VR技术与传统教育深度融合

陈清奎 何芹 李学东 徐楠 王全景 王忠雷

计算机和互联网的使用是人类发展史上的第五次信息技术革命，这场革命引发了教育行业的一次深刻变革。随着教育形式的多样化及前沿信息技术在教育领域的深入应用，基于虚拟现实技术（VR技术）的教学模式，推动越来越多的教育活动通过重塑学习方式回归教育本质，对培育创新型、实践型人才，并普及教育理念产生了深远的影响。

大势之向，未来已来

虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统，它通过对人的视觉、听觉、触觉等作用，使人产生一种身临其境的视景仿真，使人们通过计算机可以进入VR虚拟环境，并能操纵系统中的对象与之进行交互，得到与现实世界几乎同样的感受。VR技术独具的沉浸性、交互性、构想性等特点，使之与教育的融合天衣无缝，大放异彩。

依据《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》《教育信息化十年发展规划（2011—2020年）》以及教育部针对“开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设”的通知等系列政策要求，大力实施信息技术与高等教育的融合，开发VR资源与平台，建设虚拟仿真实验教学中心成为各高校发展信息化教育的重要途径。

2018年，教育部办公厅根据《教育信息化“十三五”规划》的总体部署，印发了《2018年教育信息化和网络安全工作要点》，明确将虚拟现实技术列入教育信息化的年度重点工作任务，推动信息化2.0，要求全国高校、中小学、职教等深入推进信息技术与高等教育教学深度融合。以VR技术为代表的现代化信息技术在教育中的应用，将成为加快教育现代化建设的重要举措，也必将成为整个教育创新体系的重要组成部分。

革故鼎新，集之大成

山东建筑大学以机械工程学科的数字化建设为起点，历经近十年的探索研发、应用推广及积累沉淀，将VR技术与教学过程深度融合，创造性地提出了“VR+”教学模式的新理念，构建了“VR+课堂教学”“VR+实验教学”“VR+实训教学”和“VR+自主学习”的全新教学模式。

1.VR+课堂教学

传统教学中将知识扁平化的讲解方法令学生难以理解抽象晦涩的理、工、医等学科类知识，且降低了学习兴趣及学习质量。而应用VR、AR、动漫游戏等先进视觉传达理论与技术，建设具有直观展现、情境体验、富有感染力的三维可视化VR教学资源及VR展示系统，将知识点细致剖析、讲解，则能从根本上解决难讲、难懂的问题。

在实际教学活动中，教师可利用触控VR“黑板”，将传统黑板的板书教学、PPT多媒体教学与VR教学资源相结合，可借助触控VR“黑板”，调取VR资源进行任意板书、自由表达。VR教学资源实现了文字到图形图像的转化、2D到3D的转化、静态到动态的转化、单向到交互的转化，使工作原理、机械结构等知识与信息的传达更加形象、活泼、精准、透徹、全面；学生佩戴便携式3D眼镜，即时在VR“黑板”上观看“3D”影像的教学资源，提高了学习趣味性，提升了教学效率。

2.VR+实验教学

在实践教学中，很多实验存在高成本、高危险、高污染、长周期、大规模、综合性等特点，导致必需的实验无法开出、必需的实训无法进行等。利用VR技术，则可以彻底打破时间与空间的限制，大到宇宙天体，小至原子粒子，都可以进入内部进行观察，并完成现实中难以进行的实验项目。

“VR+实验教学”以VR技术为核心，研发VR实验实训教学资源，包括“教—学—练—考”等模块，充分利用VR、AR技术对知识传达更加富有表现力和感染力的优势，通过与虚拟对象深度交互，模拟机械拆装、操控与维修，感受情境式体验。

我们还创新性提出了“VR实验三步法”：第一步，学生通过手机APP及3D版实验指导书预习实验，并上传实验预习报告至VR实验教学管理平台；第二步，实验教师利用VR“黑板”讲解实验内容；第三步，学生进行真实实验，实验过程中学生遇到问题，借助手机APP自主指导完成实验。

3.VR+实训教学

虚拟现实具有的沉浸性和交互性特点，使学生能够在虚拟的学习环境中扮演一个角色，全身心地投入到学习环境中，这就有利于学生完成各种实操项目的技能训练。由于虚拟的训练系统无任何危险，学生可以反复练习，直至掌握操作技能为止。

在实际的“VR+实训”教学活动中，学生通过手机APP及3D版实训指导书进行知识预习，并上传预习报告至VR实训教学管理平台；实训教师利用VR“黑板”讲解实训内容；学生进行实训，实训过程中学生遇到问题，借助手机APP自主指导完成实训。

4.VR+自主学习

针对高度仿真、交互操作的三维可视化VR教学资源，依托WebVR技术，搭建起VR教学资源共享平台，支持PC版、IPad版、手机版等多终端、多版本应用。实现了学生“不限时间、不限地点”的自主学习、反复学习，并为构建“没有围墙的大学”、打造“人人皆学、处处可学、时时能学”的学习型社会，提供了实质性的学习资源与平台保障。

施用累能，推而广之

“VR+”教学模式使知识传授与学习更符合认知规律，达到了教师易教、学生易学的教学效果。

本模式在山东建筑大学已实施5年，陆续建成了28门课程的VR教学资源，取得了17项软件著作权，编写了9本3D版教材，研发了VR“黑板”，建成了27个VR实验实训教学系统。

“VR+”教学模式首先在机械工程学科全面应用，并向材料工程、土木工程等学科辐射推广，现已应用于机械电子工程、材料工程等十余个专业，受益学生7000余人。

崭新的技术，为我们带来了崭新的教育思维，并深刻影响着我们的教育方式。结合互动游戏、情境化学习、协作学习、实操实训等多种特性的VR技术，为我们营建起一方触手可及的精致环境，在这里，我们调动所有的感官去倾听，去体味，去记忆，去领会，去追寻教育的本真意义。