虚拟现实技术在教育领域中的应用研究

元伟霞

（郑州大学教育学院，河南郑州 450000）

1 虚拟现实的概念

到目前为止，学术界对虚拟现实的定义，仁者见仁智者见智。当前，刘光然为代表的学者认为虚拟现实技术是一种由交互式计算机模拟组成的媒体形式，可以感知参与者的位置。捕获参与者的运动信息，替换或增强一个或多个感官反馈，在模拟环境中创造精神沉浸或存在。以赵沁平为代表的学者们认为，从数字环境视角来看，虚拟现实是一个在一定范围内在视觉、听觉和触觉方面高度相似的数字环境。用户使用某些设备与数字环境中对象进行交互，以产生于真实环境相对应的直观体验。

该研究认为，虚拟现实是一种计算机技术，能生成一个模拟真实世界的虚拟环境 （或者直接生成一个虚构的环境），用户对象能在这个具有沉浸感的环境中进行各种交互式的体验。

Buea和Coiffet（1992）将虚拟现实的重要特征归纳为“3I”，Immersion、Interaction、Imagination，分别是沉浸性、交互性和想象性。

2 虚拟现实教育的理论基础及其应用类型

2.1 理论基础

2.1.1 建构主义学习理论

建构主义学习理论认为，学习者是对所学的主题形成或建构自己的理解，知识是以多种方式被学习者进行以独特的、个人化的方式建构的，这种建构是通过各种真实的工具、资源、经验和情景的方式进行的。

VR的沉浸式特征消除了参与者与计算机之间的界限，更多地为学习者提供了主动性学习和反思性学习的机会，在个人在体验和创造的过程中，形成自己的知识框架，这个过程可以是单独的，也可以受同伴的影响。虚拟现实教育为学习者的自我定向、自我建构、自我评价、协作学习等提供了良好的环境。因此，VR在设计教学素材和产品时应为学生提供丰富的学习素材，使学生在虚拟现实教育这个平台环境中能够灵活的探究，驱动他们去建构新的意义。

2.1.2 情境认知理论

情境认知理论也强调真正的学习是在一定的情境中发生的，学习者通过在情境中主动、积极的学习构建完成真实的学习任务，一方面调动个体学习的主体地位，另一方面个体建构知识的源泉也是在客观活动中，在活动情景中。虚拟现实与教育的结合必须关注学生的认知心理，注重学生的具体经验和对情境的理解，成功完成学习者新旧知识的同化，构建学习者的认知结构，促进认知发展。

2.1.3 模拟思维方法

模拟思维方法通常用于工程，主要有两大类：一类是物理模拟，基于模型和活体原型之间类似的物理和化学机制的模拟方法；一类是数学模拟，模拟方法在模型和原型之间的抽象数学定律中类似。

虚拟现实与教育的结合，主要应用是物理模拟，即通过设计类似于原型的模型，并使用该模型间接研究原模型法。模拟可以在没有简单有效的工具的情况下展示的实验，重现丢失的自然现象或过程。

2.2 虚拟现实技术在教育领域的应用

2.2.1 模拟训练

虛拟现实技术应用于教学的最多最常见的便是培训模拟，主要针对的市场是具体的行业应用的培训市场，因为这些场景很难通过2D去模拟，视频展示的效果也不如VR好，所以很多公司都做了安全教育这类内容。

2.2.2 科学研究实验室

国内外非常重视虚拟现实技术在科学实验研究中的突出优势，在很多大学内建立实验室来为国家进行科学研究工作，我国在虚拟现实技术领域的成果也越来越多。

2.2.3 虚拟学习环境

大多数关于国内教育技术虚拟学习环境的研究现在都停留在博客应用的象征性交换中。研究如何设计学习者之间的文本互动。虚拟现实学习环境的真正研究是研究分布式虚拟现实教学环境的发展和应用。在虚拟现实空间中，通过分子模型的虚拟体验，进行虚拟人之间的面对面的情感交流。

3 虚拟现实技术在教育领域应用的优势

3.1 激发学习动机，增强学习体验

虚拟现实技术通过呈现个性化特征，丰富的媒体形式和激发对话来促进学习者的动机。虚拟现实技术可以根据适合学习者学习的环境的要求，创建逼真的场景，提供动态，高交互的设置，让学习者表现出高度的动力和参与度。学习者，尤其是青少年学习者，习惯于这种自我表现形式，并通过他们的角色表达自己的想法和感受。

