VR技术在数字教材建设中的应用研究

刘迪昱

(四川广播电视大学电子出版社 成都 610073)

当前，在媒体融合的大背景下，各种媒体呈现出多功能一体化的发展趋势。各出版机构在媒体融合中主要是依托纸质教材内容优势进行数字化资源整合，将图片、音频、视频、动画、PPT、小测验等元素通过二维码、APP、自有网站、社交平台等媒介进行资源整合。在新媒体融合中，研究人员将VR技术应用于教材设计，这将颠覆传统教材的功能，能让学生体验到一个真实且直观的学习环境，并获得实时回馈，更能吸引学生高度参与，促进其学习的外部动机向内部动机转变，提高学习的自主性，对培养学生探索科学的兴趣与热忱有积极作用。VR数字教材设计涉及教学内容设计、互动设计、界面设计、场景建模、编程和开发等多个领域，面临诸多挑战，有很多问题有待深入研究。本文就VR技术在数字教材建设中的应用问题做探讨。

一、VR技术的概念和特点

虚拟现实(VR， Virtual Reality)是数字科技的结合，包含3D显示器、动态追踪、开发平台、输出及输入设备等，可以通过向用户提供感官模拟使其有身临其境之感。用户可以即时且没有限制地观察三维空间虚拟世界内的事物，当用户移动时，计算机通过运算产生一个三维立体空间的虚拟世界，为用户提供听觉、视觉等感官的享受，让用户更有临场感。VR等技术的迅速发展加快了各种媒体间的融合，主要包括传统媒体间的融合、新媒体间的融合、传统媒体与新媒体间的融合，这是一种基于印刷、音频、视频、互动性数字媒体间的融合。根据埃德加·戴尔(Edgar Dale)的学习金字塔理论[1]，可以总结出应用VR等媒体对学生学习的影响(如图1所示)。

图1 学习金字塔与学习媒体

从媒体融合的视角看埃德加·戴尔的学习金字塔理论，我们可以得知情景模拟式的媒体使学生对学习内容的记忆最深刻，VR技术有利于学习成效的提升。非语言信息传递是人类运用自身的五种感官系统来接收信息，其中，视觉部分约占83%，听觉部分约占11%，触觉、嗅觉及味觉约占6%，这为虚拟现实系统利用人的视觉、听觉感受提供了支持。在现实环境中，人的感官是直接与真实事物进行接触与互动的。在虚拟环境中，虽然也是通过人的感官参与互动，但接触的却是虚拟的人、事、物，而这些虚拟的人、事、物则是由计算机产生的，视觉是通过头戴式显示设备实现的，该设备可以模拟人眼所见的人、事、物，并阻隔外在真实环境对视觉的影响；听觉则是通过耳机仿真虚拟空间中的声音，并阻隔外界声音对听觉的影响。

二、VR技术在教学中的作用

只有顺应数字化技术的发展和互联网思维的媒体才能健康发展[2]，知识的传播方式也应该不断改善，从而打造更优的教育教学环境。在数字化大潮的冲击下，越来越多的纸质出版物转向数字化，以适应“互联网+”时代的融合传播趋势[3]。随着VR技术的发展，它在教学中表现出强大的优势和潜力，其应用对传统教学模式产生了巨大的冲击[4]。VR技术的应用已受到教育工作者的广泛关注，并在学校教育、医学教育、职业技能训练等领域起着越来越重要的作用。

(一)VR技术在学校教育中的作用

利用VR技术所创建的虚拟环境，可以让学生直接接触VR所展现的世界，互动效果良好，更能激发学生的学习兴趣和学习动机。如VR360影片运用360°摄像头拍摄海洋生态、热带丛林探险等特殊的场景，学生配戴设备观看该类场景的VR360影片，就会有身临其境的感受；虚拟化学实验室运用VR技术模拟实验室场景及实验过程，学生配戴设备进入虚拟实验室的场景中，即可实现模拟操作。运用VR技术可以模拟教学活动所需要的场景，使教学内容更加形象、立体[5]。同时，利用VR技术还可以实现个性化教学，能有效地改善学习环境[6]。

(二)VR技术在医学教育中的作用

VR技术在医学教育中的应用同样备受关注，除了能改善医护实务与教育的不便利性，在未来也将大幅提升医护工作的效率。如VR虚拟解剖可将解剖现场可视化，模拟出完整的人体构造，提供给医疗服务机构和学校作为医护专业学生的教学工具，使学生甚至临床实习医生更加便利地了解与学习人体的构造。医生利用VR技术进行外科手术的虚拟训练，能降低实际操作过程中的失误率，比使用动物进行手术训练的传统方法效果更佳。VR技术应用于医学教育有两个关键点：真实与再现[7]。虚拟实验将教学内容与多媒体、仿真、VR等技术结合起来，根据教学需求更新学习环境，突破传统实验室对时空的限制，使教学空间得到了延伸[8]。

(三)VR技术在职业技能训练中的作用

职业技能训练过程中，人们常常遇到训练场地特殊或设备昂贵且数量少的情况。用人单位可利用VR技术模拟技能训练场，让受训人员配戴设备，进入虚拟技能训练场进行拟真式技能学习与训练。如虚拟驾驶训练通过VR技术模拟驾驶训练的场景，让用户在驾驶模拟器上配戴设备进行训练；虚拟火场灭火与逃生训练通过VR技术构建虚拟的火灾场景，用户配戴设备，模拟进入火灾场景，使用VR控制器拿取灭火设备进行灭火，或进行火场的逃生演练等。

