近十年虚拟现实技术在教育领域的相关研究论文综述

　　摘要：对2000—2009年近十年间虚拟现实技术在教育、教学领域相关应用的189篇文献采用内容分析法进行了梳理与统计，在数据分析的基础上得出目前该技术在教育领域的研究现状及其发展趋势，并指出研究中存在的一些问题。
　　关键词：教育领域；虚拟现实；内容分析
　　
　　虚拟现实是继多媒体、计算机网络之后，在教育领域内最具有应用前景的“明星”技术，它能够运用计算机对现实世界进行模拟仿真，从而能较好地解决学习媒体的情景化及自然交互性的要求，为教育教学注入新的活力。虚拟现实领域发展至今，已逾十年，研究取得了丰硕的成果。笔者通过对当前研究者在教育领域中虚拟现实的研究现状的分析，从理论层面和技术应用角度探讨了虚拟现实的相关研究特征和发展趋势，以期为进一步的研究与实践提供参考。
　　1研究方法与数据
　　1.1研究方法与工具
　　本文的研究方法采用内容分析法，它是进行教育技术学研究的一种专门方法，是对传播内容做客观而又系统的量化并加以描述的一种研究方法。内容分析实际上是以预先设计的类目表格为依据，以系统、客观和量化的方式，对信息内容加以归类统计，并根据类别项目的统计数字，做出叙述性的说明[1]。
　　1.2资料来源
　　本研究资料来源于中国学术期刊全文数据库，限定时间为2000—2009年，按主题“虚拟现实”进行检索，结果有将近2万余条。为此，我们从《中国电化教育》、《电化教育研究》、《中国远程教育》、《现代教育技术》、《开放教育研究》、《远程教育杂志》、《中国教育信息化》、《系统仿真学报》、《计算机仿真》、《计算机辅助设计与图形学学报》十类期刊中，统计与虚拟现实在教育领域的研究相关的文章。以输入“虚拟现实”为主题，在上述期刊中共搜到文章943篇(教育技术类147篇，计算机类796篇)，其中与本研究工作密切相关的文章有189篇(教育技术类99篇，计算机类90篇)。本研究将从研究内容、发表时间等几个维度对这些论文进行划分，并以此为类目进行内容分析。
　　2研究过程与数据分析
　　2.1内容分析过程
　　本研究以检索到的相关的189篇文章作为内容分析的样本，并按照理论研究、学习环境与学习资源等对其进行分类，为了将信息全部包含在分类中，特增加其他一栏。根据需要，以篇为分析单元并组成三人小组进行分析评判，结果如表1所示。
　　2.2研究数据与情况分析
　　根据不同年度和类别对样本进行分类和统计，可得到如表1所示的数据(表1)。
　　结合表1，根据已划分的类目对其进行分类和统计，得到图1。从该图可以看出，本领域内学术论文的研究内容主要集中在虚拟学习资源建设方面，在2000—2009年间所有论文中，有69篇论文是与学习资源建设相关，占论文总数的37%。另外，在理论研究和学习环境研究方面也是研究者们关注的焦点，分别占论文总数的16%和20%。显而易见，理论、学习环境和资源建设三大方面的研究是虚拟现实技术在教育领域研究的重心。
　　其次，考虑到关注该领域的主要研究者是计算机专业和教育技术学专业的相关研究人员，我们首先将期刊论文按学科进行分类，然后在此基础上，根据专业期刊类别进一步细化，得到表2。从近年来期刊对领域的关注度来看，计算机类期刊关注度比教育技术
　　类稍高。由表2我们得出如图2所示的期刊年度论文数量统计曲线，图2的小计1(教育技术类杂志)曲线表明，从2000—2002年论文数量渐增，2003—2006年进入低迷期，2007年又逐渐兴起相关研究；从小计2(计算机类杂志)可以看出，2001年是研究高峰，2002—2005年也有所回落，2006年有所增强，2007—2009年间研究程度也一般。从论文发表总量看，由2000年的12篇增长到2009年的31篇。总体来说，在2000—2009年间，虚拟现实技术在教育领域的研究进展与Gartner Group[2]提出的“新技术宣传曲线”是一致的，即发展中技术的见报程度，随时间的发展遵循一定的模式。
　　图2期刊年度数量统计
　　第三，虚拟现实领域的研究内容非常丰富，根据领域类研究论文的内容，我们将虚拟现实的相关研究内容归纳为理论基础、概述类、应用效果、虚拟校园、虚拟教室、虚拟实验室、虚拟演播室、仿真教学平台、学科教学、开发工具、远程教育、分布式VR、虚拟学社、漫游系统、教育游戏、企业培训和虚拟博物馆等17类。近十年来，其研究内容和论文数量呈现关系如图3所示。从研究内容上看，在近十年的研究进程中，虚拟现实在学科教学中的应用始终是人们关注的最多的。研究内容排前三的分别是学科教学、虚拟实验室、仿真教学平台。在头3年中，人们对虚拟现实理论方面研究还不多。虚拟演播室和虚拟学社方面的研究论文相对较少，虚拟演播室的相关论文仅在
