5G+VR沉浸化教学在军士食品营养课程教学改革中的探索

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  [摘           要]  5G时代,军队院校教育将随着现代教育技术手段的应用而趋于沉浸化实战教学。食品营养课程是军士任职培训院校的专业基础课程,加快培养智能化、信息化条件下的新型军需人才,可为部队备战打仗提供强有力的饮食保障。首先分析了当前军士培训院校食品营养课程教学面临的困难和问题。然后,根据课程和学员特点,探讨了5G+VR在食品营养课程中理论教学、实践教学、学员差异化培养中的应用,为解决当前教学中存在的不足、提高学员备战打仗能力提供了新的思路。
  [关    键   词]  5G;VR;沉浸化;食品营养;教学
  [中图分类号]  G642                 [文献标志码]  A              [文章编号]  2096-0603(2021)33-0154-03
   2019年,教育部印发的《2019年教育信息化和网络安全工作要点》指出,要实施好教育信息化“奋进之笔”,加快推动教育信息化转段升级,积极推进“互联网+教育”,坚持高质量发展,以教育信息化支撑和引领教育现代化[1]。2020年,教育部印发《国家开放大学综合改革方案》指出,依靠5G、人工智能、虚拟现实、区块链、大数据、云计算等新技术,加快建设服务全民终身学习的在线教育平台,构建纵向贯通、横向融通的学习网络,支撑信息技术与教育教学的深度融合,促进开放教育的数字化、智能化、终身化、融合化,提高教育现代化水平。《教育部2021年工作要点》指出,要加快推进教育信息化高质量发展,积极发展“互联网+教育”,全面保障教育系统网络安全。深入实施教育信息化2.0行动计划,加快推进教育专网建设,普及数字校园建设与应用。互联网技术作为一种新兴的技术手段,从其出现就备受教育领域的青睐。伴随着5G时代的到来,虚拟现实、人工智能、扩展现实、全息与传感等新技术将发生深远的变革,并引发5G时代教育发展新一轮的革新,人类的信息传播能力将进一步提高,教育活动将趋于深度的沉浸化[2]。
   习近平总书记指出:“科技是现代战争的核心战斗力。我们要赢得军事竞争主动,必须下更大气力推进科技兴军,坚持向科技创新要战斗力,依靠科技进步和创新把我军建设模式和战斗力生成模式转到创新驱动发展的轨道上来。”使用什么样的技术,就能培养出什么样的人才。军队院校作为培养高素质军事人才的摇篮,更要把科技创新作为人才培养、教学改革的关键技术,联合5G+VR技术,构建沉浸式教学手段,为备战打仗培养有理想、有本事、有血性、有品德的新一代军事人才。
   食品营养课程是培養军队任职培训院校军需学员第一任职和长远发展能力的专业必修基础课程,该课程涉及食品学、营养学、食品卫生与安全、食品贮藏与保鲜等多种内容。然而该课程专业性强、内容冗杂,学员学习积极性不高。因此,本文根据军队食品营养课程的特点开展5G+VR技术教学改革,为学员提供虚拟现实的教学环境,实现教学要素与虚拟教学的共同沉浸化,可加强学员对未来作战中食品营养重要性的认识,为搞好部队伙食保障打下坚实基础。
   一、5G+VR沉浸式教学方式
   “沉浸性”一词最早是由 Burdea在1994年提出的,是虚拟现实技术(Virtual Reality Technology, VR)的3个特性之一,而另外两个特性构想性和交互性则是通过创设一个新的世界使人类得到与真实环境一样的沉浸性的感官体验,从而达到思想、认知、理解上的新的高度[2,3]。深层次的沉浸性教学与忘我、全身心投入的沉浸体验不同,克服了物理限制与时间限制的VR技术更能为学生提供一个触手可及的世界,使学生在感官反馈、模拟交互、仿真情景中体验更加真实的学习内容。VR技术由美国率先应用,并在军事上得到了一定的发展,而我国于20世纪90年代发起研究,受硬件、技术、传输速度等因素的影响,在教育领域的推广受到很大的限制。
   第五代移动通信技术(Fifth Generation Mobile Communication Network,5G),作为最新一代蜂窝移动通信技术具有超高速率、超低延迟、深度感知、增强安全性、超高可靠性、高速终端移动性、深度覆盖、超低功耗、超低复杂度、超高密度等优势[2]。5G时代的到来,解决了网络传输速度慢、效率低等问题,为VR技术达到商用标准奠定了基础,也使教育领域重新将目光投向5G+VR技术。5G+VR作为沉浸式教学实现的前提条件,其构造的沉浸式教学必然是未来教育的发展走向,沉浸教学过程中,教师成为“沉浸引领者”,学生成为“沉浸享受者”,两者交互,随时随地获取定制的动态学习内容,打造双方共同沉浸化的教学模式,实现感官、心理、思想、技能、知识的共同进步。
