王君丹

[摘要]虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一種全新的教學(xué)媒體已廣泛應(yīng)用于教育領(lǐng)域，必將改變以往的教學(xué)觀念和教學(xué)模式，隨著移動學(xué)習(xí)方式的普及與發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也逐漸被運(yùn)用于移動學(xué)習(xí)中。分析了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在移動學(xué)習(xí)中的應(yīng)用優(yōu)勢，闡述了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對移動學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)方式、教學(xué)方法及教學(xué)資源建設(shè)等方面所帶來的機(jī)遇，以及在技術(shù)層面、應(yīng)用層面、信息資源層面所面臨的挑戰(zhàn)。指出新的VRT將緊密結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+”、人工智能等前沿技術(shù)，促進(jìn)教育和信息技術(shù)的現(xiàn)代化整合。

[關(guān)鍵詞]虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù);移動學(xué)習(xí);學(xué)習(xí)方式;教學(xué)方法;移動學(xué)習(xí)資源

[中圖分類號]G 434[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A[文章編號]1005-0310（2019）03-0089-04

Abstract： As a brand-new teaching medium， virtual reality technology has been widely used in the field of education， which will be bound to change the previous teaching concepts and modes. With the popularization and development of mobile learning， virtual reality technology is gradually applied in mobile learning. This paper analyzes the application advantages of virtual reality technology in mobile learning and the opportunities brought by virtual reality technology to

teaching methods， learning styles， teaching resources construction and other aspects， as well as challenges faced in technology， application and information resources. It is pointed out that the new VRT will closely combine “Internet +”， artificial intelligence and other cutting-edge technologies to promote the modern integration of education and information technology.

Keywords： Virtual reality technology; Mobile learning; Learning styles; Teaching methods; Mobile learning resources

0引言

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality Technology，VRT）是仿真技術(shù)，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心，結(jié)合相關(guān)科學(xué)技術(shù)，創(chuàng)造了高度真實(shí)的數(shù)字視覺、聽覺、觸覺等感官環(huán)境[1]。用戶可以在數(shù)字環(huán)境中與必要的設(shè)備交互虛擬對象，以獲得身臨其境的體驗(yàn)。虛擬現(xiàn)實(shí)可以借助他人對所接觸對象的感知和認(rèn)知，激發(fā)參與者的思維，從虛擬環(huán)境中獲得一個綜合的空間和邏輯圖像。虛擬現(xiàn)實(shí)的本質(zhì)特征是沉浸式、實(shí)時交互，最終目標(biāo)是使虛擬現(xiàn)實(shí)成為時空環(huán)境的現(xiàn)實(shí)概念（由此啟發(fā)和獲取信息）。移動學(xué)習(xí)是指在手持移動計(jì)算設(shè)備的幫助下，能夠在任何時間、任何地點(diǎn)發(fā)生的學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)時間、地點(diǎn)都不受限制，能隨時隨地借助移動設(shè)備（如平板電腦、智能手機(jī)等）與移動網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)所需知識。將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于移動學(xué)習(xí)是教育技術(shù)發(fā)展的一個飛躍，它營造了自主學(xué)習(xí)的環(huán)境，由傳統(tǒng)的“以教促學(xué)”的學(xué)習(xí)方式代之為學(xué)習(xí)者通過自身與信息環(huán)境的相互作用來得到知識、技能的新型學(xué)習(xí)方式[2]。

1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在移動學(xué)習(xí)中的應(yīng)用優(yōu)勢

運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）技術(shù)創(chuàng)造一個身臨其境的學(xué)習(xí)環(huán)境，讓學(xué)生以第一視角來觀察和模擬所學(xué)習(xí)的內(nèi)容。這種形式的主要目的是讓學(xué)生進(jìn)行體驗(yàn)，并不足以代替真實(shí)的接觸。但是對于理解一些抽象概念很有幫助，如宇宙行星的運(yùn)行、地震和龍卷風(fēng)的產(chǎn)生、分子的結(jié)構(gòu)，等等。代表性的App有“科學(xué)跑出來”系列及Bolotree系列，蘋果iOS設(shè)備或Android設(shè)備配備雙鏡頭，都可以下載使用。“科學(xué)跑出來”系列把科普與VR技術(shù)結(jié)合，讓科學(xué)從書里跑出來，在游戲的同時，幫助孩子成為史前生物專家、太陽系達(dá)人，了解龍卷風(fēng)和地震的成因。專注“VR+教育”的微視酷，目前已經(jīng)開發(fā)了包括科學(xué)課程、生物課程、天文課程和化學(xué)課程等數(shù)百個中小學(xué)VR課堂云課程，同時也擁有包括醫(yī)療課程、海洋課程、汽修課程和飛行課程在內(nèi)的數(shù)十個專業(yè)培訓(xùn)云課程，充分滿足移動學(xué)習(xí)的需要[3]。

