论知识动态化袁掌握在项目开发中的常用知识点的熟练应用此阶段用案例驱动学习袁使学生具备一定的工程思想此阶段利用小微项目增强学生的动手实践能力此阶段针对性较强袁培养学生成为企业需求的人才-153-产业学院引入OBE和CDIO人才培养机制袁通过野项目+案例冶袁野实习+实训冶的方式实现产教相互融合.产业学院将人才培养机制分为四个阶段[8]如表袁2.22和图4所示.根据实习实训教学基地建立及小学期实训措施OBE和CDIO人才培养机制袁设立实习和实训两种课程结构袁小学期实训一般安排在每学期期末进行袁由企业高级工程师和校内老师共同来指导完成袁如表3所示.目的是使学生能够掌握一个项目的任务分解并巩固课堂上所学的理论知识袁提升专业技能袁会用工程思想去分析问题和解决问题.表3多方协同共建实践课程体系结构学年实践课程第4年毕业设计毕业实习第3年方向课程综合实训6S6小学期实训方向课程综合实训5S5小学期实训第2年方向课程综合实训4S4小学期实训方向课程综合实训3S3小学期实训第1年方向课程综合实训2S2小学期实训方向课程综合实训1S1小学期实训学院每学期会根据专业方向依据多学科交叉的特点从企业选取一些有项目经验的老师和校内有相关教学经验的老师共同指导整个实训过程袁下面以2018年6月份小学期物联网工程专业实训为表4多方协同融合培养物联网工程专业小学期课程实训设计项目名称ZigBee智慧农业项目实训模式以完成项目为目的袁做中学袁学中做袁边做边学构思寅设计寅实现寅运行渊CDIO冤袁让学生以主实训程序动的尧实践的尧课程之间有机联系的方式学习和获取工程能力第一阶段院环境搭建第二阶段院创建Android+图形界面空白窗口第三阶段院认识IAR袁在IAR环境下编写C程序课程安排第四阶段院掌握嵌入式端与cc2530模块的串口通信及通信协议第五阶段院掌握将数据与Android+界面结合袁实现界面显示传感器数据第六阶段院项目测试涉及知识嵌入式系统尧ZigBee协议栈尧串口通信尧An鄄droid尧大数据尧人工智能等-154-例4所示袁多方协同融合培养的课程设计和体系结构如表将物联网与人工智能和大数据等相结合设计.的一个小学期课程实训融合了多个学科的知识袁拓宽了学生学习的知识面袁不再局限于某一个学科袁对于学生的创新性有益袁符合综合性创新人才的培养机制.每学期实习实训结束后会对参与实习实训的学生进行在线问卷调查袁从362名学生的问卷调查结果来分析袁70%的学生认为实训难度尚可袁62%以上的学生认为实训获得了团队合作和分析问题的能力袁95%的学生对实训课程和老师较为满意.3结语作为多学科交叉融合专业袁物联网+人工智能+机械工程+材料学依托多方协同共建的产业学院焕发出了新的活力袁同时引进了AI尧VR等新兴前沿技术渗透进传统教育袁引导学生在此过程中不断创新袁接下来会在产业学院的建设中不断总结和改进要要要.参考文献要要要要要要要院要要要要要要要要要也1页管连,梁建花.新工科背景下校企协同育人模式探索及实践[J].计算机教育,2018渊11冤院100-103.也2页王国杰,张飞.新工科背景下地方本科高校建设产业学院探索:以福建江夏学院装配式建筑产业学院为例[J].福建江夏学院学报,2017(6):109-115.也3页钟登华.新工科建设的内涵与行动[J].高等工程教育研究,2017(3):1-6.也4页范立南,李佳洋.新工科视域下多方协同产业学院的共建共管机制研究[J].教育现代化,2018渊01冤院129-131+143.也5页周开发,曾玉珍.新工科的核心能力与教学模式探索[J].重庆高教研究,2017,5(03):22-35.也6页胡波,冯辉,韩伟力,徐雷.加快新工科建设,推进工程教育改革创新要要要野综合性高校工程教育发展战略研讨会冶综述[J].复旦教育论,2017,15(02):20-27+2.也7页吴爱华,侯永峰,杨秋波,郝杰.加快发展和建设新工科主动适应和引领新经济[J].高等工程教育研究,2017(01):1-9.也8页杨琴.地方本科院校校企协同发展研究[J].教育现代化袁2017,4渊35冤院80-81.