   二、军队食品营养课程的教学改革现状
   (一)课程特点导致的教学困境
   军队食品营养课程是解决部队官兵吃得饱、吃得好、吃得安全的一门基础性交叉课程之一。课程以生物和化学知识点为基础,搭建起研究食品营养、食品安全、食品贮藏的理论及方法框架。通过学习,学员可以掌握伙食搭配的理论知识、食品安全的基本常识、食品贮藏的基本方法,在整个学习过程中增强学员饮食健康的思维素养,培养其解决实际问题的能力。该课程的特点决定了其教学效果达不到理想的效果。一是知识点庞杂枯燥,大多需要记忆。记忆是学习最浅层次的境界,如果学习仅仅靠记忆只能是接受学习和机械学习,不能称为“有意义的”学习。二是教学内容庞大,系统性、交叉性和综合性突出,需要学员提前掌握多门课程。由于教学内容多、教学时间短,教员无法在有限时间内将课堂上所涉及的所有知识一一向学员讲解,这就导致部分学员对知识掌握得似是而非、一知半解。三是大多为理论知识,难以具体实践。布鲁纳说:“发现不限于只是寻求人类尚未知晓的事物的行为,确切地说,它包括用自己的头脑亲自获得知识的一切形式。”对于学员来讲,要尽可能地让他们成为主动的实践者,通过自身实践获得的知识和思想才能牢固掌握,内化于心。食品贮藏、食品安全方面的实践涉及环节多、场所杂,学校无法同时找到多个时间场地进行教学,因此,学员无法真正置身其中,有所领悟。    (二)教学模式导致的教学困境
   一是目前军队院校食品营养课程教学仍以课堂讲授为主,或辅以课堂讨论,教授方式单调,忽略了教学过程中学生的主体作用,并将学生的学习兴趣和学习动机弱化,一味地通过语言进行知识的单向灌输,容易造成学员学习疲惫感,产生厌学情绪,平时上课浑水摸鱼,考前临时突击、死记硬背,考后抛之脑后,走个“过场”之后,理论和技能都没熟练掌握,无法满足岗位任职的需要。二是食品营养课程内容冗杂,而学时数又少,教员只能在课堂上起引领作用,加上空间的限制,一些概念性和理论性的知识讲授起来难度大,需要学员有一定的想象力和理解力,短时间内,学员无法将知识内化,从而无法与自身的任职经历产生共鸣,导致无法理解课程在整个学习过程以及以后工作中该课程的地位和作用,严重影响内部学习动机。三是教学内容设置不均衡,部分已与实战脱节。军队院校培养的是能打仗、打胜仗的军事人才,而目前食品营养课程选用的教材大多滞后于实战和装备的发展,大多数教学内容仅是基础性类型。而真正与实战相关的综合性实践受限于各类实践环境难以真实开展。因此,实践环节不断压缩,理论讲授相对增加,在整个教学过程中,教员对部队实际情况了解不够,实践过程中的要求和一般步骤讲解也可能不到位,导致学员无法真正熟练一些使用的技巧和流程,培训效果欠佳。
   (三)教学对象差异导致的教学困境
   军士任职培训是通过专门理论和技能知识的传授,使学员具有特定岗位任职能力的教育,是军队院校教育的重要组成部分。“贴近部队、贴近岗位、贴近实战”是军队任职教育的特色教学目标。如何将这一目标完美达成,教学对象是至关重要的。虽然食品营养课程大多贴近生活,但军士学员由于教育背景、任职经历等方面的不同,在学习过程中还是会表现出较大的差异性。就教育背景而言,学员大多是高中或中专层次,对食品营养的基础课程高中化学和生物掌握不牢固,而少部分的大学生学员缺乏部队食品营养课程实践方面的实训。就任职经历而言,同批培训学员有上士、中士、下士,有的担任过军需方面的职务。当对其同时授课时,对于学历层次较高的学员明显可以快速掌握一些基础理论知识,而对于履职经历较为丰富的学员则动手能力更强,能更快熟悉食品检验有关操作。这为课程设计、课程实施以及教学目标的完成带来了一定困难[4]。
   三、5G+VR沉浸式教学方式在军队食品营养课程中的应用
   (一)以沉浸式体验构建理论教学的直观性