VR技術(shù)本身形式新穎，能夠吸引學(xué)習(xí)者的注意力，在帶來極大樂趣的同時，VR技術(shù)通過計(jì)算機(jī)向?qū)W習(xí)者呈現(xiàn)了多角度、多樣化的學(xué)習(xí)內(nèi)容。結(jié)合VR與移動學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在移動學(xué)習(xí)中有以下4項(xiàng)應(yīng)用優(yōu)勢，如圖1所示。

1.1構(gòu)建認(rèn)知、開拓思維

抽象性的知識往往讓學(xué)習(xí)者難以通過簡單的講解而理解其真正的內(nèi)涵，如超聲波、磁感線、電子運(yùn)動的表示等。VR技術(shù)能夠模擬三維環(huán)境展現(xiàn)立體模型及其運(yùn)動過程，讓學(xué)習(xí)者觀察運(yùn)動過程各個階段模型產(chǎn)生的變化，對晦澀難懂的知識點(diǎn)有直觀的理解，并主動思考完成認(rèn)知體系的構(gòu)建。在這種系統(tǒng)性的虛擬現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)過程中，有助于培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的空間智能與抽象思維，提升其想象力、方向感及空間認(rèn)知能力，并實(shí)現(xiàn)了抽象知識概念的具體化表現(xiàn)。

1.2鼓勵探索、實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新

VR的數(shù)字模擬有助于學(xué)習(xí)者進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)，特別是化學(xué)、物理等具有一定危險性或是龐大復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)。學(xué)習(xí)者只需輸入各項(xiàng)指定數(shù)值、公式與條件，計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算能力就能自行運(yùn)算出結(jié)果，并通過VR技術(shù)虛擬出實(shí)驗(yàn)過程。這樣的虛擬實(shí)驗(yàn)既能保證學(xué)習(xí)者的人身安全，又在一定程度上達(dá)到節(jié)能環(huán)保的效果，解決一些人力、設(shè)備及試驗(yàn)場地等問題，同時有利于開拓創(chuàng)新思維，鼓勵學(xué)習(xí)者在知識探索的道路上大膽前行。

1.3實(shí)現(xiàn)不同角度的學(xué)習(xí)

將VR技術(shù)用于虛擬信息展示，可將相關(guān)內(nèi)容拓展呈現(xiàn)為立體化的知識結(jié)構(gòu)，讓學(xué)習(xí)者獲取到更為直觀、具體、豐富的知識信息。同時虛擬場景與現(xiàn)實(shí)場景的無縫鏈接（VR全景）實(shí)現(xiàn)了虛擬場景隨學(xué)習(xí)者視線變化而變化的超現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)，滿足了學(xué)習(xí)者不同角度的學(xué)習(xí)需求。例如考古專業(yè)學(xué)生無法到達(dá)真實(shí)場地進(jìn)行實(shí)踐學(xué)習(xí)，可通過虛擬墓室查看古墓全貌，并根據(jù)個人的研究方向選擇不同的物體，如墓室結(jié)構(gòu)、壁畫、棺槨等，或者根據(jù)個人水平對某一方向進(jìn)行深入學(xué)習(xí)。

1.4突破時間與空間限制

VR技術(shù)能夠完全沖破時間與空間的制約，使學(xué)習(xí)者得到書面教學(xué)和視頻教學(xué)所無法比擬的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。上溯遠(yuǎn)古時代，下至科技展覽，大到行星運(yùn)動，小至分子碰撞，學(xué)習(xí)者可以化為其中一員共同觀察與學(xué)習(xí)。例如美國富蘭克林研究院科學(xué)博物館向公眾開放的“全息甲板”展館，可以使學(xué)習(xí)者置身虛擬太空遨游太陽系，以飛船駕駛員的視角近距離觀察各個行星，理解真實(shí)的天體運(yùn)行規(guī)律，也可以進(jìn)入人類大腦內(nèi)部認(rèn)識大腦各區(qū)域的功能。在大英博物館中，游客可以“穿越”到青銅器時代，參與古人祭祀太陽等儀式活動。

