虚拟现实技术在教育领域的发展思考

钟洁 陈哲 常培俊

【摘 要】文章围绕“保障教育公平和提升教育质量，进一步深化教育综合改革，优化调整教育结构”这一教育改革目标的要求，分析在教育领域应用虚拟现实技术的特点和优势。通过剖析VR教育的现状和应用前景，重点阐明在我国推行VR教育的必要性，以及在我国实施VR教育的具体建议和执行方案。同时，结合当前VR教育研究进展，为未来VR教育描绘了“三步走”的发展方向，竭力为我国实现“促进教育公平”和“提升教育质量”这一愿景助力。

【关键词】虚拟现实技术；教育；教育公平

【中图分类号】G434 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2017）12-0101-03

1 虚拟现实技术的兴起对教育发展的促进

数字时代最大的呈现是人类在现实性的生存和思维方式的基础上，进入了用数字方式去构建事物的虚拟性的生存和思维方式。虚拟的呈现相对于使用者是一种感性的现实，但它却是用数字化的一种表达方式，它是现实事物的数字虚拟的有现实特点的真实数字空间。它是人类科技发展的产物，一定程度上可满足人们在不能亲临现实体验的情况下，真实地感受现实的事物存在。虚拟现实（简称VR）技术的发展，给人类提供了自然和数字2个平台，也就是现实世界和虚拟世界的生活和工作学习体验。它使人的存在方式发生了革命性的变革。

VR技术是数字时代虚拟技术的一种呈现，它是仿真技术与计算机图形学、人机接口技术、多媒体技术、传感技术和网络技术等多种技术的集合。VR技术创造出模拟环境的真实感，利用设备呈现的视觉、听觉、触觉的感知，具有模拟环境内物体的可操作性和虚拟环境中物体依据现实世界物理运动定律动作的特征及人体头部转动、眼睛、手势等人体行为动作的自然技能。这种能体验虚拟世界的计算机仿真系统，使人们能在计算机创建的模拟环境中，利用多源信息融合的交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真，使用户沉浸在提供的环境中感受真实的体验。

VR技术的兴起正在逐步改变我们的生活方式，也将带来一些新的突破。这几年，它迅速地进入了各个领域，VR技术应用在工业仿真使得企业开发和模拟生产过程，降低了企业风险。VR技术在文化娱乐业中的使用，如文物古迹、游戏开发和虚拟展厅等，将文物的展现和一些文化遗产的宣扬保护提高到一个新的阶段。它可以通过网络在打的范围内利用虚拟技术更加全面、生动、逼真地展示它们，从而使它们能脱离地域限制，实现资源共享，真正成为人类共同拥有的文化遗产。VR技术在医学上的应用，使学生可以很容易地了解人体内部器官的结构，甚至可以对虚拟的人体模型进行手术。VR技术在各行各业危险领域的开发应急推演，将人为制造的各种危机情况环境提供给人们进行组织适应性培训，既大大降低成本，也把原来不可能进入的环境可以虚拟提供。目前，军事、建筑等各行各业都在大量地开发运用VR技术。但是，VR技术在各领域的使用，基本上是为了体验和教育培训。

VR技术在教育中的使用，突破传统的书本和教师授课的模式，利用虚拟现实技术可以把很多抽象的讲解叙述变成具体图像的呈现。例如，表现一些空间立体化的知识、电磁场和分子结合的过程、机械运动三维展现等，使学生更加容易掌握。高校建立虚拟现实与系统仿真实验基地、学生实习的虚拟现实系统、模拟飞行器、打破时间和空间的限制，大到宇宙天体小到原子粒子等。可以说，VR技术的兴起势必将对教育的战略发展起到非常有意义的促进作用，它应用于教育是教育技术发展的一个飞跃。

2 VR技术在教育领域的发展是国家战略的需要

我国的教育沿袭着古代“传道授业解惑”的本质，经历了从儒家文化为主导的思想教育模式到西方近代教育的教育体系构建。中华人民共和国成立以来，教育改革重心逐步从“教育普及”转向“教育公平”和“提升教育质量”上来，各省、各市的教育机构从主管部门到基层机构都在对教学内容、课堂形式、受教育人群、选拔形式和技术应用这五大方向进行改革，积极探索实现“教育公平”和“提升教育质量”的理论与实践方案。教育作为我国的最高战略和重要民生事业之一，其影响广泛性和高度复杂性导致改革进展缓慢且系统性不强。而VR技术的发展和应用对教育事業产生的影响是传统教育手段无法实现的，特别是对教育公平的促进和教育质量的提升都将起到巨大的推动作用。