　　2001年有1篇，虚拟学社方面的论文直到2007年才开始出现。值得关注的是，随着教育游戏的兴起，虚拟现实也渗入到了游戏领域，2006年开始后陆续已有教育游戏和虚拟现实相关的论文。2006至2009年，研究范围已发展到教育游戏、虚拟学社、虚拟博物馆价等各个领域。
　　图32000—2009年各领域研究论文总量
　　第四，通过考察论文的发表时间和研究内容的关系(表3)，我们可以看出，虚拟现实的应用效果逐渐得到了研究者的关注。任何一项新技术刚开始人们仅仅关注技术本身，但随着技术的成熟，研究者把视角转移到了学习效果上。从2003年开始已有2篇相关的文章，2007年1篇，到了2008年升至3篇，2009年有2篇。
　　3主要的研究结论
　　3.1研究现状
　　目前在教育领域研究应用的虚拟现实技术基本是属于桌面级虚拟现实类型。所谓桌面级虚拟现实[3]，是指用PC机和低端工作站进行模拟仿真的虚拟现实技术，将计算机屏幕用作用户观察虚拟境界的一个窗口，使用简单的外部设备(如鼠标)来观察360°范围内的虚拟世界，并操纵虚拟场景中的各种物体。它是一种纯软件解决方案，我们可以应用VRML语言、全景环视技术、Java语言等技术来实现虚拟现实，是一种提供初步虚拟现实体验的技术，其最鲜明的特点就是开发成本低，使用简单，便于推广。由于这样的特点，使得虚拟现实在教育领域中的广泛应用成为可能。
　　正如其他新兴技术一样，虚拟现实技术也是许多相关学科领域交叉、集成的产物。虽然该领域的潜力是巨大的，应用前景是广阔的，但仍存在着许多尚未解决的理论问题和有待克服的技术障碍。
　　1) 缺乏需求分析。教育本身强调“因材施教”，可现在大多利用虚拟现实技术制作的平台、资源(课程、课件、虚拟实验室平台)都缺乏对学习者的个性分析，这些资源差不多可以说是“演示型”课件的翻版，这样不利于学生的个性化发展。
　　2) 缺乏应用效果研究。对虚拟现实技术在教学中的应用效果研究不够，很多都是追新，从某种意义上说实用意义不是很大。最近，人们才开始对虚拟现实教学应用效果有所关注，尤其是教育技术工作者，这是因为我们在教育中应用、推广信息技术的主要目的只有一个，那就是促进有效学习。
　　3) 技术本身的缺陷。尽管虚拟现实技术有着“21世纪的明星技术”的美誉，在虚拟仿真情境中进行观察和交互可促进知识的学习，促进自主创新。虚拟实验室避免了真实实验或操作带来的各种危险等。但它本身仍存在一定的不足，即使它的沉浸程度很高，与真实环境相比，仍是无法取代的，毕竟“人—机交互”缺乏情感等因素，有些学习者无法适应虚拟世界。
　　
　　3.2发展趋势
　　随着虚拟现实技术的不断深入，其发展主要呈现以下几种趋势：
　　第一，从研究的广度上，可以看到研究范围由最初的集中于学习资源与学习环境的构建的研究扩展到教育游戏、虚拟学习社区、虚拟校园、培训、效果评价等各个方面，研究覆盖面不断扩大。
　　第二，研究的重心也在发生着变化，对技术在教育中的应用效果的反思受到广泛的重视，尤其是教育技术研究者的重视。在开发了大量资源及平台之后，如何实现资源的共享，如何实现资源的有效利用，如何对资源进行评价，如何消除信息孤岛问题受到人们的重视。因此，教育技术类期刊中很大一部分论文都是对技术应用于教育的反思。
　　第三，虚拟学习资源建设方面主要是教学设计和系统架构，很多论文关注开发工具的使用。一部分文章已经开始研究虚拟现实和网络技术的融合，随着网络技术的发展，通过网络开展虚拟实验目前正越来越被人们所重视。网上虚拟实验室不仅为实验类课程的教学改革及现代远程教育提供了技术支持，还为学习者开拓思维，积极创新提供了新的平台，也是人们对已有概念进行深化和获取新知识的有力工具。例如，目前已经有不少学科的虚拟实验室网站，所包含的内容也十分丰富。利用网上虚拟实验室，无论学生还是教师，都可以不受时空限制，自由地进入虚拟实验室去体验学习的快乐。
　　另外，虚拟现实技术在理论基础方面，越来越强调教学系统设计理论的应用；在教学应用方面，强调
　　网络教学模式的探索和研究；在技术上，强调场景建模、bcb21bb79eef9a8c4a74296f5b4f752f虚拟效果等技术的攻关；在开发中，强调操作便捷、学科特点突出，研制开放、协作的仿真平台。
　　4结语
　　通过上述分析，我们得出如下结论：目前虚拟现实技术在教育领域的研究热点仍是虚拟资源的建设研发和虚拟学习环境的研究。在开发方面，新的教育理念、教育方式等新的学习设计思想将成为指导虚拟环境构建和资源开发的理论基础，而Web2.0、分布式理论技术等新技术的发展也必将为虚拟平台的开发提供新的动力支持。
　　参考文献：
　　[1]