權記紅 王青

摘要：VR虛擬現(xiàn)實技術是近期發(fā)展起來的比較熱門的新技術，人們對它在教育教學中的應用前景充滿期待。本文首先介紹虛擬現(xiàn)實技術的基本內(nèi)涵和分類，其次，探討在課堂教學中如何應用虛擬現(xiàn)實技術，主要介紹了立體物體展示、立體空間構(gòu)造、虛擬場景模擬等方面的應用，最后，分析VR技術在課堂教學中的優(yōu)點和不足，以及其給現(xiàn)代教育教學技術帶來的改變。通過本文的介紹，希望讀者能對VR技術在教育教學中的應用有一個大致了解，對VR帶來的改變充滿期待。

關鍵字：VR技術、教育應用、課堂教學

教育技術隨著時代的發(fā)展在不斷的革新，從神話時代伏羲教民結(jié)網(wǎng)捕魚，到孔子言傳身教，從一支粉筆走天下到多媒體視聽教學，教育越來越現(xiàn)代化，而現(xiàn)在VR技術正在為教育帶來一股新浪潮，如果VR能走進課堂，成為平民化教育，必將對我們的教學，尤其是目前熱門的線上教學帶來巨大的變革。

1.VR的概念

VR（Virtual Reality），是虛擬現(xiàn)實的英文縮寫，是利用計算機為用戶提供一個交互式的可沉浸的虛擬三維動態(tài)視景空間，是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統(tǒng)，它的特征主要有多感知交互性和沉浸性等。[1]

VR虛擬按實際應用大致可分為四類：桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)（也稱窗口中的VR），適用于汽車拆裝、機器人拆裝、重型貨架拆裝、動物解剖等理工科專業(yè)，成本相對較低;沉浸虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，使用VR頭盔顯示器把用戶的視覺、聽覺及其他感覺封閉起來，產(chǎn)生身臨其境的錯覺，它的優(yōu)點是用戶全身心地沉浸到虛擬世界中去，弊端是系統(tǒng)設備價格昂貴難以普及推廣;分布式虛擬現(xiàn)實，是在沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)和分布式交互仿真的基礎上建立的;增強現(xiàn)實（Augmented Reality，簡稱 AR），是一種實時地計算攝影機影像的位置及角度并加上相應圖像的技術，這種技術的目標是在屏幕上把虛擬世界套在現(xiàn)實世界并進行互動。本文所涉及的虛擬現(xiàn)實主要指第一種窗口中的VR。

2.VR技術在教育領域的應用現(xiàn)狀

虛擬現(xiàn)實技術產(chǎn)生于20世紀60年代的美國，最近10年，隨著計算機信息技術的快速發(fā)展而在越來越多的領域得到了推廣應用，其出現(xiàn)更使得互聯(lián)網(wǎng)的平面世界出現(xiàn)了三維場景。

虛擬現(xiàn)實技術由于能夠創(chuàng)建與現(xiàn)實社會類似的環(huán)境，解決學習媒體的情景化及自然交互性的要求，因此較早被歐美一些主要國家應用于教育與教學領域。1985年，美國國立醫(yī)學圖書館就開始了人體解剖圖像數(shù)字化研究。隨后，德國的漢諾威大學建立了虛擬自動化實驗室、西班牙大學電子系開發(fā)了電子儀器虛擬工作平臺、意大利帕瓦多大學建立了遠程虛擬教育實驗室、新加坡國立大學開發(fā)了遠程示波器實驗和壓力容器實驗等。1995年，在互聯(lián)網(wǎng)上首次出現(xiàn)了“虛擬解剖”實驗。

與發(fā)達國家相比，我國虛擬現(xiàn)實技術的開發(fā)和應用還存在差距，但這種差距已引起有關部門和科學家們的高度重視，并根據(jù)我國國情制定了開展虛擬現(xiàn)實技術及相關技術領域的研究。新興的創(chuàng)業(yè)公司、VR的硬件公司以及傳統(tǒng)的教育公司和內(nèi)容研發(fā)公司也紛紛積極布局參與VR教育。國家政策與環(huán)境的利好也有助于VR教育的發(fā)展。國家教育事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃提出鼓勵利用VR探索未來教育的新模式。此舉推進了我國各地市的教育規(guī)劃政策的出臺，各地也加大力度發(fā)展VR產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟配套。

清華大學利用虛擬儀器構(gòu)建了汽車發(fā)動機檢測系統(tǒng);華中理工大學機械學院工程檢測實驗室將其虛擬實驗室成果在網(wǎng)上公開展示，供遠程教育使用;復旦大學、上海交通大學、廣州暨南大學等一批高校也開發(fā)了一批新的虛擬儀器系統(tǒng)用于教學和科研。[2]由上可知，虛擬現(xiàn)實技術雖然在國內(nèi)外的教育教學中有所應用，但在我國教育中的使用僅局限于高校的研究性和探索性教學當中，而對廣大普通大、中、小學生的普及則遠遠不夠。