2016年，全国人民代表大会和中国人民政治协商会议（即“两会”）提出教育改革的重点目标在于“围绕保障教育公平和提升教育质量，进一步深化教育综合改革，优化调整教育结构”。而技术革命一直是推动教育发展和革新的重要因素。教育改革目的是为了促进全国各地区之间的教育公平，提高教育质量和教学管理水平，这也是VR教育力所能及之处。为了尽可能地提供相对平等受教育的机会和条件，则需提供相对平等的教育资源。VR技术作为21世纪最先进的技术手段之一，在国内外教育领域都得到了教育专家和教育从业者的极高关注及实际课堂的落地应用，从技术初期已经呈现的教育发展的促进状态看，将在教育质量的提升和教育公平的促进中扮演重要的角色。

2016年4月14日，工信部全文发布《虚拟现实产业发展白皮书5.0》，呼吁尽快启动虚拟现实标准化工作研究，建立标准体系，规范行业发展。《白皮书》用14 000多字讲述了当前中国虚拟现实产业的发展状况，并提出了相关政策，从国家层面上充分肯定了虚拟现实行业。VR技术的优势在于给人予360°全方位沉浸视感，使人产生身临其境的体验。在教育领域，利用VR技术可以构建出与课程内容相吻合的虚拟场景，并在场景中融入与课程内容匹配的VR素材。因此，学生不仅通过视觉、触觉直观学习知识，更能在头脑中构建起与知识相关联的场景模型；同时，学生作为模拟场景中的一个角色，可以被赋予一定的任务，并在任务的驱动下完成知识的学习与理解消化。

目前，VR教育处于刚起步的阶段，但在美国已出现爆发式增长的趋势。美国的谷歌推出虚拟现实教育计划Expeditions，该项目仅需一台智能手机、一个廉价的Cardboard和Expeditions应用就可以实现沉浸式教育。例如，在美国费城郊外Methacton学区的一所高中，海洋课老师带领同学们游览了大堡礁，西班牙语老师则和大家一起去到了西班牙和墨西哥的城市中，它其实表达了VR技术在线教育发展起到远程教育服务的作用。也就是说，VR技术教育的作用既解决生动形象使用的问题，一定程度上对于缺乏高质量教育的地区可以运用VR教育产品接收到好的教育。VR技术可以通过创建学习情景，对学习内容虚拟出形象性和趣味性的情景，更可以模拟并实现。当然，对于缺乏教育优质资源的边缘地区，VR技术可以带来原来只有传统讲解的视频课程，解决他们缺少实验器材的问题，而且通过具有真实、互动、情节化的虚拟技术独特的魅力，解决边远地区以前无法解决的教育问题。学生通过网络提供的虚拟校园、虚拟教室、虚拟实验等，感受远端带来的学习支持、交流学习和寓教于乐的优良的学习环境。

VR教育的发展在国内越来越引起关注，中国的虚拟现实教育市场前景广阔。很多学校已经开始尝试VR教学的多种合作，北京教委已在进行将VR融入课堂的可行性研究，有多所学校开过VR公开课；成都和内蒙古等地的高校也都开设过一些简单的VR公开课。2016年5月国家发改委印发了《国家重点专项规划之一——“十三五”国家科技创新规划》明确提出，“支持各级各类学校建设智慧校园，综合利用互联网、大数据、人工智能和虚拟现实技术探索未来教育教学新模式”。

3 VR技术在教育领域特别是教育欠发达地区的推进

人们把2016年成为虚拟现实元年，“VR+教育”成为一个热词，“VR+教育”被誉为教育技术发展的一个飞跃。对于教育欠发达地区，大家在这项新技术的面前都在同一起跑线，利用好这一技术，从教育界整体层面构建好发展规划，设计好政策支持，以我为主整体开展从小学、中学到大学的VR技术提供支持的教学资源建设，利用网络提供给所有学生的教学服务，对提高教育质量将会有很大的示范作用。

以广西为例，广西在教师、课程资源和资金上都较祖国东部地区有所欠缺，而VR的应用能在这3个方面起到弥补不足的作用。首先，在VR教育系统之内，知识点被碾碎式地分析讲解，带领学子进入一个主动学习的过程。因此，学校即使缺乏优秀教师，学生也能享受到最优质的教学过程。其次，VR教育系统可以源源不断地提供课程资源，场景化的课程让学生享受到和发达地区学子一样走遍世界的机会，对帮助其理解世界、产生见识有着极大的引导作用。最后，在一次性购买VR设备之后，可以较低的价格不断更新课程资源，从而实现教育的可持续发展。当然，对于这一刚刚起步的技术支持的东西，人们在认识上还存在着一些问题，没有引起教育行业的共鸣，硬件设备在不能很好地提供沉浸式体验和安装调试过程复杂的状况下，让大家接受有个过程。此外，它没有涉及教育的核心问题，没有系统化的思路等。如果欠发达地区在教育领域实现弯道超车，就需要研究虚拟现实技术如何在更好地与教育本身的发展规律相结合的基础上，制定好支持的政策和制度，设计一套支持规划，它应该会对提高教育质量和解决教育发展不平衡的问题起到应有的作用。基于此，本文提出一些实施VR教育的设想。