   5G+VR引发军队院校教学的全面沉浸化,为学员打造物理、感官、心理三个层面的沉浸式体验,是教员、学员、教学内容、教学手段的共同沉浸化。在虚拟仿真的世界中,各种晦涩难懂的理论知识将以触手可及的方式出现,会使理论教学更为直观,教学内容更加形象生动,学员在教员的引领下与虚拟世界的“物体”交互,被动想象转为主动参与。教员让学员以自己的亲身感触形成自己对知识的理解,刺激学员进行思考,可以加深学员对内容的理解,避免了“填鸭式”灌输的枯燥性、强制性。六大营养素是军队食品营养课程学习的基础,传统的教学方法是教员运用PPT向学员展示和讲解六大营养素的结构组成、消化吸收、生理功能、食物来源等,其中前三部分内容与高中生物、化学相关,由于学员经历和学历不同,为了应付考试,有的只是死记硬背,对这三部分的知识理解不透彻,失去了课堂教学的基本价值。而采用5G+VR构建六大营养素的三維模型、模拟六大营养素在体内消化吸收的全过程,学员能更直观地了解六大营养素的生理功能,并根据此简单总结出六大营养素缺乏与过量后的生理表现,从而以食物来“减缓”相应的症状。在虚拟现实环境中,学员对各种营养素的认识将以更加直观的交互、体验、构想来触发,可以培养学员对知识原理的思考,这对于学员更加主动地学习课程内容有着极大的帮助。同时,在虚拟世界还可以将传统教学中平铺直叙的案例引入,使学员成为案件发生的见证者、参与者,引发学员讨论,将理论知识应用到实践中去,提高学员的知识迁移能力。
   (二)以沉浸式教学突破传统实践教学的时空限制
   采用5G+VR技术构造沉浸式教学环境,可以打破传统教学环境的限制,扩展教学空间、延长教学时间。实战化教学要求课堂与战场无缝化衔接,而实践教学正是本着实战的原则进行的。战场环境瞬息万变,食品营养发展日新月异,如果仅靠教材与实验讲义支撑起实战化综合训练,显然无法以“实地、实兵、实车、实弹”的教学手段,达到“全面检验、全面锻炼、全面提高”的教学目的。军队食品营养课程中食品安全和食品贮藏部分内容的实践,关乎战时部队官兵的生命线安全,是战争胜利的重要因素之一。采用虚拟仿真技术构建作战背景、模拟食品安全事件、食品贮藏室等教学情境,学员可以更直观地看到食品贮藏室的真实构造,包括贮藏室的各个指标变化及控制方式,食品在贮藏过程中发生变质的过程和现象,如大米的霉变、果蔬的萎蔫、肉类的腐烂等等,从而总结出相应种类食品所适应的最佳贮藏条件,同时学会对霉变食物的处理和辨认。对于食品安全事件的模拟,可以尽可能地以战场环境为背景,包括深海、高原、远海、荒漠等复杂恶劣的战争环境,给学员创造一种接近实战的环境,在这个环境中,学员需要对食品安全方面的保障措施做出自己的决策和判断,包括筹措的食品的安全监测方式、贮存运输的食品的保障方式、加工食品过程中的安全手段等。此外,5G+VR技术还可以为学员提供与真实食品安全检测仪器相同的模拟设备,学员可以根据实际操作、试验观察、结果分析等方式达到与真实仪器相同的学习效果。通过这种方式,学员可以提前谋划战争环境下食品安全事件发生后的具体措施及预案,从而提高学员在复杂环境下的指挥能力、决策能力、操作技能,积累丰富的食品安全事件处理经验,解决当前军队院校教育训练手段、训练条件、训练场所不足的问题。
   (三)以5G+VR实现以学员为中心的教学手段,拓宽学员的视野
   5G+VR的教学手段颠覆了传统的教学模式,实现了教员、学员、外在教学要素的有机融合,极大地促进了学员个体独立化、个性化的发展。在虚拟世界中,一方面教员可以在同一时间根据学员的知识背景、学习能力、情绪、行为模式等数据信息为学员提供定制的个性化、精准化教学指导,确保学员以最佳的学习途径完成学习目标。另一方面学员在虚拟世界中可以自由探索模拟实训环境,获得经验与认知,改变了传统学习场景的权威导向性学习模式,实现了以学员为中心的教学手段。军队食品营养课程除了涉及食品营养的基础知识外,还涉及食品保障有关内容。通过学习本课程,学员一方面可以增强对食品营养知识的了解,同时也可以提高指挥管理能力和统筹规划能力。因此,教员可以根据学员的特点合理制定符合学员个性特点的教学内容。例如在食品贮藏与保鲜方面,学员除了要掌握食品的营养素组成与功能、膳食搭配的知识外,还要分析军队各类人员对营养素的需求、食品供应的种类、食品的贮藏期和贮藏条件、食品的贮藏量等各项因素,进而综合统筹采购与贮藏事宜。这就要求学员牢固掌握高中生物和化学的知识,并具有一定的统筹规划能力,而学员的知识能力背景不同,对于基础知识掌握较好的学员,教员主要制定提高其统筹规划能力的教学内容,比如食品贮藏的规划与方法,而另外一部分学员则以主要熟悉常见食品的贮藏方法以及影响食品贮藏因素为主,有效实现学员个体的知识内化,真正做到因材施教。另一方面虚拟技术还可整合教学资源,借鉴国外食品营养相关动态,构建国际化水平的食品营养虚拟世界,在沉浸化的学习环境中激发学员学习兴趣,拓宽视野。    四、结语