3.2 实现情境学习，促进知识迁移

情境学习理论认为，知识是在某些情境下由学习者积极构建的，强调知识与语境之间的动态互动。根据Herrington和Oliver的说法，情境学习环境具有以下特征：提供反映可应用于现实生活的知识的情境；提供真实的活动；为学习者提供了解专家思考和解决问题过程的机会；提供多角色以及多视角选择；支持知识的协同构建等。

3.3 不同专业背景，交互式学习平台

在虚拟现实技术教育中，虚拟现实实验室用于提高学生的实践知识，提高他们独立解决问题的能力。虚拟现实技术可以帮助学生将理论知识应用于实际工程问题，同时降低构建实际模型的成本。鼓励学生释放他们的创造力并评估他们解决问题的能力。特别是对于世界著名大学的开放课程，除了使用互联网技术，VR技术还可以用来引导学生进入国际顶尖大学的课堂和实验。

4 虚拟现实技术在教育领域应用中面临的挑战

4.1 硬件配置问题

缺乏感性具体的原始丰富性是虚拟现实技术难以避免的一种局限，其抽象理性的对象化过程，因此，这就对硬件技术提出了更高的要求，而目前，市场上最常见的就是缺乏成熟的产品。在新的传感机制，采集和物理建模方法，高速图形图像处理，人工智能等领域，存在许多亟待解决的问题，需要进一步改进三维建模技术。虚拟现实产品的价格和功能也存在矛盾，功能越多，价格越高，购买的人越少，价格低，功能简化，体验差。因此，如果虚拟现实技术想要不断前进，以最低的成本提供最佳的用户体验是产品更新换代的核心和必要方式。

4.2 教学内容问题

虚拟现实教育与游戏不同，虛拟现实教育更注重内容。通常，VR课程的制作需要遵循一定的步骤来制作，至少包含课程设计、情节交互策划、场景及角色设计、动画设计、美术制作、音特效制作、资源整合和技术实现等方面，其工作量和工作的精细度都超出一般工作的10倍不止。再加上VR的制作成本高，另一方面基于现在的硬件和内容体验都还不是很好，所以，该行业仍处于种子用户培训的早期阶段，用户群太小，无法使内容团队无法盈利。出于这两个原因，很少有团队真正开展虚拟现实教育并得到每个人的认可，目前全国虚拟现实教育系列产品的生产商还比较少，而且因为烧钱，大多不做内容，转做硬件设备。

5 虚拟现实技术在教育应用中实现的路径

5.1 国家政策层面

为提高虚拟现实技术在教育领域的开发应用整体进程的效益，突出教育需求导向，应该由政府主导，建立产学研结合的虚拟现实教育应用实证研究体系。现在全国各地都对VR加大了扶持力度，政府应充分利用法律和政策手段支持虚拟现实教育的发展，通过政策和经费支持虚拟现实教育应用产业的关键技术研发；鼓励专项课题立项支持；建立多学科的研究团队，支持面向特定学科的教学系统构建与应用示范。

5.2 VR产业方面

虚拟现实技术的研发和内容制作创新，企业无疑代表了“最先进的生产力”。但VR应用于教育，这不单单是技术问题，它改变了社会文化，是教育领域的一场革命。涉及教育变革，在产品设计的时候就要考虑很多因素。如前文所述，VR具有体验、实验、训练等多种多样的教育功能，每一项教育功能对教师都提出了很高的要求。VR教育软件的构建应该基于开放性。只有共享和开放的联盟机制才能吸引许多开发人员通过开放的基础技术提供源源不断的共享资源。

5.3 学校和教师要精于学习

一方面，教师自己要更新陈旧观念，学习新技术，对于新的授课工具要充分地进行体验和了解，做一个好的学习者；另一方面，教师是最了解学生学习“痛点”的人，基于此，教师更要从学生的学习发展出发，思考在技术辅助下的教学活动设计，在选择VR教学素材，学习产品的时候，学校和教师也要做好把关人、过滤网的作用，将适合同学们的，优秀的产品设计留下，反之则要拒之门外。

6 结语

虚拟现实技术是教育教学技术的新方向，已经成为非常具有前景性的教学手段，它在培养个性化创新人才方面发挥着重要作用。当前在北京、上海等一线城市中，虚拟现实技术在教育上的应用已经得到了实践的检验。在当今信息化、智能化、自动化的今天，教育智能化是大势所趋。随着虚拟现实的逐渐普及，虚拟现实技术必将改变学生的生活，激发教育教学活力。