虛擬現(xiàn)實技術在現(xiàn)代教育中的應用研究

孟祥宇，全江濤，叢蓉

虛擬現(xiàn)實技術在現(xiàn)代教育中的應用研究

孟祥宇，全江濤，叢蓉

虛擬現(xiàn)實技術對提高學校的教育質(zhì)量與教師的教學水平具有十分重要的作用。分析現(xiàn)實教育技術的發(fā)展趨勢，闡述虛擬現(xiàn)實技術的概況，研究了虛擬現(xiàn)實技術在現(xiàn)代教育中的具體應用和影響。

虛擬現(xiàn)實技術；現(xiàn)代教育；應用

一、現(xiàn)代教育技術的發(fā)展

隨著科技信息技術手段與網(wǎng)絡通信的發(fā)展，現(xiàn)代教育技術領域中出現(xiàn)的新興技術也在日益增多。所謂的教育技術是遵從教學的整體目標和要求，運用系統(tǒng)化、科學化的方式對學習過程和學習資源進行設計開發(fā)以及配置上的優(yōu)化，從理論和實踐兩方面入手，以達到更加良好的學習效果。目前，現(xiàn)代教育技術的形式十分多樣，例如：以傳統(tǒng)多媒體教學模式為基礎的幻燈片、投影、語音實驗室等視聽設備化教學；以衛(wèi)星通信技術為基礎的遠距離教學；以網(wǎng)絡技術為基礎的網(wǎng)上教學；以計算機為基礎的多媒體教學；以計算機仿真技術為基礎的虛擬現(xiàn)實教學等等。顯而易見，現(xiàn)代教育技術已經(jīng)超越了傳統(tǒng)的音像媒介使用階段，朝著網(wǎng)絡信息化、通訊多元化、媒體多樣化的方向不斷發(fā)展，并且網(wǎng)絡教學和遠程教育也在日益普及。特別是本文將要研究的“虛擬現(xiàn)實”技術在現(xiàn)代教學中的應用，具有十分廣闊的前景，指引著現(xiàn)代教育的創(chuàng)新方向。

二、虛擬現(xiàn)實技術概述

（一）虛擬現(xiàn)實技術的概念及特征

虛擬現(xiàn)實技術依靠計算機仿真技術，開創(chuàng)了人機交互研究的全新領域，提供了新的人工智能界面，通過模擬制作現(xiàn)實場景為工程、教育等提供方便直觀的描述手段。虛擬現(xiàn)實技術能夠從視覺、聽覺、觸覺等多種感知手段方面為用戶營造出一個真實的模擬現(xiàn)實氛圍，具有多感知性、交互性和臨場性等三大特點。

1.多感知性

將人類的視覺、聽覺、動覺以及觸覺等多方感知通過虛擬場景反映出來，是虛擬現(xiàn)實技術的最顯著特征。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中裝有多感知反應裝置與傳感器，能夠模擬真實場景，讓用戶產(chǎn)生身臨其境的感受。

2.交互性

虛擬現(xiàn)實技術不是單純的三維模擬，而是通過人工智能加強模擬場景與參與用戶的互動，改變了以往用戶僅僅作為觀賞者的被動局面，加強了用戶的參與度，通過親自動手發(fā)出對軟件的指令而創(chuàng)設虛擬環(huán)境。

3.臨場性

虛擬現(xiàn)實技術通過一些特殊裝備與顯示器相連，將用戶與現(xiàn)實世界隔離，從而使其完全沉浸在虛擬場景之中，使其具有真實的臨場感受。

（二）虛擬現(xiàn)實技術的系統(tǒng)構成

虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)大致由五個模塊構成，分別是檢測模塊、反饋模塊、傳感器模塊、控制模塊和建模模塊。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)首先通過檢測模塊獲取用戶命令，通過傳感器模塊接受命令并在虛擬環(huán)境中產(chǎn)生作用，而反饋模塊接受傳感器模塊的信息將結果反饋給客戶，最后通過控制模塊和建模模塊共同作用，控制傳感器，獲取現(xiàn)實世界的三位構成，最終構成虛擬環(huán)境，對用戶、現(xiàn)實環(huán)境和虛擬場景進行控制。

