虚拟现实在教育应用中的问题及改进策略

☆佟海静 傅钢善

（陕西师范大学新闻与传播学院，陕西西安 710062）

一、虚拟现实技术介绍

虚拟现实技术是指运用计算机技术产生一个三维的虚拟空间，对现实世界进行仿真。它不仅提供了现实世界中事物的基本属性，而且形成了逼真的视觉、听觉，甚至嗅觉、触觉等感觉效果。虚拟现实技术涉及了传感技术、三维技术、人工智能和仿真技术等等，虚拟现实概念模型如图1。[1]虚拟现实有四种基本类型：沉浸型、桌面型、共享型和增强现实型，[2]其特征是具有一定的交互性、能突破时空的限制、共享性、协作性和构想性。[3]

图1 虚拟现实概念模型

虚拟现实技术的发展已经进入了一个相对稳定时期，在许多领域已经有许多相关的应用。近年来，由于网络虚拟社区的兴起，虚拟现实技术和网络技术的结合再次受到人们的注意。本文主要分析虚拟现实技术在教育应用过程中出现的问题，并且针对这些问题提出了改进策略。

二、国内外虚拟现实技术在教育领域的应用状况

在国外，虚拟现实技术在教学领域发展得比较早。北卡罗来纳大学（UNC）的计算机系是进行虚拟现实研究最早的大学，主要研究分子建模、航空驾驶、外科手术仿真、建筑仿真等。麻省理工学院（MIT）是研究人工智能、机器人和计算机图形学及动画的先锋，1985年MTI成立了媒体实验室，进行虚拟环境的正规研究。[4]许多高校使用虚拟现实技术开发了虚拟的物理实验室、生物实验室，使得研究人员可以在虚拟的环境下进行各种实验，从而降低了实验的成本和提高了研究效率。印第安纳大学应用桌面型虚拟现实技术培养学生对太阳——地球关系的理解，不但增强了学生对相关概念的理解，也大大减少了学生的错误认识。[5]

相比之下，国内虚拟现实技术起步比较晚，技术方面也相对落后。1996年，天津大学在SGI硬件平台上，基于VRML国际标准，最早开发了虚拟校园，[6]随后虚拟现实技术在理工科类专业上的应用得到了推广，尽管虚拟现实技术的开发成本高，但在一些特定的专业领域确实取到了良好的教学效果。

三、虚拟现实在教育应用中存在的问题

虚拟现实技术在教育中的应用主要表现为基于虚拟学习环境的学习。因此，本文从两个维度分析虚拟现实在教育应用中存在的问题：一是从虚拟现实技术本身出发来探讨；二是从虚拟现实技术支持下的虚拟学习环境建设出发探讨。后文的改进策略探讨也分别对应这两个方面。

（一）从虚拟现实技术角度

1.虚拟现实技术支持下的学习环境对学习者的心理产生负面影响

当教学软件自由度过大或者娱乐性过强的时候就会对学习主体产生一系列负面影响。虚拟现实环境会让学习者处于一个全景式、逼真的三维空间里面，有时会让自主学习能力比较差的学生难以从虚拟环境中抽离出来，而且如果学习者长时间处于虚拟的环境中，当他回到现实中时会产生一定的落差，而这种落差可能是负面的，甚至会是危险的；而另一方面虚拟游戏会让学习者过于沉溺，导致学习精力分散，反而影响学习效果，而且会影响学生的学习心态。

2.虚拟现实技术在教学过程中的盲目推广

虚拟现实对于一些学习科目和领域有着相当大的辅助作用，但这并不意味着虚拟现实技术应该在教学领域进行全面、盲目的推广。开发一套虚拟现实系统，花费的人力、物力有时是十分巨大的，所以，对于一些运用虚拟现实技术并不能起到显著效果的学科和研究项目，就没有必要利用虚拟现实技术来进行教学或者研究。

（二）从虚拟现实技术支持下的虚拟学习环境建设角度

1.忽视学习者的学习风格

不同的学习者，学习风格不尽相同，现在虚拟现实技术下的学习系统往往对于学习者学习风格不够重视，处理过于单一，不能解决学习者个别的问题和特殊的学习偏好，所以，虚拟现实技术在如今提倡学习个性化的教学领域需要在学习模式个性化设置，学习活动个性化安排方面进行优化。

2.缺少导航设计

一般桌面型虚拟现实系统比较容易实现导航，但是对于比较复杂的虚拟现实系统，例如：沉浸型虚拟现实系统，或者其他注重学习环境效果的逼真度的虚拟现实学习系统，导航的实现经常被忽略，而实现起来还要注意其形式，其实现所需的技术与技巧都是比较复杂的问题。

3.缺少及时的反馈和评估

虚拟现实环境由于追求对现实模拟的逼真度，往往把技术重点放在对介入者动作的输入处理和刺激信号的产生上，但是对于学习者的操作是否正确，学习效果如何，虚拟现实环境都很少有给予具体的及时的反馈和评价，甚至根本就缺乏评价的标准。

