虚拟现实技术在移动学习中的应用探析

王君丹

[摘要]虚拟现实技术作为一种全新的教学媒体已广泛应用于教育领域，必将改变以往的教学观念和教学模式，随着移动学习方式的普及与发展，虚拟现实技术也逐渐被运用于移动学习中。分析了虚拟现实技术在移动学习中的应用优势，阐述了虚拟现实技术对移动学习的学习方式、教学方法及教学资源建设等方面所带来的机遇，以及在技术层面、应用层面、信息资源层面所面临的挑战。指出新的VRT将紧密结合“互联网+”、人工智能等前沿技术，促进教育和信息技术的现代化整合。

[关键词]虚拟现实技术;移动学习;学习方式;教学方法;移动学习资源

[中图分类号]G 434[文献标志码]A[文章编号]1005-0310（2019）03-0089-04

Abstract： As a brand-new teaching medium， virtual reality technology has been widely used in the field of education， which will be bound to change the previous teaching concepts and modes. With the popularization and development of mobile learning， virtual reality technology is gradually applied in mobile learning. This paper analyzes the application advantages of virtual reality technology in mobile learning and the opportunities brought by virtual reality technology to

teaching methods， learning styles， teaching resources construction and other aspects， as well as challenges faced in technology， application and information resources. It is pointed out that the new VRT will closely combine “Internet +”， artificial intelligence and other cutting-edge technologies to promote the modern integration of education and information technology.

Keywords： Virtual reality technology; Mobile learning; Learning styles; Teaching methods; Mobile learning resources

0引言

虛拟现实技术（Virtual Reality Technology，VRT）是仿真技术，以计算机技术为核心，结合相关科学技术，创造了高度真实的数字视觉、听觉、触觉等感官环境[1]。用户可以在数字环境中与必要的设备交互虚拟对象，以获得身临其境的体验。虚拟现实可以借助他人对所接触对象的感知和认知，激发参与者的思维，从虚拟环境中获得一个综合的空间和逻辑图像。虚拟现实的本质特征是沉浸式、实时交互，最终目标是使虚拟现实成为时空环境的现实概念（由此启发和获取信息）。移动学习是指在手持移动计算设备的帮助下，能够在任何时间、任何地点发生的学习。学习者的学习时间、地点都不受限制，能随时随地借助移动设备（如平板电脑、智能手机等）与移动网络学习所需知识。将虚拟现实技术应用于移动学习是教育技术发展的一个飞跃，它营造了自主学习的环境，由传统的“以教促学”的学习方式代之为学习者通过自身与信息环境的相互作用来得到知识、技能的新型学习方式[2]。

1虚拟现实技术在移动学习中的应用优势

运用虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术创造一个身临其境的学习环境，让学生以第一视角来观察和模拟所学习的内容。这种形式的主要目的是让学生进行体验，并不足以代替真实的接触。但是对于理解一些抽象概念很有帮助，如宇宙行星的运行、地震和龙卷风的产生、分子的结构，等等。代表性的App有“科学跑出来”系列及Bolotree系列，苹果iOS设备或Android设备配备双镜头，都可以下载使用。“科学跑出来”系列把科普与VR技术结合，让科学从书里跑出来，在游戏的同时，帮助孩子成为史前生物专家、太阳系达人，了解龙卷风和地震的成因。专注“VR+教育”的微视酷，目前已经开发了包括科学课程、生物课程、天文课程和化学课程等数百个中小学VR课堂云课程，同时也拥有包括医疗课程、海洋课程、汽修课程和飞行课程在内的数十个专业培训云课程，充分满足移动学习的需要[3]。

VR技术本身形式新颖，能够吸引学习者的注意力，在带来极大乐趣的同时，VR技术通过计算机向学习者呈现了多角度、多样化的学习内容。结合VR与移动学习的特点，目前虚拟现实技术在移动学习中有以下4项应用优势，如图1所示。

1.1构建认知、开拓思维

抽象性的知识往往让学习者难以通过简单的讲解而理解其真正的内涵，如超声波、磁感线、电子运动的表示等。VR技术能够模拟三维环境展现立体模型及其运动过程，让学习者观察运动过程各个阶段模型产生的变化，对晦涩难懂的知识点有直观的理解，并主动思考完成认知体系的构建。在这种系统性的虚拟现实学习过程中，有助于培养学习者的空间智能与抽象思维，提升其想象力、方向感及空间认知能力，并实现了抽象知识概念的具体化表现。

1.2鼓励探索、实现创新

VR的数字模拟有助于学习者进行虚拟实验，特别是化学、物理等具有一定危险性或是庞大复杂的实验。学习者只需输入各项指定数值、公式与条件，计算机强大的计算能力就能自行运算出结果，并通过VR技术虚拟出实验过程。这样的虚拟实驗既能保证学习者的人身安全，又在一定程度上达到节能环保的效果，解决一些人力、设备及试验场地等问题，同时有利于开拓创新思维，鼓励学习者在知识探索的道路上大胆前行。

