虚拟现实技术在教育领域应用探究

吴冰 阎瑞华

随着社会的发展，科技成为当前的第一生产力。一些高新技术已经逐渐融入了人们的生活中。曾经被人们认为仿佛是神话故事一样的技术，已经出现，而近些年，最炙手可热的，就是VR技术的出现。VR技术也叫虚拟现实技术，它的出现极大的丰富了人们的生活。但是当前的VR技术还存在着一些小众化，器械昂贵等特点。本文就是通过探究虚拟现实技术的特点，来浅析，虚拟现实技术能够有效的在教育中实现应用。

随着科技的发展，高新技术层出不穷。原本人们认为不可能实现的事情，在如今的社会，几乎都已经完成。在1930年，电影问世的时候，就有人做过调查：电影出现了声音会怎么样？人们一致认为，没有人喜欢看有声音的电影。但是随着科技的进步，电影不仅出现了声音，还变成了彩色的，立体的。人们对电影的视觉体验也越来越挑剔。虚拟现实技术一经问世，就应用在了电影领域，让电影进入了一个新的纪元。其主要的原因就是虚拟现实技术能够对现实进行极为真实的再现。于是，教育界的人开始思考，这种技术是否能够应用在教育之中。如果能够通过虚拟现实技术，真实的再现一些画面，那么教育的一些难题，将不复存在。

一、什么是虚拟现实技术

虚拟现实作为学术术语最早源于萨瑟兰的论文“The Ultimate Display”。该论文从计算机显示和人机交互两个层面提出虚拟现实世界的思想，推动计算机图形图像等技术的发展和头盔显示器、数据手套等人机交互设备的研究。虚拟现实能够通过计算机、图形工作站以及其他相关设备生成逼真的三维多感官环境，使参与者感觉身临其境，同时环境也会对参与者的行为产生相应反馈，从而达到人与环境的深度融合和交互。

布尔代亚和夸弗托（Burdea&Coifet，1992）将虚拟现实的重要特征归纳为“3I”，即沉浸性（Immersion）、交互性（Interaction）、想象性（Imagination）。

1）沉浸性：指逼真、身临其境的感觉。用户借助特殊的输入/输出设备，与虚拟世界进行自然的交互，虚拟现实技术为用户提供视觉、听觉、触觉等感官模拟，用户如同身临其境一般。

2）交互性：指用户感知与操作环境。传统的人机交互通过鼠标键盘与计算机交互，虚拟现实的交互通过传感器与虚拟环境的任何物体以最自然的 方式进行交互。用户对虚拟环境内的物体进行操作体验，如在真实环境一样。例如，用户可以真实感受到物体的下落；手握虚拟杠铃，用户会感受到重力和握力。

3）想象性：也指创造性，指用户能在虚拟环境中根据自己与物体的交互行为，通过联想、逻辑推断等思维过程，对未来进行想象的能力。虚拟环境的创建也是由设计者想象出来的，既可能是真实现象的重现，也可以是自身想象的结果。

虚拟现实技术一般简称为VR，其主要的效果就是能够通过计算机营造一个虚拟的情景，而使用者在这个虚拟的情景中，能够通过自己的感知来和计算机进行一个交流。简单的讲，就是在进行操作的时候，电脑根据的你的第一视角进行画面的调整，让一切虚拟的东西看起来更加的真实，来得到一种身临其境的感觉。在当前的情况下，最受欢迎的就是VR游戏，它能够消除传统游戏带来的第三人称感，让游戏玩家觉得自己切实处于这个情景之中，极大的增强游戏的体验性。而对于一些有身体问题的玩家，也能够通过VR技术，让玩家切实的体验到过山车，跳楼机等刺激项目的快感。而且国外的一些企业也通过VR来实现建筑工程的设计，让设计者能够具体的了解到其设计的楼房具体情况是什么样，更好的辅助工业的完成。

二、虚拟现实技术在教育中的潜力

（一）激发学习动机，增强学习体验

一般来说，学习动机分内部动机和外部动机。内部动机源于学习者对活动本身产生的愉悦感及满 意度。虚拟现实技术通过呈现个性化特征、丰富多彩的媒体形式和刺激性的对话促进学习者的学习动机。大量案例证明，虚拟现实可以给学习者带来放松、愉悦、感兴趣等积极情绪，激发学习内部动机。

（二）实现情境学习，促进知识迁移

情境学习理论认为知识是学习者在一定情境中主动建构的，强调知识与情境之间动态地相互作用。根据赫林顿和奥利弗（Heringgton&Oliver，2011）的认识，情境学习环境有以下特点：1）提供反映知识可以运用于真实生活的情境；2）提供真实的活动；3）为学习者提供获知专家思考和解决问题过程的机会；4）提供多角色以及多视角选择；5）支持知识 的协同构建；6）关键时刻提供学习支架；7）对学习 环节进行针对性反思；8）清晰地表达；9）对基于任务的学习进行综合评估。