VR技術廣泛應用于教育領域，雖然形勢一片大好，但VR教育市場目前仍處于發(fā)展的初期，還有很多問題需要解決。VR教育市場目前的一個顯著特點就是呼聲高，雨點小，落地慢，想象空間巨大但實際應用很少，期望高失望也高。雖然在一些學校和機構(gòu)已經(jīng)落地，但也僅僅是形象工程，沒有發(fā)揮VR實際的教學價值。

3.VR在線上線下課堂教學中的應用

課堂教學是教學的主要方式，也是虛擬現(xiàn)實運用于教學的主要戰(zhàn)場。VR本身也離不開網(wǎng)絡，因此隨著線上教育的發(fā)展，其必將在未來的線上教學中占據(jù)舉足輕重的地位。目前國內(nèi)大多數(shù)的VR教育企業(yè)都采用頭盔式VR裝備應用于教學當中，事前把課堂教程編排好，情景式教學內(nèi)容設置給用戶帶來沉浸式的教學體驗，學習就像看電影，從一定程度上增加了學習的樂趣，補充了教學素材。根據(jù)不同的學科，虛擬現(xiàn)實發(fā)揮著不同的作用，主要有以下方面的應用：立體物體的展示，立體空間的展示，展品的介紹，虛擬空間的營造與構(gòu)建，虛擬場景的構(gòu)造。

在課堂教學中我們往往需要向?qū)W生展示一些實物，如高中數(shù)學三視圖的學習中，為了讓學生更直觀的感受立體圖形的三視圖，教師常采用的方法有：1.做好三棱錐、正方體等模型，從不同角度讓學生觀察，很實用，但是由于學生所處位置不同，觀察角度實際是不同的，而且后面同學可能看不清楚，教師做模型也比較費時費力;2.利用圖片，通過投影儀展示，方便快捷，但不夠直觀，且這種展示只能提供某一個或幾個視角;3.利用計算機三維造型或動畫軟件如幾何畫板、3dsMAX，建立模型，通過旋轉(zhuǎn)展示各個視角，相對前兩種比較理想，但學生不能按照自己意愿隨意選擇視角。通過虛擬現(xiàn)實，我們可以構(gòu)建一個與實物同樣的三維物體，如采用3dsMAX建模，存儲為VRML格式，然后在VRML播放器中使用。讓學生從各個視角去觀察，一則省卻了實物的制作，二則讓學生按照自己的意愿去觀察。

立體空間是指在現(xiàn)實世界中存在的或者根據(jù)歷史資料在歷史中曾經(jīng)真實存在的空間。[3]在教學中，由于條件的限制，不方便讓學生進入這些空間，只能夠通過教師的描繪來激發(fā)學生的想象，在學生的頭腦中創(chuàng)建出這個虛擬的空間來。但是使用虛擬現(xiàn)實，我們不僅能在學生頭腦中建立這些空間，而且可以讓學生看得見、聽得見，甚至可以摸得著。在虛擬現(xiàn)實的教學課堂上，不論是造價上億的高鐵動車，還是復雜抽象的機器模型均可在空間中呈現(xiàn)立體的虛擬影像，手指仿佛可以穿透影像，所見即所得，苦思冥想?yún)s終不得解的難題迎刃而解。教學實訓變的如此簡單，這些的確都是VR賦予教育的強大助力。

虛擬場景是指在現(xiàn)實生活中可能出現(xiàn)的一些場景，通過虛擬現(xiàn)實在不同的時間或地點表示出來。[3]這在中學語言教學中應用非常廣泛。作為語言學科的語文或英語在教學過程中經(jīng)常采用情境教學法。在以往，學習情境的創(chuàng)設只能通過教師的言語，圖片的展示，或者一些錄像。而現(xiàn)在，可以通過計算機虛擬出這些場景。如：在中學語文教學中，經(jīng)常會用情景再現(xiàn)的手法教學，比如為體會黛玉葬花的凄美，可以重新構(gòu)造黛玉葬花的場景，學生進入這個完全虛擬的世界，可以同扮演著各種角色的虛擬演員談話，可以了解大觀園的周邊環(huán)境，從而更好地理解黛玉葬花所蘊含的情感和思想。英語教學中，當學生戴上VR設備，出現(xiàn)在眼前的就是一個虛擬的教室，里面有一間虛擬的外國教師通同學生對話，當談到去草原看看，場景立刻切換到草原，在教師的帶領下學生可以在虛擬的草原中觀察各種動物，并與教師用英語進行交流討論。