3.1 构建VR教育系统

理想的VR教育系统可以参考美国教育心理学者吉尔福德（J.P.Guilford）提出的智力三维结构模型理论，即从知识（Knowledge）、能力（Ability）和思维方法（Think Method）3个方面对学习者提供良好的学习体验，简称KAT教学体系。其中，知识是指在学习过程中需记忆、识别和理解的教学内容。能力是指人在运用知识解决问题中需要具备的基本能力。思维方法是指人在兼具知识和能力，研究具体的科学方法或解决问题的思维过程。

VR教育系统针对课堂教学的标准制定授课流程，对课堂教学的环节进行科学管理，最大限度地提升学生在课堂教学环节的学习效果。通过参考比较东西方教育中课堂的基本特点和环节，KAT可根据面向学生的种类和真实学情做个性化组合。同时，为解决教师对学生学习效果评估的难题，KAT课堂教学流程中结合VR特点定制研发课堂评测环节，最大限度地解决教师授课后对学生学习效果评估的问题。

3.2 VR课堂具体执行方案建议

3.2.1 建立大数据中心和VR课程库中心

以VR教育为契机，在教育厅建立教学大数据中心，与教育部信息中心对接。基于VR的教学大数据中心将从教学全过程建立学生终身学习档案，从微观层面而言，检测分析学生从初学、练习到测试反馈的全面记录数据；从宏观角度而言，可以采用不同权限对不同城市、区域、学校、教学阶段的学生情况进行横向及纵向数据获取、分析和评估，真正形成教育的闭环反馈，为不同地区制定针对性的教育计划提供夯实有效的数据支撑。

3.2.2 先試点后推行

VR作为教育的最新科技手段，优势毋庸置疑。但就实际情况而言，普通学校对在教学中应用新技术还需有—个适应过程。因此，建议各教育部门分阶段开始进行试点工作：第一阶段，选择在本地区范围内师生资源优质且对新技术接受程度较高的中学进行试点工作；第二阶段，选择3～5所等量的中小学进行尝试探索；第三阶段，选择一个边远地区作为VR教育试点；第四阶段，总结前3个阶段的试验结果，再验证其他城市推行应用的可行性。

3.3 VR教育发展前景

VR将对教育领域产生深刻的变革，推动促进教育公平，提升教学效果和管理水平。但这一切更需要更加系统的顶层设计和开明的政策支持及强有力的资金保障。通过VR的科技手段推动教育改革，摈弃传统填鸭式的粗放教学和管理模式；培养以知识、能力和思维三维体系的高素质人才为目标，推动终身学习制度，从而在世界范围内起到积极的示范作用。

我们在对VR教育各项技术的深入研究过程中，逐步将VR教育分为3个发展阶段。第一个阶段是人与知识的交互，即人在VR中对每个片段知识点进行学习。包含3个层次：一是简单VR视频演示，二是低交互，三是高交互。第二个阶段是人与场景的交互，即在一个全沉浸场景里包含一个有场景逻辑的完整知识体系，使师生可以真正实现知识的3D可视化和不同学科之间的串联、流动、迁移和相互应用。这不仅是一种教学方法的改变，更是一种思维方式的革新。第三个阶段，我们认为VR教育会成为一个深度交互的远程多人协作平台，也是在线教育的未来。到这个阶段，VR教育对文字、图片、PPT和视频等多种教学手段进行有效整合，对单独学习和分组学习等多种教学方式进行全面融合，实现人与人、人与知识和人与场景所有要素之间的深度互动，从而真正实现跨越时空的线上教育这一宏伟目标。

参 考 文 献

[1]陈志良.虚拟：人类中介系统的革命[J].中国人民大学学报，2000（4）.

[2]陈丁鸿，当教育遇上虚拟现实[EB/OL].http：//blog.sina.com.cn/s/blog_63ccff2e0102vfmm.html，2015-03-16.

[3]张雨忻.一篇文章读懂中国VR产业全景图[EB/OL].http：//socialbeta.com/t/report-geekpark-insight-china-vr-industry-2016，2016-03-29.

[责任编辑：钟声贤]