   5G时代的到来,使虚拟技术正悄然发生着革命性的变化,也将引导军队院校教育朝着更加多元、更加全面、更加深刻、更加复杂的方向发展。军队院校作为军事人才培养的摇篮,以5G+VR技术培养新型智能化人才势在必行,这也是未来练兵备战的重要途径。食品营养课程作为军队院校的基础课程,运用5G+VR技术沉浸化教学方式对促进理论知识向实战转化、提升学员的学习效率、提高学员的学习兴趣有着非常重要的意义,借助虚拟仿真技术,学员可以跨域时空限制,进入身心合一的沉浸式学习,在模拟战场中帮助其更加熟练地做好饮食保障训练和实践,以便在未来战场中措置裕如、克敌制胜。
   参考文献:
   [1]教育部办公厅.《2019年教育信息化和网络安全工作要点》的通知[Z].2019-03-13.
   [2]安传迎.5G+VR促进大学教学从片面沉浸化到全面沉浸化[J].重庆高教研究,2021,9(4).
   [3]张欣宇,王毅.基于虚拟现实技术的《房屋建筑学》课程教学改革探究[J].消费导刊,2019(21):97-98,100.
   [4]李艳茹,陈万山,刘振江.翻转课堂教学法在士官任職培训实践课程中的应用研究[J].公关世界,2020(20):53-54.
  ◎编辑 栗国花
  Exploration of 5G+VR Immersive Teaching in the Teaching Reform of Food Nutrition Course of
  Non-commissioned Officers in Military
  XIE Bo, WAN Feng, HUANG Bin
   Abstract:In 5G era, military academy education will tend to immerse in actual combat teaching with the application of modern educational technology. Food nutrition course is a professional basic course in the post education of non-commissioned officers in military academies. It can speed up the cultivation of new military supplies talents under the condition of intelligence and information, and provide strong food support for the army to prepare for war. This paper first analyzes the current difficulties and problems in the teaching of food nutrition course in the post education of non-commissioned officers in military academies. Then, according to the characteristics of the course and students, the application of 5G+VR in the theoretical teaching, practical teaching and students’ differentiation training of food nutrition course was discussed, which provided a new idea to solve the problems existing in the current teaching and improve the students’ ability to prepare for war.
   Keywords:5G;VR;immersion;food nutrition;teaching
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