刍议5G时代VR技术在警犬技术本科实训教学中的应用_杨浩哲.pdf

592023.02中国工作犬业Industry Grand View产业 大观一、5GVR 教学模式背景第五代移动通信技术简称 5G 技术，是一种具备高速率、低延迟和大连接等特点的新一代宽带移动通信技术，可满足高清视频传输，可为用户提供增强现实、虚拟现实等体验等。VR 技术全称为虚拟现实技术，它利用计算机生成一种交互式的三维动态视景能够使用户沉浸到该环境中，具备沉浸性、交互性、构想性的特点。在 5G 的高传输速度的基础上，VR 所带来的视觉体验将会大大提升，使用者可以在低延迟的 VR 世界里，从而获得更好的沉浸式体验。近年来我国 VR 技术飞速发展，给其在刍议 5G 时代 VR 技术在警犬技术本科实训教学中的应用警犬技术是一门具有较强实操性的公安专业，通常需要警犬技术专业学生在教师的指导下进行为期至少3 个月的带犬实训，旨在通过对犬的实地训导来帮助学生在实训后具备较强的带犬实操能力。近三年来，突发公共卫生事件极大地影响了警犬技术教学本科实训教学，缺少实训技法训练导致带犬效果大打折扣。而互联网技术的迅猛发展以及移动设备的大量普及，给当前警犬实训教学困境带来了转机。本文将“5G+VR”技术引入警犬训练，辅助学生学习警犬技术实训课程内容。杨浩哲 陆浩然 教育领域应用提供了可能。早在 2018 年，教育部就决定将 VR 技术列入教育信息化的年度重点工作任务，并设置“虚拟现实应用技术”专业。随着国家政策的大力支持，越来越多的高校将 VR 虚拟现实技术引入教学当中。VR 虚拟现实技术改变了传统教育模式，使学生不再局限于传统课堂，通过搭建不同教学场景，让学生沉浸于虚拟现实课堂，获得不同学习体验。警犬技术实训教学受到诸多影响。例如突发公共卫生事件以及既往实训中由于受训犬的伤病、受训犬的警用素质低下等原因影响实训效果的问题。多方面因素重叠、共振，给当前的警犬技术本科生实训教学带来了极本研究由 D202036 项目资助602023.02中国工作犬业Industry Grand View产业 大观大不便和困境。学生由于接触实训犬的时间大大减少，只能在线上教学中学习相关知识，理论与实践未能形成良好转化，不利于学生形成自身能力。通过将 5G+VR 技术引入警犬实训教学中，可以保障学生在校期间，即使受突发公共卫生事件影响，或是其他原因无法面对面进行警犬实训时，仍可使用校内的 VR 设备进行部分警犬技术实操学习。同时也为解决警犬因伤病无法正常训练、学生因训练手法不成熟对警犬能力造成不良影响等问题带来解决新思路。二、5G+VR 技术融入警犬实训教学特点线上课程直播、慕课等网络教学方式是当下主流网络教学方式，但并未在学生的学习积极性以及知识吸收率上有所突破。基于乔伟峰等新冠疫情期间清华大学学生在线学习行为调查结果显示，互动性不足、学习效率降低、专注力下降、缺乏利于学习的外部环境等是当下在线学习面临的主要挑战。而 5G 通信技术可以优化 VR 体验、丰富内容形式，摆脱有线桎梏。5G 技术在 VR 教育教学技术中，提供了足够的流畅度和强大的画质感，给学生一种极强的仿真性，让学生有了极高的参与感和沉浸感，从而在 VR 应用场景中与事物进行实时的互动，完成信息的传递与接收。而 5G 技术在互动的过程中提高 VR 的性能，增加 VR 技术在应用过程中的实时交互性以及流畅度，使学生进入“真实”的“训犬世界”，打破教学时空限制，获得较为完全的沉浸感，提高实时交互性。有效解决了传统网课中互动性不足、学习效率低下等问题。三、5G+VR 技术融入警犬实训教学优势（一）逼真的教学感受激发学习热情 VR 教学方式新颖且功能强大。学生通过头戴式 VR 设备和交互用手柄“进入”警犬实训场地，学习教师提前准备的课程内容。逼真的训练方式和沉浸式的教学体验可以提高学生的参与度和学习兴趣。与此同时，在学生进入虚拟场景的同时，教师也会实时控制学生的学习时间，全面监控教学进度，积极引导，适当指引，防止学生过度沉迷于 VR 虚拟教学。