在科技飞速发展的当下,虚拟现实(VR)技术已从概念逐渐走向成熟应用,深刻改变着多个行业的发展轨迹。尤其在安全教学领域,沉浸式虚拟现实(IVR)技术凭借其独特优势,成为提升教学效果、培养安全技能的重要手段。
VR 技术起源于美国,1956 年,世界上第一台虚拟现实系统诞生,它能为观众提供听觉、视觉、触觉和嗅觉的同步刺激。1989 年,“Virtual Reality” 概念的提出,引发了美国 VR 技术研究热潮,并率先在国防、军工、航空等多个领域应用。例如,美国相关部门创建 VR 训练系统用于宇航员模拟维护空间站,开启高级仿真和计算计划以替代传统方法。
2018 年,有研究梳理 1997 - 2017 年间 VR 技术在建筑工程安全教学领域的文献发现,VR 技术正从桌面风格向增强沉浸感和交互形式转变,沉浸式 VR 在提升学生参与度等方面潜力巨大。2022 年的研究表明,在高风险工程行业中,VR 安全教学培训技术在建筑安全领域应用最为广泛。国外发达国家在安全教学领域起步早,成果显著。英国的高校和教育机构开发出火灾撤离训练系统,运用计算机技术对消防场景进行逼真模拟教学,取得良好反馈;美国的企业开发出新型消防教学系统,能为消防员提供多种训练方案并模拟真实场景。
与国外相比,我国 IVR 技术在安全教学领域起步较晚,但已受到国家重视,相关研究项目被列入规划纲要和基金项目。上世纪末,我国就提出将 IVR 技术应用于安全教育的构想,并开展研究与实践。有研究总结出 VR 技术在建筑安全教学中的优势,也指出其处于初级发展阶段;还有研究梳理了安全生产培训中的 VR 技术类型和应用流程,肯定了其未来发展潜力。
《2024-2029年中国虚拟现实行业市场深度研究及发展前景投资可行性分析报告》指出,我国多个高校和团队积极探索 IVR 技术在安全教学中的应用,如北京工业大学搭建虚拟火灾教学系统,长春大学联合团队研发校园安全 IVR 教学和考核系统,还有团队研发出城市轨道交通火灾疏散系统。然而,我国安全教学领域的 IVR 技术开发和应用多处于初级阶段,受诸多客观条件制约。
我国 IVR 技术应用于安全教学时间短,行业标准体系不完善,高低端设备体验差异大。低端产品价格低但舒适度和体验感差,易引发眩晕;高端产品性能好但价格昂贵,参数配置复杂,购置成本高,学习者体验受多种因素影响。
在沉浸式虚拟现实教学中,评估学习者学习成效存在困难。传统考试难以反映学习者在虚拟环境中的真实学习情况,现有评估方法无法全面捕捉学习者表现,学习者的技术熟练程度、个体差异等因素增加了评估主观性和难度,建立科学客观的评估体系面临挑战。
沉浸式虚拟现实技术在安全教学中的应用受开发人员匮乏限制。该技术开发需要虚拟现实编程、三维建模等高度专业化技能,但具备这些技能的人员较少。而且技术更新快,开发人员需不断学习,同时还需具备教育领域专业知识,跨学科人才难以寻觅。
加强 IVR 技术行业规范化,制定明确的设备性能要求和用户体验指标,促使厂商提升产品性能和用户体验。鼓励科技企业加大研发投入,推动技术创新,降低生产成本,提高设备流畅度和体验度,让更多学校和机构能使用高性能设备。建立用户反馈机制,根据学习者建议改进产品设计。
引入多元化评估方法,结合虚拟现实技术,采用实际操作、模拟场景演练等方式,全面评估学生技能和知识掌握程度。利用眼动追踪设备、生理信号采集等先进技术,收集学习者数据,为教学效果提供客观依据。推动学术界与产业界合作,制定统一的评估标准和方法。
学校和行业加大对沉浸式虚拟现实技术的培训教育投入,提供系统化课程,培养专业技能人才。建立跨学科合作机制,让教育专家和技术开发人员紧密合作,将虚拟现实技术与教学需求结合。推动产学研合作,政府提供支持,促进技术研发成果转化。
未来 IVR 系统将更加智能化,基于人工智能技术,通过大数据分析和机器学习算法,了解学习者习惯、弱点和需求,生成个性化学习内容,提供精准辅导和反馈,实时监测学习进度,提升学习积极性。
高性能头显设备将提供更高分辨率和更广视野,增强学习真实感和沉浸感,提升学习者对安全场景的感知度。IVR 设备的轻量化和舒适度提升,能让学习者长时间保持学习状态,提高学习效果和质量。
跨学科整合将安全教育与科学、技术、工程和数学等领域结合,使学生深入了解安全问题本质和实践,培养创新思维和解决问题能力。例如在火灾防控学习中,学生能接触多领域知识,让学习更全面、具实践性。
虚拟现实技术在安全教学领域优势显著,虽面临用户体验、评估困难、人才匮乏等挑战,但通过不断的技术改进、策略优化和跨学科合作,其发展前景十分广阔。未来,随着智能化教学系统的普及、硬件设备性能的升级以及跨学科整合的深入,IVR 技术将为安全教学带来更多可能,为学生提供更丰富、真实的学习体验,在安全教学领域发挥更大的作用。