虚拟现实技术在教育中的应用探究

☆ 薛梦婷 王 清

（安徽师范大学教育科学学院，安徽芜湖 241000）

虚拟现实技术在教育中的应用探究

☆ 薛梦婷 王 清

（安徽师范大学教育科学学院，安徽芜湖 241000）

虚拟现实技术是高新技术产业的热门技术之一，随着信息技术的飞速发展，知识与技能也以惊人的速度更新换代，虚拟现实的发展创新为学习、工作、生活提供了良好的技术支持，极大地扩展了模拟情境的可能性，推动了科学社会前进的脚步，变革了科技发展的格局。虚拟现实是未来信息技术互联网研究的重要组成部分，时代需要虚拟现实。本文主要研究虚拟现实在教育领域中的应用，包括桌面虚拟现实的应用、沉浸式虚拟现实的应用、增强现实性虚拟现实的应用、分布式虚拟现实的应用，通过文献调研等研究方法，对虚拟现实技术的发展进行了梳理，以期对今后的相关研究提供参考和借鉴。

虚拟现实；信息技术；教育应用

虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术也被称为灵境技术或人工环境，是一种高级的人机交互技术，VR计算机高级人机界面以沉浸性、交互性和构想性为基本特征。它通过计算机模拟产生一个让使用者如同身临其境一般的虚拟三维空间，使用者利用视觉、听觉、触觉等感官来体验虚拟场景里的事物，能够通过自然语言、肢体语言等与他们实时互动，创造一个人适化的多维信息空间[1]。

随着虚拟现实技术的出现，国内各高校在一些相关领域逐步开展课题研究。VR应用于教育是教育技术发展的一个高层次提升，VR技术开始作为一项新技术走进师生的视野。VR技术应用在教育教学中为广大教师提供了一种全新的教学手段的同时也为学生提供了更高层次的学习方式。虚拟现实技术的稳定发展，必将从本质上变革人与计算机系统的交互模式[2]。

在传统的教育理论中，学习环境、学习氛围、校园文化这三者的差异给学生和教师带来了巨大的影响。仿真校园环境以虚拟现实技术为技术支持，成为VR最先在教育中应用的实例[3]。目前大多数高校开设了以VR技术作为辅助教学工具的计算机、建筑学等有关课程，通过当堂考察学生学习情况、课后提交作业中的反馈和部分学生交流讨论的方式可以确定虚拟现实技术在教学中的应用是成功的。虚拟现实不仅可应用于上述课程的学习中，在我国义务教育阶段中的各门课程中也可以得到应用。本文将重点探究Desktop VR、Immersive VR、Augmented Reality of VR和Distributed VR这四类虚拟现实系统在教育中的应用。

一、利用Desktop VR呈现全方位的教学信息

Desktop VR是指桌面虚拟现实，所谓桌面虚拟现实系统是指参与者在体验虚拟环境时，以个人计算机的屏幕作为实现互动的窗口[4]。它需要参与者利用电脑显示屏幕全方位的观察虚拟状态，使用输入设备来操控其中的对象，由于受到周围现实环境的影响，它的沉浸感较弱，但成本不高，应用仍然比较普遍。其特点在于：投资少、易使用、适应性强、应用面广。

虚拟现实360度的空间特性可以为学习提供一个完美的技术支持，它呈现出的结构感和立体感可以让学生实现对学习对象的全方位观察，通过电子屏幕展现出来的虚拟三维画面，让学习对象的物理属性更加具体化，解决了学生关于学习内容的假想与困惑问题。在化学课堂上，教师可以利用桌面虚拟现实系统的全方位特性展开教学。例如：在学习水分子结构时，学生可以通过电脑显示屏与输入设备实现对分子模型的全方位观察，了解氢原子和氧原子的位置关系，从而学习其结构特征。在学习地理课程时，教师也可以利用这一系统，实现学生对地球的360度观察，使其对地球的七大洲和四大洋的地貌分布有一个直观的认识，通过学生与虚拟场景中地球的互动较为轻松地达到了相应的教学目标。在学习生物DNA分子结构时，教师不用携带沉重的教具进入课堂，而是利用该系统展现出DNA分子模型，运用直观教学法融入课堂，学生能够直接明了地认识学习对象，为进一步的学习奠定良好的开端。

二、利用Immersive VR带来沉浸式学习体验

Immersive VR是指沉浸式虚拟现实，它能为用户带来一种置身于虚拟世界之中的完全沉浸式体验。VR技术利用计算机这一核心设备，生成了具有超越现实感的虚拟境界三维空间，同时计算机也要处理和参与者的动作相适应的数据以满足用户的输入和反馈需求。Immersive VR不仅可以使用户感受到客观世界，体验“VR”系统，还可以打破时空等客观要素限制，置身全新的虚拟空间，其显著特点是：使参与者有置身其中的感觉，这种“真实”的感觉是通过头盔显示器封锁参与者的眼睛和耳朵，从而呈现一个全新的虚拟感觉空间。其次，通过位置跟踪器和数据手套等设备使参与者获得置身其中的感觉。