圖1 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)構成圖

三、虛擬現(xiàn)實技術在現(xiàn)代教育中的應用

（一）虛擬現(xiàn)實技術在現(xiàn)代教育中的應用優(yōu)勢

通過對現(xiàn)代教育技術發(fā)展的分析和對虛擬現(xiàn)實技術的初步把握，可以發(fā)現(xiàn)，虛擬現(xiàn)實技術在教育領域中具有鮮明且獨特的優(yōu)勢，為教育技術手段的創(chuàng)新提供了有效的幫助，能夠滿足我國課改的新要求，為學生提供自由的學習空間，也激發(fā)了學生的學習興趣與熱情。

虛擬現(xiàn)實技術具備傳統(tǒng)教學手段所不具備的優(yōu)勢，首先體現(xiàn)在情境的創(chuàng)設上，虛擬現(xiàn)實技術能夠為學生營造逼真直觀的學習環(huán)境，便于學生對知識的理解和把握，能夠充分調(diào)動學生學習的積極性與主動性，加強學生對重難點知識的掌握，培養(yǎng)學生自主學習的能力。同時，虛擬場景的創(chuàng)設有利于加強學生的創(chuàng)新與思考，通過對虛擬現(xiàn)實技術的應用，學生可以自主選擇學習模式、會話情境、教學內(nèi)容等，計算機也為學生提供相關的反饋，以加強學生思考和研究的興趣。另外，虛擬現(xiàn)實技術可以彌補傳統(tǒng)教學手段的不足，最大程度上減少由安全、經(jīng)濟等問題帶來的障礙，通過虛擬現(xiàn)實技術可以展示罕見的自然景觀，可以避免某些實驗危險，也能夠重復使用。例如：在化學實驗中，同學可以通過虛擬技術模擬爆炸、燃燒等高?，F(xiàn)象；在物理試驗中，可以體會失重感覺，或者親眼觀看核聚變、裂變等場景；在地理學習中，可以感受四季節(jié)氣的變化、體會地殼運動等感受；利用虛擬現(xiàn)實技術，也可以讓學生輕松學習汽車甚至飛機駕駛技術，以避免因操作失誤而造成的嚴重事故，或者進行模擬外科手術，節(jié)約了醫(yī)療實驗資源，也能夠避免不必要的損失。

總之，將虛擬現(xiàn)實技術應用于現(xiàn)代教育之中，能夠為提高教育水平，豐富教學手段，為學生提供更好的學習環(huán)境，也避免了事故的發(fā)生和資源的浪費，具有眾多實際性的優(yōu)勢。

（二）虛擬現(xiàn)實技術在現(xiàn)代教育中的具體應用

1.自主探索學習

虛擬現(xiàn)實技術在現(xiàn)代教育中的應用能夠促進學生進行自主學習和研究探索，利用人機交互技術帶領學生領略不同的意境或是觀看不同的現(xiàn)象。學生可以利用虛擬教學系統(tǒng)親身體會現(xiàn)實中較為罕見的自然現(xiàn)象、優(yōu)美風光，乃至事物的變遷和發(fā)展的過程；也可以利用虛擬現(xiàn)實技術將一些深奧晦澀的知識變得直觀、形象，以加深對理論的理解。同時，利用虛擬現(xiàn)實技術可以打破時間、空間上的障礙，以往需要經(jīng)過長時間觀察的實驗完全可以通過模擬場景而在一節(jié)課之內(nèi)解決，大大節(jié)省了學生的時間和精力，而教學效果卻毫不遜色。