三、VR技术在数字教材建设中的应用

(一)创设有效的学习情境

情境学习是指在要学习的知识、技能的应用情境中进行学习的方式，强调将学生的身份和角色意识、完整的生活经验以及认知任务重新回归到真实、融合的状态。情境不仅是客观的环境，更是客观环境与主观情感的交互，富有教育内涵又充满智慧[9]。情境学习不仅需要主观体验，还需在情境中给予学生足够的观察体验与探索体验，使他们在学习与尝试中了解意义，并利用体验过程中获得的认知来解决问题，全心全意地投入实践，这对提高学生的各种技能非常有益。情境学习可以适时使用不同科技媒体来激发学生的参与感。在教学方式多元化、教材形态多样化的今天，学生更希望有一个高质量的学习环境，VR技术正好可以满足这一需求。利用逐渐成熟的VR技术来开发VR数字教材，通过VR数字教材的使用营造具有沉浸感的学习环境，从而实现更有效的情境学习。

在虚拟环境中所呈现的画面、声音需要与学生在真实世界体验到的一致，仿真度越高，学生就越有身临其境之感。VR技术通过引人入胜的教学情境、感官互动来创建全新的感知。通常，视觉被认为是最重要的感官，与理性结合得最紧密。虚拟现实可对物体进行极端特写检查，从内部、顶部或底部查看，学生可以仔细全面地研究，并且可以四处走动，很容易产生实际存在于模拟世界中的感觉。学生越关注虚拟环境中的感官刺激，就越容易投入到虚拟环境里，促使临场感、沉浸感的逐渐增加。沉浸感可以让学生有身临其境的感觉，属于大范围，临场感则包含在沉浸感中，使学生在身临其境中具有高度的真实感。

(二)VR数字教材质量的影响因素

影响VR数字教材质量的主要因素有内容、情境和互动三个方面。教学内容是教材的核心，在内容的构造上需要做到知识性与趣味性的统一，让学生通过任务应用将知识内化，避免教材过于空泛。除了教材本身的趣味性之外，教学过程还会产生游戏性。这种游戏性内容过多可能会导致学生无法专心学习，因此VR数字教材应做相应的限制。互动性是VR数字教材的一大特点，它将互动元素巧妙地搭配在教材中，增强了用户与教材间的交流机会，形成了良好的互动氛围。教师和学生在沉浸式情境中进行教学、互动，可创造并积累更丰富的学习经验。VR数字教材通过刺激视觉、听觉、触觉等感官实现寓教于乐，不仅可以降低学生的压力，还能增加学生的学习兴趣，培养学生自主学习的能力。

(三)VR数字教材脚本的编写

VR数字教材将传统纸质图书的内容以动态、立体化的方式呈现给读者，极大地提升了图书的阅读沉浸感[10]。编者在进行VR数字教材脚本编写时，为了呈现更完整、流畅的故事情节，必须做到结构严谨、分支多元。在撰写脚本的过程中，他们需要与合作的专任教师认真讨论脚本内容，否则可能会因脚本内容杂乱无章，情节过于虚幻，导致用户无法真正沉浸在情境当中。为了使教材中的对话内容具有相关性与流畅性，脚本须经过反复修改，具体包括语句的润饰、对话之间的衔接是否适宜等。

撰写VR数字教材脚本适用第一人称，若以第二人称撰写脚本，开发出来的VR数字教材将难以让用户体验到身临其境的感觉，会影响用户的沉浸感。在开发VR数字教材的过程中，编者须对VR数字教材的内容与主题有足够的认识与理解，这样才能避免在进行脚本编写时遇到阻碍，在形成教材脚本与故事情境上就会更加顺利。

四、基于VR技术的数字教材评价

在VR数字教材建设与应用中其评价环节也是非常重要的，评价指标不仅是衡量VR数字教材质量的重要标准，更是VR数字教材建设与运用的导向。在评价VR数字教材时，我们应充分考虑学生需求、知识技能、预期目标和结果、能否提高学生的学习效益、能否提升学生的学习兴趣等内容。现行教材缺乏情境教学，而VR技术刚好符合情境教学的需求。VR数字教材只有让学生产生身临其境的真实感，才能更好地吸引学生学习，进而对学生学习提供有益的帮助。因此，在对VR数字教材进行评价时，我们还应考察教材是否创设了接近真实情境的学习环境，能否让学生在虚拟系统中直观、形象地理解和学习[11]。本文将VR数字教材的成效评价归纳为教材内容设计、媒体与界面设计、虚拟现实成效三个方面，如表1所示。

表1 VR数字教材的成效评价指标

五、结语

本文基于VR技术在数字教材建设中的特点、作用、应用等方面的分析，提出了VR数字教材建设的评价指标。VR技术在教学中的应用虽然可以提升学生的学习效果，但存在教师端及开发端皆因设备较昂贵、合适教材较少导致不易普及等问题。如果相关问题能够得到解决，VR技术必将成为未来数字教材开发的重要技术手段。在今后的研究中，研究人员更应注重VR数字教材的开发端、教师端、学生端的整体性设计。开发团队在VR数字教材的互动设计与制作过程中应与专业教师紧密结合，充分考虑教师的教学设计，并且不断吸纳学生的反馈意见以优化VR数字教材，使VR数字教材在教学过程中发挥更大的作用。