该教学方式既可以通过其流畅而真实的画面以及实时反馈的手柄按键给予学生充分的沉浸感，又能做到寓教于乐、调动学生学习主动性，化主动为被动。与此同时，在 5G 基础上搭建起的 5G+VR 教学平台，因有 5G 技术的加持，使得 VR 平台教学拥有其他教学方式所无法比拟的稳定性，学生在学习的同时不必担心因网络不稳定所带来的延迟、卡顿等问题导致听课效率低下。通过稳定的教学方式给学生提供更安心的学习体验，增强学生的学习热情。因此，5G+VR 的教学方式可以在一定程度上解决网络教学直播、慕课等教学方式的代入感不足、学生参与感较低的问题。（二）突破时间空间束缚在传统的警犬训练中，学生与犬必须同时在训练场地进行训练，然而在突发公共卫生事件的影响下学生可能面临的问题有以下两点：学生无法接触到受训犬和学生训练时间因开学延迟而大幅减少。在此条件下，传统的教学方式难以实现有效的教学，而 5G+VR 技术可以很好地弥补这两个问题。首先，VR 训练设备可以突破空间上的局限，学生无须一定要在训练场612023.02中国工作犬业Industry Grand View产业 大观上与受训犬共同接受训练，VR 训练设备可以带领学生体验到较为真实的训练环境，还可以模拟所有的训练场景，包括恶劣天气和复杂训练场景，丰富学生的见识面，激发学生的求知欲，增强学生的学习主动性，并在将来的警犬训练工作中可以应对自如。其次，5G+VR 技术通过5G 实现信息交流传播，更是拓展了 VR 教学的平台，5G 所特有的速度快，延迟低等特性，打破时空束缚，使教师和学生的课程信息共享成为可能，实时的师生交互则更有利于学生的训练，为稳定的授课提供了保障，从而更加有效的模拟真实的训犬课程。除此之外，对于警犬还存在有超限抑制、受伤、发情、生病等一系列影响训练、耽误训练进度的情况，学生在实训中面对这样的情况往往会不知所措，浪费许多的时间，甚至还会面临换犬或和同学共训一头犬的情况，使本就少的训练时间进一步减少了，但是 VR 训练所模拟的情况可以去除犬自身影响训练的情况，学生可以随时随地进行训练，无须考虑犬的状态，从而更好地增强自己的训犬技术。（三）虚拟训练减少学生不规范操作犬是会受训导员的不规范操作而产生不良习惯的。在日常训练中，训导员可能只是不经意犯的小错误就会造成犬在日后的训练及工作中产生不良习惯。有些不良习惯会导致部分性能优良的犬无法成为一头正式警犬。严重的，甚至会在警犬在未来正式工作中成为导致任务失败的关键因素。尤其是在搜爆中，如果在平时的训练中，训导员不去刻意训练犬的示警方式，使犬养成扒、吠叫等错误的示警方式，那么在今后的工作中极有可能会酿成事故，不仅威胁犬的生命安全甚至会威胁到训导员的安全。但是在 VR 技术的帮助下，学生可以尝试不同的方法来实现对犬的训导，其中一些不规范的训练方式及其导致的后果都会在模拟训练中体现出来。学生通过不断地尝试，便可以知道如何用正确的方式训犬以避免警犬养成不良习惯。一方面，可以拓宽学生的知识面和实操能力，使其在实训中避免此等不当训练方式，另一方面，也免于犬养成不良习性，也是对犬的一种保护。四、警犬实训中 5G+VR 技术的具体构建及应用（一）5G+VR 授课的实现方式5G 网络是构建学校 VR 教学平台的基础，能够解决当前 VR 教学平台视频播放内容卡顿、VR 画面不清晰等问题。通过 5G 的高效传输速率实现教学视频的清晰播放，同时为学生提供高质量的虚拟操作环境。在 5G 技术的支持下，手机、电脑等终端设备均可以连接 VR 设备，为学生稳定的授课环境提供保障，给予学生提供沉浸式的学习体验。2018 年教育部高教司发布公告公布了2018 年第一批产学合作协同育人项目申报指南，上海维拓网络科技有限公司旗下品牌“摩尔空间”获批成为共建单位，摩尔空间作为新兴 VR 教学平台企业，旗下有系列 VR 教学软件：MolspaceX VR 编辑器、MolCS VR 中控系统、MolYUN VR 云系统、MolPort VR 教育资源平台以及各学科专业 VR 课件。