VR技術如果能真正的應用于課堂，對目前熱門的線上教學也會起到很好的助推作用。其沉浸式體驗模式，可以提高線上教學的效率。如果技術允許，我們可以實現(xiàn)一種虛擬課堂，虛擬教室，學生一旦打開線上直播課堂，進入VR模式，就會與老師同學一起進入教學情境中，解決現(xiàn)在線上教學不能有效交流溝通和監(jiān)督的一大難題。現(xiàn)有技術其實已能實現(xiàn)該要求，比如火爆網(wǎng)絡的游戲“王者榮耀”本質(zhì)上也是一種沉浸式體驗，其體驗感吸引了無數(shù)人參與。如果能把游戲里面的角色換成教師與學生，將其中的游戲場景換成教學場景，我相信線上教學必然會變得生動有趣更加吸引力，只可惜現(xiàn)在成本與技術要求均過高，要想真正應用還有很長的一段路要走。

除此之外，VR技術還可廣泛應用于科學研究、虛擬實訓、虛擬仿真校園、情景化測試等各種教育場景。利用虛擬現(xiàn)實技術進行虛擬實驗，學生在虛擬實驗環(huán)境中，可以放心地去做各種危險的實驗。例如：在大學中，虛擬的飛機駕駛教學系統(tǒng)，可免除學員操作失誤而造成飛機墜毀的嚴重事故。

4.VR技術應用在課堂教學的優(yōu)勢和不足

傳統(tǒng)教學主要是以教師為中心，學生處于被動的學習環(huán)境，教學內(nèi)容、結(jié)構(gòu)、教學方法都是由教師決定的，現(xiàn)代化的教學要求教師為主導學生為主題。虛擬現(xiàn)實技術有利于創(chuàng)造以學生為中心的個別化教學環(huán)境，能夠把教學中的抽象概念原理、真實的實驗過程等形象生動地表現(xiàn)出來，給學生創(chuàng)設真實學習情境，幫助學生獲得示范性的知識，把握概念原理的實質(zhì)，有良好的人機互動功能。它營造了“自主學習”的環(huán)境，由傳統(tǒng)的“以教促學”的學習方式代之為學習者通過自身與信息環(huán)境的相互作用來得到知識、技能的新型學習方式，促進了教育方式的創(chuàng)新和教學方法的變革。VR虛擬現(xiàn)實應用于教育是教育技術發(fā)展的一個飛躍。

將VR技術融入教育教學，能夠使得教學手段更科學化、更高效化，能提供直觀的、形象的多重感官刺激的視聽覺材料。利用虛擬技術開發(fā)出一系列由硬件、軟件、控制系統(tǒng)、教材、教案、試卷等組成的教學方案，圍繞學科課程、地方課程以及校本課程，實現(xiàn)教學創(chuàng)新、學科融合及延伸，讓學習更有趣、更安全、更主動，有利于學生知識的獲取和增長，培養(yǎng)有創(chuàng)新意識的綜合性人才。

VR技術在教育應用中也存在一些問題。第一，相關技術不成熟，虛擬現(xiàn)實的效果有待加強，VR目前硬件技術尚不能提供很好的沉浸式體驗，包括屏幕的刷新率、計算系統(tǒng)的運算能力、設備的體積及重量，設備舒適度欠佳和安裝調(diào)試過程復雜;此外，空間定位追蹤技術和交互技術標準不統(tǒng)一;網(wǎng)絡傳輸?shù)然A建設有待提升。第二，內(nèi)容的稀缺。目前沒有成體系的VR教學課件內(nèi)容，而內(nèi)容定制化生產(chǎn)的成本又很高，VR行業(yè)缺少行業(yè)標準致使通用性受到限制。不過，VR優(yōu)質(zhì)內(nèi)容的稀缺不是VR教育單獨面臨的問題，是整個VR行業(yè)的問題。第三，虛擬技術出現(xiàn)在課堂中，會相對的減少人與人之間的直接交流，長時間操作計算機可能會導致學生社會交往能力下降，這也是需要特別警惕的地方。

隨著虛擬現(xiàn)實技術的不斷發(fā)展和完善，以及硬件設備價格的不斷降低，我們相信，虛擬現(xiàn)實技術以其自身強大的教學優(yōu)勢和潛力，將會逐漸受到教師的重視和青睞，最終在教育、教學以及培訓領域廣泛應用并發(fā)揮其重要作用。

參考文獻：

[1]360百科.vr虛擬現(xiàn)實技術.https：//baikeso.com/doc/ 5412367-5650493.html

[2]趙士斌.虛擬現(xiàn)實技術進入高校教學的研究與實現(xiàn)[J].電化教育研究，2001（2）.

[3]梁琨.黃小麗.虛擬現(xiàn)實技術在教育中的應用探討[J].軟件導刊.教育技術.2008（3）.

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