通過互聯(lián)網(wǎng)、全景拍攝和顯示屏，VR技術(shù)還可以徹底打破距離的限制，讓學(xué)習(xí)者在千里之外體驗(yàn)到身處教室的學(xué)習(xí)情景。例如美國哈佛大學(xué)最新推出的虛擬教室，在這間教室里教授面對的是幾面墻的數(shù)字屏幕，屏幕上顯示的是60名學(xué)生的同步聯(lián)機(jī)畫面。虛擬教室中的教學(xué)類似普通的課堂教學(xué)，學(xué)生可以中途發(fā)問，教授也可以向個別學(xué)生提問。不同的是學(xué)生可以通過公眾討論頻道互相交流，教授則可通過互聯(lián)網(wǎng)向所有人快速發(fā)出線上調(diào)查。

2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)賦予移動學(xué)習(xí)全新的機(jī)遇

2016年5月，中國光學(xué)工程學(xué)會在國家會議中心舉辦“2016虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)發(fā)展大會”，會上提出“VR+”將會是下一個“互聯(lián)網(wǎng)+”的觀點(diǎn)?！癡R+”即融合VR、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)科技，促進(jìn)VR與各個行業(yè)結(jié)合，從而衍化出新型發(fā)展生態(tài)。VR將賦予各行各業(yè)蓬勃生命力、廣闊的發(fā)展空間與無限可能性。對移動學(xué)習(xí)而言， 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將會在學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)方式、教師教學(xué)方法和教學(xué)資源建設(shè)方面帶來改變和機(jī)遇。

2.1學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)方式

傳統(tǒng)移動學(xué)習(xí)方式注重學(xué)習(xí)者的自主性，需要他們極大的自控力來主動進(jìn)行。學(xué)習(xí)內(nèi)容也多以平面化方式展現(xiàn)，難以呈現(xiàn)其中的聯(lián)系，缺乏探究性和合作性。基于VR技術(shù)的移動學(xué)習(xí)創(chuàng)建了以第一視角開展的虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境，虛擬出仿佛置身實(shí)景的多項(xiàng)感官刺激，讓學(xué)習(xí)者產(chǎn)生強(qiáng)烈的沉浸感。VR場景能夠立體化地結(jié)合各項(xiàng)學(xué)習(xí)內(nèi)容，促進(jìn)溝通協(xié)作，讓學(xué)習(xí)者切身參與知識演變過程。這個過程構(gòu)建了“自主、合作、探究”的新型學(xué)習(xí)方式，能夠提升學(xué)習(xí)者主動找到問題節(jié)點(diǎn)及嘗試用各種方法處理問題的能力，激發(fā)其積極性。

虛擬現(xiàn)實(shí)可以給學(xué)習(xí)者帶來放松、愉悅、感興趣等積極情緒，激發(fā)學(xué)生的內(nèi)部學(xué)習(xí)動機(jī)，如VR訓(xùn)練場和實(shí)驗(yàn)臺就是在虛擬世界中構(gòu)建出實(shí)驗(yàn)場所來供學(xué)習(xí)者進(jìn)行活動與操作。由于操作對象從實(shí)際存在的物體變成了虛擬世界中的模型，允許操作方式隨著教學(xué)設(shè)計(jì)的精細(xì)程度而增加或者減少（一般是減少），設(shè)計(jì)者可以提供較為精簡的操作流程，提示告知學(xué)習(xí)者應(yīng)當(dāng)怎樣控制和處理“眼前”的對象。同時，即使學(xué)習(xí)者由于失誤導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗，也不會造成實(shí)際的財(cái)產(chǎn)損毀甚至生命危險，是一種相對安全的訓(xùn)練和實(shí)驗(yàn)方式。