1.3实现不同角度的学习

将VR技术用于虚拟信息展示，可将相关内容拓展呈现为立体化的知识结构，让学习者获取到更为直观、具体、丰富的知识信息。同时虚拟场景与现实场景的无缝链接（VR全景）实现了虚拟场景随学习者视线变化而变化的超现实体验，满足了学习者不同角度的学习需求。例如考古专业学生无法到达真实场地进行实践学习，可通过虚拟墓室查看古墓全貌，并根据个人的研究方向选择不同的物体，如墓室结构、壁画、棺椁等，或者根据个人水平对某一方向进行深入学习。

1.4突破时间与空间限制

VR技术能够完全冲破时间与空间的制约，使学习者得到书面教学和视频教学所无法比拟的学习体验。上溯远古时代，下至科技展览，大到行星运动，小至分子碰撞，学习者可以化为其中一员共同观察与学习。例如美国富兰克林研究院科学博物馆向公众开放的“全息甲板”展馆，可以使学习者置身虚拟太空遨游太阳系，以飞船驾驶员的视角近距离观察各个行星，理解真实的天体运行规律，也可以进入人类大脑内部认识大脑各区域的功能。在大英博物馆中，游客可以“穿越”到青铜器时代，参与古人祭祀太阳等仪式活动。

通过互联网、全景拍摄和显示屏，VR技术还可以彻底打破距离的限制，让学习者在千里之外体验到身处教室的学习情景。例如美国哈佛大学最新推出的虚拟教室，在这间教室里教授面对的是几面墙的数字屏幕，屏幕上显示的是60名学生的同步联机画面。虚拟教室中的教学类似普通的课堂教学，学生可以中途发问，教授也可以向个别学生提问。不同的是学生可以通过公众讨论频道互相交流，教授则可通过互联网向所有人快速发出线上调查。

2虚拟现实技术赋予移动学习全新的机遇

2016年5月，中国光学工程学会在国家会议中心举办“2016虚拟现实技术创新及产业发展大会”，会上提出“VR+”将会是下一个“互联网+”的观点。“VR+”即融合VR、计算机技术以及网络科技，促进VR与各个行业结合，从而衍化出新型发展生态。VR将赋予各行各业蓬勃生命力、广阔的发展空间与无限可能性。对移动学习而言， 虚拟现实技术将会在学习者学习方式、教师教学方法和教学资源建设方面带来改变和机遇。

2.1学习者学习方式

传统移动学习方式注重学习者的自主性，需要他们极大的自控力来主动进行。学习内容也多以平面化方式展现，难以呈现其中的联系，缺乏探究性和合作性。基于VR技术的移动学习创建了以第一视角开展的虚拟学习环境，虚拟出仿佛置身实景的多项感官刺激，让学习者产生强烈的沉浸感。VR场景能够立体化地结合各项学习内容，促进沟通协作，让学习者切身参与知识演变过程。这个过程构建了“自主、合作、探究”的新型学习方式，能够提升学习者主动找到问题节点及尝试用各种方法处理问题的能力，激发其积极性。

虚拟现实可以给学习者带来放松、愉悦、感兴趣等积极情绪，激发学生的内部学习动机，如VR训练场和实验台就是在虚拟世界中构建出实验场所来供学习者进行活动与操作。由于操作对象从实际存在的物体变成了虚拟世界中的模型，允许操作方式随着教学设计的精细程度而增加或者减少（一般是减少），设计者可以提供较为精简的操作流程，提示告知学习者应当怎样控制和处理“眼前”的对象。同时，即使学习者由于失误导致实验失败，也不会造成实际的财产损毁甚至生命危险，是一种相对安全的训练和实验方式。

2.2教师教学方法

不同于以往的以教师为主导的课堂教学模式，VR教学更加强调学习者的主体地位，善于营造一种主动探索的学习氛围，实现课堂教学形式向引导启发式教学的转变。融入VR技术的教学能够提供教师以更大的想象空间与发挥舞台，通过计算机虚拟场景，教师能够将晦涩、抽象而难以理解的知识点以更加灵活生动的方式表达出来，给予学习者更为直观、形象化的认知体验，拓展他们的思维创造能力。教师不再拘泥于时空限制，上一刻带领学生领略古埃及文明，下一刻即能到达故宫博物院参观鉴赏。无论是天体运动的展示，还是危险实验的模拟，VR教学在一定程度上丰富了教师的教学内容与教材的展现形式。

虚拟现实技术在教学方面有着巨大的潜力，能够提高学生们的学习效果。如在课堂模式上采用相对可操作的教学方式，并在科技研究与实验观测中注重更多、更精确的有效数据，以供后续分析或使用。因此，这种应用重在以高度拟真的方式，将一些难以观测的现象放到虚拟世界中，让学生以更为舒适便捷的视角或时间测度进行观测，相应地也由系统给出真实实验中应当观测到的数据。