传统教学备受批判的主要原因，是传统教学 离具体真实的情境，导致学生知识迁移能力不足，迁移率低、迁移意识不强。情境学习致力于解决这种挑战，通过设置与生活情境类似的情境，促进学习的 发生。虛拟现实技术支持情境学习的发生。虚拟现实技术能够提供丰富的感知线索以及多通道（如听觉、视觉、触觉等）的反馈，帮助学习者将虚拟情境 的所学迁移到真实生活中，满足情境学习的需要（Huang&Liaw.，2011）。周明全（2016）教授认为，虚拟现实是促进教育变革的重要技术。虚拟现实能解决教学内容和知识的可视化，增强学习的沉浸感，增加师生、生生及学生与环境之间的交互。

三、虚拟现实技术在教育中的运用

在教育中，虚拟现实技术是当前研究的一个重点。尤其是在一些带有危险性的课程中，虚拟现实技术被认为可以很好的解决这种情况。以生物课程为例，学校不可能让老师带领学生走近去观察活生生的老虎或者狮子等带有很强攻击性，而且极为凶猛的动物。这既是为了学生的安全考虑，也是因为学校根本无法将这些动物引入课堂。但是虚拟现实技术却可以在计算机平台中生产一个动物的模型，这个动物的模型一切数据都符合真正的动物，包括其各项指标和行为。学生就可以通过虚拟现实设备进行观察甚至虚拟触摸。这就让课程可以很好的进行，而且学生也会觉得其非常具有趣味性。同时，一些危险的项目还能够通过输入失败案例让学生们切实的体验到实验失败会发生的危险是什么样，能够更加有效的警示学生。

其具体的案例就是，在北京的一所小学公开课上，学生们通过虚拟现实技术进行了一次全新的航天科。学生们可以根据自己的想法在太空中遨游，按照自己的喜好去观察和触摸每一颗星体。这大大的提高了学生的兴趣，同时也能激发学生的创造力和想象力。所谓，有所见才能有所思，就是这个道理。只有真正的看到了，触摸了，才能引发思考。这是原本的课本知识根本不可能做到的。也是虚拟现实技术所独有的特色。

四、虚拟现实技术在教育中的应用

1.中小学美术领域

中小学美术教育的目的除了让学生有一定的艺术常识外，更主要是给学生建立审美意识。情景学习是学习者在一定情境中主动建构的，强调知识与情境之间动态的相互作用。学生在虚拟现实中学习，往往伴随着角色扮演。或许学生可以扮演成张择端《清明上河图》中的某一个人，游走于画中，体会十二世纪北宋汴京的城市面貌和当时社会各阶层人民的生活状况，体会当时房屋、桥梁、城楼等建筑特色。新课改下美术学科教材课例丰富、形式多样，容量大，通过虚拟现实技术，能更好地引导学生进行艺术创新，培育学生的审美意识。

2.化学实验课领域

化学课程通常伴随着一些实验，这些实验通常具备着一定的危险性。因此虚拟现实技术的引入是非常重要的。学生们可以通过虚拟现实技术切身的进行化学实验。无论成功或者失败都已经不重要，重要的是学生可以锻炼自己的实践能力。而且失败事件的发生也不是一件坏事，它可以更好的让学生知道，自己的失误发生在哪里，从而在下次试验中注意。这种以自我为中心的实验，远比老师的示范更容易让学生理解知识点。

五、虚拟现实技术在教育中面临的挑战

虚拟现实技术在当前最主要的问题就是设备的价格高昂，根本不是一些经费紧张的学校能够承担的起的。所以想要让虚拟现实技术加入学生的生活中，就需要虚拟现实器械的价格降低才能做到，或者国家提供专项的经费辅助购买。否则，虚拟现实技术引入课堂，还需要一定的时间。另一个制约虚拟现实引入课堂的因素就是教师方面的因素。一些学校存在着老师年龄过大，思想观念难以跟上的情况。他們会固执的认为学生在使用虚拟现实设备的时候，更多的是玩乐，而不是学习。对于这种情况，就需要老师们先接受这种技术。

随着科技的发展，教育的改革是必然的。而虚拟现实技术，或许是一个巨大的转折点。我国应当注重这方面的问题，大力改进，才能更好的完成教学改革。

基金项目：黑龙江省高等教育教学改革项目[JG2013010

513]；佳木斯大学教育教学研究项目[2016JW2004]。

（作者单位：佳木斯大学）