2.2教師教學(xué)方法

不同于以往的以教師為主導(dǎo)的課堂教學(xué)模式，VR教學(xué)更加強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者的主體地位，善于營造一種主動探索的學(xué)習(xí)氛圍，實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)形式向引導(dǎo)啟發(fā)式教學(xué)的轉(zhuǎn)變。融入VR技術(shù)的教學(xué)能夠提供教師以更大的想象空間與發(fā)揮舞臺，通過計(jì)算機(jī)虛擬場景，教師能夠?qū)⒒逎?、抽象而難以理解的知識點(diǎn)以更加靈活生動的方式表達(dá)出來，給予學(xué)習(xí)者更為直觀、形象化的認(rèn)知體驗(yàn)，拓展他們的思維創(chuàng)造能力。教師不再拘泥于時空限制，上一刻帶領(lǐng)學(xué)生領(lǐng)略古埃及文明，下一刻即能到達(dá)故宮博物院參觀鑒賞。無論是天體運(yùn)動的展示，還是危險實(shí)驗(yàn)的模擬，VR教學(xué)在一定程度上豐富了教師的教學(xué)內(nèi)容與教材的展現(xiàn)形式。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)方面有著巨大的潛力，能夠提高學(xué)生們的學(xué)習(xí)效果。如在課堂模式上采用相對可操作的教學(xué)方式，并在科技研究與實(shí)驗(yàn)觀測中注重更多、更精確的有效數(shù)據(jù)，以供后續(xù)分析或使用。因此，這種應(yīng)用重在以高度擬真的方式，將一些難以觀測的現(xiàn)象放到虛擬世界中，讓學(xué)生以更為舒適便捷的視角或時間測度進(jìn)行觀測，相應(yīng)地也由系統(tǒng)給出真實(shí)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)當(dāng)觀測到的數(shù)據(jù)。

2.3教學(xué)資源建設(shè)

教學(xué)資源建設(shè)是課堂教學(xué)與各項(xiàng)活動得以成功進(jìn)行的基礎(chǔ)，但目前網(wǎng)絡(luò)上現(xiàn)有的移動學(xué)習(xí)教學(xué)資源多趨于靜態(tài)化、平面化，無法撇開課堂教學(xué)以實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)者自主學(xué)習(xí)。利用VR技術(shù)設(shè)計(jì)制作的三維立體教學(xué)資源更顯生動逼真，有利于渲染教學(xué)情景，帶給學(xué)習(xí)者更多的沉浸感，讓學(xué)習(xí)者快速掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容。3D動畫、模型、視頻等多樣化的教學(xué)資源具有良好的獨(dú)立性與交互性，能引導(dǎo)學(xué)習(xí)者運(yùn)用已有的知識與經(jīng)驗(yàn)，主動探索知識的存在與發(fā)展。特別是VR實(shí)驗(yàn)類教學(xué)資源，向?qū)W習(xí)者提供了絕對安全的實(shí)驗(yàn)場地，極大地增強(qiáng)學(xué)習(xí)者的參與性與實(shí)踐動手能力。

相比傳統(tǒng)的主要提供音視頻及超文本內(nèi)容的遠(yuǎn)程教育資源來說，若能用VR系統(tǒng)構(gòu)建高度仿真的學(xué)習(xí)資源校園，我們就可以克服由于交互性或互動性不足所帶來的一系列問題。世界各地的師生可以使用VR校園的軟硬件客戶端，通過互聯(lián)網(wǎng)連接到同一個虛擬學(xué)習(xí)資源校園中，像真實(shí)處在相同地理位置的學(xué)生一樣進(jìn)行學(xué)習(xí)活動。

3虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用于移動學(xué)習(xí)所面臨的問題與挑戰(zhàn)

盡管VR技術(shù)極大地改善了移動學(xué)習(xí)的交互性問題，起到了非常好的支持和補(bǔ)充作用，但在技術(shù)、應(yīng)用及資源等方面都存在缺陷與不足，VR技術(shù)要運(yùn)用于移動學(xué)習(xí)，仍需應(yīng)對諸多挑戰(zhàn)。