2.3教学资源建设

教学资源建设是课堂教学与各项活动得以成功进行的基础，但目前网络上现有的移动学习教学资源多趋于静态化、平面化，无法撇开课堂教学以实现学习者自主学习。利用VR技术设计制作的三维立体教学资源更显生动逼真，有利于渲染教学情景，带给学习者更多的沉浸感，让学习者快速掌握学习内容。3D动画、模型、视频等多样化的教学资源具有良好的独立性与交互性，能引导学习者运用已有的知识与经验，主动探索知识的存在与发展。特别是VR实验类教学资源，向学习者提供了绝对安全的实验场地，极大地增强学习者的参与性与实践动手能力。

相比传统的主要提供音视频及超文本内容的远程教育资源来说，若能用VR系统构建高度仿真的学习资源校园，我们就可以克服由于交互性或互动性不足所带来的一系列问题。世界各地的师生可以使用VR校园的软硬件客户端，通过互联网连接到同一个虚拟学习资源校园中，像真实处在相同地理位置的学生一样进行学习活动。

3虚拟现实应用于移动学习所面临的问题与挑战

尽管VR技术极大地改善了移动学习的交互性问题，起到了非常好的支持和补充作用，但在技术、应用及资源等方面都存在缺陷與不足，VR技术要运用于移动学习，仍需应对诸多挑战。

3.1技术层面

VR的关键技术主要包括虚拟环境与三维图像计算机处理技术、位置信息追踪技术、传感器技术、多感知反馈系统及应用系统开发工具等。理想的VR体验是基于计算机生成逼真的动态三维虚拟情景，使用者能够通过VR设备感应到视、听、触等多觉认知，计算机能通过位置信息追踪采集使用者的脸部、手部及肢体信息，并做出及时的反馈与响应。国内市场上应用于教学的VR产品功能较为单一，系统技术较薄弱，只能做到视觉、听觉方面的感知，虚拟物品分辨率较低，在功能结构、用户体验上都存在不足。VR技术要运用于移动学习，各项核心技术仍有待提升[4-5]。

3.2应用层面

网络速度的提高已经可以满足移动学习的需求，VR的应用可通过智能手机、VR眼镜和VR播放器就可以实现，但要建立一个高质量的虚拟现实系统，所用的VR应用设备却要求较高。首先，硬件方面须准备高精度数据手套、头盔显示器HMD、空间定位器及立体投影显示器等设备，还需要配套开发可移动设备，而这些硬件的价格都非常高;其次，要想获得具体场景的实时渲染效果，还需要高性能的图形工作站以及相关的数据处理软件。这些配套要求可能会令一些学校望而却步，同时也就不利于VR在移动学习中的应用与推广。

3.3信息资源层面

现阶段VR技术主要应用在游戏、影视方面，在教学方面的应用较少，学习资源匮乏，内容稀缺，无法支撑庞大的移动学习群体需求。教育最重要的是内容与质量，好的内容才值得被接受与推崇。而VR教育仍处于起步阶段，开发人员少，挖掘的内容不够丰富，发展形态不够成熟。一套完整的VR教学系统往往需要海量丰富的视音频、图像和长期积累的学习者学习情况等数据存储作为支撑，系统才能够通过大数据识别、对比和分析学习者在虚拟场景中进行的交互，重构出最终的反馈影像。这样的教学系统开发周期长、技术要求高、消耗费用大。VR移动学习要推广普及，仍需要众多教育事业工作者开发更多的VR学习资源与教学资源。

4结束语

虚拟现实技术能为移动学习注入全新活力，提升学习者抽象思维能力、空间想象力及创造力，突破时空限制，为他们提供广阔的学习可能，并带来更多样化的发展方向。尽管它在技术、应用、信息资源等方面还有待开发，相信随着计算网络与信息技术的不断发展，硬件、软件的更新换代，技术人员的开拓创新，虚拟现实技术必将突破重重挑战，为未来教育带来机遇。

新的VRT将紧密结合“互联网+”、人工智能等前沿技术，促进教育和信息技术的现代化整合，其性能也会越来越好，能够提供的体验也会更加贴近真实，当然成本也会降低。到那时，虚拟现实技术必将会在移动学习中得到广泛的普及应用，未来的VR移动学习必将成为教育领域的一大亮点。

[参考文献]

[1]王昌金，何苗.虚拟现实技术在移动学习资源开发中的应用研究[J].当代继续教育，2018，36（5）：70-75.

[2]范文洁，张蕾，张璐.虚拟现实技术在大学生红色教育中的应用探析[J].软件导刊（教育技术），2018，17（12）：61-62.

[3]杨宝珍，吴旻倩.基于VR技术的市场营销课程开发及实现[J].江西广播电视大学学报，2019，21（1）：92-96.

[4]潘侃，尹春林.基于VR技术和AR技术的分析模块开发[J].电子技术与软件工程， 2019（2）：118-119.

[5]焦春霞，刘奇付.基于Android的移动学习系统的设计与实现[J].电脑知识与技术， 2019，15（1）：80-81.

（责任编辑白丽媛）