虚拟现实逼真的沉浸感可以为学习创设良好的情境，它的实时交互性可以实现多方面的交互，通过人想象出来的虚拟环境，开阔人们的视野，拓宽想象空间。利用沉浸式虚拟现实系统可以虚拟各种人物形象，创设交互式学习环境。比如：在英语教学中，教师想要了解学生的英语口语表达能力，这时就可以运用这一系统创设外国教师的形象，通过这种“真实”的学习情境来培养与训练学生的口语语感能力。在思想品德课堂的教学中，学生可以与系统中虚拟的先进道德模范交流，通过学习先进人物的模范事迹，感染和带动学生向他们学习，实现思想品德教育的目标。在语文的古诗文教学中也可以通过虚拟现实“穿越”到古代，身处和诗人同样的环境中感受时代背景，领略诗歌中的景色，体会诗人想要表达的情感。以上三种教学情境是通过沉浸式虚拟现实系统实现的。

三、利用Augmented Reality of VR增强现实感

Augmented Reality of VR是指增强现实感的虚拟现实，参与者在虚拟技术原有的基础之上获得了更强烈的虚拟空间的感受，这种感受是现实中不能或不容易体会到的[5]。典型的案例有：战斗机飞行驾驶员的平视显示器，它可以将飞机各仪表读数和武器瞄准数据投射于安装在飞行员面前的穿透式屏幕上，便于飞行员快速了解战斗准备情况，更准确的锁定敌军目标进行战斗[5]。它的特点是：能够打破时间、空间以及其他客观因素的限制，强调虚实结合。

虚拟现实的增强现实特性十分符合情景教学与建构主义学习。教师在教学中将学生作为主体，学生通过自主学习他们感兴趣的内容，发现学习的乐趣和真理，通过增强现实的虚拟系统开展学习。例如：在之前的地理教学中，教师利用桌面虚拟现实系统使学生全方位地了解了地球，在此基础上，学生在学习物理中重力这一概念时，可以在虚拟的太空世界里体验失重，通过亲身体验的方式学习一个新的概念，使用这种方式进行学习会取得事半功倍的学习效果。在化学、物理类实验中，学生利用增强现实进入一个虚拟的视觉场景中，即使实验过程中出现了错误，也完全不用担心会产生什么不良后果。在生物的学习中，学生可通过虚拟现实的高度仿真性完成青蛙解剖实验，了解进化现象，在体验生命进化演变过程的同时又保护了自然生态环境。

四、利用Distributed VR共享信息，促进交互

Distributed VR是指分布式虚拟现实，互联网将属于不同空间的多位计算机用户联络在同一个虚拟空间，一起进行虚拟交互，成功地打破了空间的限制。虚拟现实系统在分布式环境中运行,在充分利用多台计算机提供强大的计算能力的同时,也考虑到其中某些应用本身具有的分布性特征，例如：多人通过网络计算机进行大规模协作游戏[2]。其特点是：实时交互、资源共享。

在分布式虚拟现实系统中，众多用户可以通过协同工作达到相同的目的并共享信息。通过视频会议系统、聊天室等同步交互媒体，学习者可以开展实时讨论，增加了在线通讯的交互层次，有效促进了学生之间以及教师与学生之间的交互。在教育中，师生之间可以通过这一系统实现教学资源的共享、教学内容的交流以及师生之间的相互学习。学生之间也可以通过分布式虚拟现实进行小组合作学习，通过不同的任务分工自主展开研究，互相帮助，最终完成学习内容的整合，同时也培养了协作能力。

五、结束语

从VR技术的出现到现在的稳步成熟足以看出人们对此项技术的重视程度，VR作为新型的信息技术以其强大的模拟情境功能和人机交互使用户感到有如身临其境，在此技术支持下的教育研究工作得到更进一步的发展创新。

目前，我国在虚拟现实技术上的研究多是在美国研究的基础上开展的，还处于初级发展阶段，存在一些不可避免的问题：我国现阶段对VR技术的某些重要领域和技术热门领域缺少具体的发展计划，因此，在发展和应用VR技术方面，首先应结合本国国情进行推进研究[6]。在迅猛发展的移动网络时代，传统的技术手段在日益涌出的各种高新技术产业地不断冲击下逐步变成“夕阳产品”。受新型科学技术环境的影响，教育手段与方法也在发生重大的变革，虚拟现实在教育中的应用也会随之变得更加广泛和深入。在“互联网+”的时代背景下，各个国家都在推进虚拟现实技术在教育事业当中的运用，我们应当注重多学科的交流与合作，弥补自身的不足，大力发展教育中各项新技术的应用。笔者相信，VR技术在今后的发展道路中会给人类事业带来更大的惊喜，在科学技术的创新中书写新篇章。

[1]王星儒.预测未来虚拟技术在会展艺术设计中的应用与研究[J].计算机光盘软件与应用,2011,(18)：8.

[2]王红兵.虚拟现实技术—回顾与展望[J].计算机工程与应用,2001,(01)：48-51.

[3]梁宇涛.虚拟现实技术及其在实验教学中的应用[J].实验技术与管理,2006,(03)：81-85.

[4]解红涛.基于Web的虚拟现实技术在油田井下及钻井培训中的应用研究[D].大庆：大庆石油学院,2010.

[5]刘志勇.罗定职业技术学院监测系统的设计与实现[D].成都：电子科技大学,2015.

[6]王健美,张旭,王勇等.美国虚拟现实技术发展现状、政策及对我国的启示[J].科技管理研究,2010,(14)：37-40.

[编辑：郑方林]

G434

A

1671-7503（2017）11-0014-03