3.1技術(shù)層面

VR的關(guān)鍵技術(shù)主要包括虛擬環(huán)境與三維圖像計(jì)算機(jī)處理技術(shù)、位置信息追蹤技術(shù)、傳感器技術(shù)、多感知反饋系統(tǒng)及應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)工具等。理想的VR體驗(yàn)是基于計(jì)算機(jī)生成逼真的動態(tài)三維虛擬情景，使用者能夠通過VR設(shè)備感應(yīng)到視、聽、觸等多覺認(rèn)知，計(jì)算機(jī)能通過位置信息追蹤采集使用者的臉部、手部及肢體信息，并做出及時的反饋與響應(yīng)。國內(nèi)市場上應(yīng)用于教學(xué)的VR產(chǎn)品功能較為單一，系統(tǒng)技術(shù)較薄弱，只能做到視覺、聽覺方面的感知，虛擬物品分辨率較低，在功能結(jié)構(gòu)、用戶體驗(yàn)上都存在不足。VR技術(shù)要運(yùn)用于移動學(xué)習(xí)，各項(xiàng)核心技術(shù)仍有待提升[4-5]。

3.2應(yīng)用層面

網(wǎng)絡(luò)速度的提高已經(jīng)可以滿足移動學(xué)習(xí)的需求，VR的應(yīng)用可通過智能手機(jī)、VR眼鏡和VR播放器就可以實(shí)現(xiàn)，但要建立一個高質(zhì)量的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，所用的VR應(yīng)用設(shè)備卻要求較高。首先，硬件方面須準(zhǔn)備高精度數(shù)據(jù)手套、頭盔顯示器HMD、空間定位器及立體投影顯示器等設(shè)備，還需要配套開發(fā)可移動設(shè)備，而這些硬件的價格都非常高;其次，要想獲得具體場景的實(shí)時渲染效果，還需要高性能的圖形工作站以及相關(guān)的數(shù)據(jù)處理軟件。這些配套要求可能會令一些學(xué)校望而卻步，同時也就不利于VR在移動學(xué)習(xí)中的應(yīng)用與推廣。

3.3信息資源層面

現(xiàn)階段VR技術(shù)主要應(yīng)用在游戲、影視方面，在教學(xué)方面的應(yīng)用較少，學(xué)習(xí)資源匱乏，內(nèi)容稀缺，無法支撐龐大的移動學(xué)習(xí)群體需求。教育最重要的是內(nèi)容與質(zhì)量，好的內(nèi)容才值得被接受與推崇。而VR教育仍處于起步階段，開發(fā)人員少，挖掘的內(nèi)容不夠豐富，發(fā)展形態(tài)不夠成熟。一套完整的VR教學(xué)系統(tǒng)往往需要海量豐富的視音頻、圖像和長期積累的學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)情況等數(shù)據(jù)存儲作為支撐，系統(tǒng)才能夠通過大數(shù)據(jù)識別、對比和分析學(xué)習(xí)者在虛擬場景中進(jìn)行的交互，重構(gòu)出最終的反饋影像。這樣的教學(xué)系統(tǒng)開發(fā)周期長、技術(shù)要求高、消耗費(fèi)用大。VR移動學(xué)習(xí)要推廣普及，仍需要眾多教育事業(yè)工作者開發(fā)更多的VR學(xué)習(xí)資源與教學(xué)資源。

4結(jié)束語

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能為移動學(xué)習(xí)注入全新活力，提升學(xué)習(xí)者抽象思維能力、空間想象力及創(chuàng)造力，突破時空限制，為他們提供廣闊的學(xué)習(xí)可能，并帶來更多樣化的發(fā)展方向。盡管它在技術(shù)、應(yīng)用、信息資源等方面還有待開發(fā)，相信隨著計(jì)算網(wǎng)絡(luò)與信息技術(shù)的不斷發(fā)展，硬件、軟件的更新?lián)Q代，技術(shù)人員的開拓創(chuàng)新，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)必將突破重重挑戰(zhàn)，為未來教育帶來機(jī)遇。

新的VRT將緊密結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+”、人工智能等前沿技術(shù)，促進(jìn)教育和信息技術(shù)的現(xiàn)代化整合，其性能也會越來越好，能夠提供的體驗(yàn)也會更加貼近真實(shí)，當(dāng)然成本也會降低。到那時，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)必將會在移動學(xué)習(xí)中得到廣泛的普及應(yīng)用，未來的VR移動學(xué)習(xí)必將成為教育領(lǐng)域的一大亮點(diǎn)。

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（責(zé)任編輯白麗媛）