该平台具有支持多人互动、多视角观看、课件播放与录制等特点，该公司曾在 2019 年推出与公安科目相关的“凶案现场侦查流程实训课件”，辅助公安人员学习。因此可以与此类 VR 科技公司合作，将警犬技术基础教学过程融入虚拟教学环境中，利用先进的通信技术，实现即时、交互、自主的教学环境，使同学突破时间、空间的限制自主622023.02中国工作犬业Industry Grand View产业 大观学习。在使用上，教师使用 VR 设备将事先编辑好的模拟训练通过虚拟现实呈现出来，学生通过 VR 设备选择不同科目进行警犬模拟训练。然后，在模拟训练中系统会根据学生的操作进而模拟警犬的反应，该反应会基于学生操作是否规范和正确，从而模拟警犬在真实训练中常见的不同反应。最后，系统会依据学生的操作进行打分，并总结出学生的不规范操作。教师根据 VR 设备的评分，对学生的易错点进行及时的课后讲解。（二）5G+VR 的教学内容5G+VR 教学涉及的课程内容为警犬实训课程，教师和技术人员合作完成教学互动视频，教师负责上传训犬相关的视频影像资料，技术人员负责将资料落实为可供学生交互的 VR 课程视频，与此同时，教师也会监督制作过程，保障重要知识点均在 VR 课程中体现出来。每节视频课程约为15 分钟，课程内结构分布为：前 5 分钟为教师讲述知识点，介绍实训操作中的注意事项阶段。后10 分钟为 VR 学习阶段。在学生进行 VR 训练的时候，教师可以通过大屏幕实时观看学生视角的训练内容，教师可以结合自己的训练经验发现学生存在的问题，在训练结束后提出问题并帮助学生改正。（三）训练场景布局在训练场景的设计上既需贴合实际，又应当考虑特殊的训练场景。例如：警犬搜索、扑咬、警戒等学生日常训练场景。除此之外，还包括如大风、暴雨等极端天气的训练场景。VR 技术除了可以培养学生学习基础的警犬警用素质，还可以设计学生平时不易接触到的危险、复杂场景，例如：搜毒、搜爆、直升机索降等警犬训练场景进行模拟，既能增强学生应对多样场景的能力，也能拓宽学生的见世面，在未来工作中能够更好地适应复杂工作需求。（四）引入 VR 警犬训练体系，重构教学内容因为警犬实训的条件有限，许多学生的警犬训练学知识都来自书本和视频，学生在掌握相关知识后需要进一步提升自身的训练能力，而户外的实训课总是会因突发公共事件等特殊情况所影响，严重影响学生的实际操作能力。警犬训练包含基础能力和使用能力训练，VR 警犬训练一旦被引入，将促进警犬训练教学目标的达成。警犬训练并不是一项容易的学科，它需要不断地积累经验，加入 VR 训练后学生可以反复练习，从而进一步增加学生的训练经验。（五）构建 VR 教学场景，改革教育手段警犬训练容易受到场地、天气、个体等因素的限制，导致课时紧张，无法在有限时间内完成教学目标，而通过 VR 训练的手段可以弥补传统训练的弊端。改革后的教学内容如下：1.教师在训练前准备需要教授的训练科目并对学生进行理论讲解，在理论讲解完毕后学生进入实验室并通过 VR 设备进行警犬模拟训练。2.在模拟训练中系统会基于学生操作是否规范和正确，从而模拟警犬在真实训练中常见的不同反应。例如学生在对犬使用诱导结合机械刺激的方法进行坐姿训练的时候，具体操作为左手上提牵引带后适度击打、按压犬的腰角，犬坐下后对犬进行奖励。系统会判断学生操作是否规范，若规范则继续进行训练，若不规范则犬会出现不良行为导致训练失败。3.在训练中，系统将学生视角的训练实时传输，教师可以观看学生训练，随时指出学生训练中的错误。在实际训练中教师的指导对学生的操作有重要意义，也尽可能避免632023.02中国工作犬业Industry Grand View产业 大观对犬造成不良影响。4.系统会依据学生的操作进行打分，并总结出学生的不规范操作。方便学生课后进行总结，便于发现自身的问题并及时改正。（六）采用虚拟与现实相结合的教育模式警犬训练不能只拘泥于模拟训练，警犬作为一种生物，它拥有自主思维，