四、虚拟现实在教育应用中的改进策略

针对虚拟现实在教育应用中存在的问题，笔者提出了以下几个方面的改进策略。

（一）虚拟现实技术支持下的场景设计和控制

虚拟现实技术支持下的学习系统强调学习者在学习过程中对所学知识意义的主动建构，以及对情境的主动探索。在虚拟现实中，学习者作为学习过程中的主体，使用一个虚拟角色参与虚拟世界的教学活动，虚拟现实系统提供与现实世界相同或者是相似的学习体验和真实感。但是，虚拟现实系统往往自由度过大，提供的虚拟环境和虚拟游戏娱乐性过强，并且虚拟世界和现实世界毕竟存在差别，在学习过程中学习者容易偏离学习目标，造成学习效果不理想等问题。所以，虚拟现实系统的设计要能让学习者在自觉进行意义建构的同时紧扣教学目标，因此，一方面虚拟现实系统设计要提高系统友好性，关注用户体验，引起学习者的学习兴趣；另一方面应建立有效的管理机制和评价反馈机制，提醒学生区分虚拟与现实的界限。

（二）虚拟学习环境的个性化设计

1.学习者学习风格分析

要设计个性化的学习系统，必须对不同学习者的学习风格进行分析。学习者学习风格一直是教育心理学里面一个热门的研究课题。它是学习者在知识构建过程中的个体特征的表征，包括对知识构建的方法和策略，对其过程的习惯或者倾向，主要包括学习者的生理、心理和社会三个层面的组成要素。

2.虚拟学习系统个性化设计

（1）设计应考虑学习者的学习偏好。虚拟现实系统应清楚学习者的学习偏好，能让学习者设置一些系统参数，如：学习资源的呈现形式、课程推荐和学习难度的设置，系统按照学习者的偏好提供学习资源和给予指导，以提高学习者的兴趣和学习的动机，保证学习者学习的积极性。

（2）设计应遵从学习者的学习路径和智力发展水平。虚拟现实系统通过记录学习者的学习轨迹，对学习者的学习经历进行跟踪和分析，从而清楚学习者的智力发展水平，在此基础上为学习者提供合适的个性化的学习资源。

（3）为学习者提供个性化的评价方式。对于不清楚自己学习水平的学生，利用评价手段来安排学习者的活动、资源和学习目标、学习任务，是确保学习质量的一个重要辅助手段。

3.导航设计策略

虚拟现实学习系统给学习者提供了一个相对自由的学习空间，学习者可以在这个空间中自由探索，具有一定的自由度。这一点与建构主义倡导的以学生的“学”为主的教学观点相符，可以充分调动学习者的积极性和主动性，促进其知识结构的积极建构。但在虚拟学习环境中，需要导航设计来引导学习者的行为，防止学习者在学习的过程中迷失方向，所以，虚拟现实的导航设计对于指导学习者具有重要的意义。

（1）用导航增进用户对虚拟现实系统的认识。对于刚刚接触虚拟现实系统的用户来说，一个简单的介绍和引导是很有必要的，它能帮助用户对系统形成初步的认识，而不至于对于整个系统完全没有认识感到茫然和不知所措。这个介绍应简单而不累赘，只要让学习者明白该系统的设计目标和意义，从而对系统的整体结构有个初步了解即可。

（2）虚拟场景导航。当学习者身处某个场景时，为让其能够快速地掌握重点知识从而达到预定的教学目标，应对学习者在场景中的行为进行一定的引导，为其提供一些指导性的反馈和帮助。如：使用平面结构设置导航信息；使用动画的形式设置导航信息；利用视点切换进行导航；利用汉字贴图进行导航。

五、总结

虚拟现实技术是计算机领域的热门话题，也因为其自身的优势而在教育领域得到发展和推广。然而，虚拟现实技术应用于教学的过程中却存在不少问题。本文对虚拟现实技术在学习者学习过程中产生的问题进行分析，并且提出了虚拟现实设计和使用过程中的改进策略。但是本文还缺少具体的虚拟现实系统案例支撑，只是从理论角度探讨了虚拟学习系统的教学应用相关问题，要全面解决虚拟现实技术应用于教育教学中的问题，还需要继续进行更深层次的研究。

[1]张璇.虚拟现实技术在实验教学中应用的探讨[J].益阳职业技术学院学报,2009,(2):64－66.

[2]刘振华.虚拟现实技术在教育领域的应用研究[J].滨州职业学院学报,2006,(3):38－41.

[3]徐辉，马秀峰.虚拟现实教育应用探析[J].山西师范大学学报(自然科学版)研究生论文专刊，2010,24(S1):95－97.

[4]恽如伟.虚拟现实的教学应用及简易虚拟学习环境设计[D].江苏:南京师范大学,2005.

[5]郭天太.虚拟现实技术在高等教育中的应用及其意义[J].宁波大学学报(教育科学版),2006,(1):103－106.

[6]梁华勇.虚拟现实技术及其在高校中的应用[J].广东培正学院学报,2005,(4):61－64.

[7]陈晓慧,王月萍.基于学习风格的个性化网络课程教学设计[J].中小学电教,2010,(6):9－12.