學生能夠在虛擬的場景內(nèi)找到學習的樂趣，從而更加積極主動地進行研究與討論，對于營造良好的上進求知氛圍和提高整體教學水平均具有重要的意義。

2.進行模擬實驗

利用虛擬現(xiàn)實技術進行模擬實驗，是其優(yōu)勢在現(xiàn)代教育中應用最廣泛的方面。教育者可以利用虛擬現(xiàn)實技術建立諸如物理、化學、生物、醫(yī)療等各類實驗室，既方便教師進行不同內(nèi)容的講解，也能夠加深學生對晦澀學科知識的理解。目前，虛擬實驗室在理科教學中的應用較為廣泛，學生可以在實驗室內(nèi)進行地震、火山爆發(fā)等地理實驗，或是人體解剖等生物實驗。虛擬現(xiàn)實技術在文史類教育領域也具有很大的開發(fā)潛能，如建立歷史虛擬實驗室虛擬歷史人物，讓學生穿越時空，與歷史人物進行直接溝通，在刺激新奇的同時加深學生對歷史現(xiàn)象的感悟。

3.強化學生技能

利用虛擬現(xiàn)實技術的多感知性、交互性和臨場性的特點，鼓勵學生在虛擬的情景中進行角色扮演，從而全身心投入到練習和技能的加強中去，對于學生各項技能的強化十分有利。在模擬場景中，學生可以低廉的成本進行各項實踐技能訓練，如建筑設計技能、軍事統(tǒng)籌技能、醫(yī)療技能、駕駛技能、機器修理技能、種植技能等等。

虛擬訓練由于成本較低，并且不具備危險性，因此在現(xiàn)代教育中受到了廣泛的關注和好評。教師可以節(jié)省大量心力進行教學計劃的研討，學生也多了一個練習的平臺和環(huán)境，可以在私人空間內(nèi)不斷訓練直至掌握相關操作技能。

4.遠程教育與特殊教育

隨著衛(wèi)星通信技術的發(fā)達和互聯(lián)網(wǎng)的不斷普及，我國遠程教育的發(fā)展已經(jīng)逐步進入軌道，而涉及到具體教學模式問題則出現(xiàn)了一些困難，虛擬現(xiàn)實技術恰恰能夠彌補這方面的缺陷，為遠程教育提供一個良好的學習環(huán)境。一方面通過網(wǎng)絡虛擬課堂和虛擬實驗室、圖書館等機制，學生可以對感興趣的課程進行自主選擇學習。另一方面，虛擬現(xiàn)實技術在對殘障人士的特殊教育上也能夠發(fā)揮巨大的作用。聾啞人士能夠通過手套傳感器將手勢轉(zhuǎn)化為聲音，便于正常交流；盲人可以利用目光跟蹤器將眼神翻譯成語言；而弱智兒童可以通過虛擬現(xiàn)實技術構建的三維圖像和訓練系統(tǒng)進行對世界的探索和熟悉。

（三）虛擬現(xiàn)實技術對現(xiàn)代教育產(chǎn)生的影響

1.發(fā)展教育觀念

對于虛擬現(xiàn)實技術的應用能夠發(fā)展我國現(xiàn)有的教育觀念，促進我國教育與國際形勢的接軌，促進教育理念向先進方向轉(zhuǎn)變。虛擬現(xiàn)實技術對教學觀念的影響能夠從其應用要求上充分體現(xiàn)出來：對教師而言，促使其從講解、演示的身份向幫助、指導的身份轉(zhuǎn)變，這就要求教師善于改進教學策略，改變教育觀念，以提高學生綜合能力與素質(zhì)為根本追求，通過模擬場景，鼓勵學生自主學習與探索，提高學生的動手實踐能力，以達到我國教育改革中對素質(zhì)教育的要求目標。

2.豐富教學手段

虛擬現(xiàn)實技術的應用對我國傳統(tǒng)教學手段的全新突破，教師可以采用多種多樣的情景設計為學生提供豐富多彩的切身體驗，全方位地調(diào)動學生的視覺、聽覺、觸覺等多種感官，從直觀形象的角度刺激學生的感受與思維，通過人機交互手段獲取學生對外界的反應，從而創(chuàng)設自主學習的條件與環(huán)境。虛擬現(xiàn)實能夠加強學生對枯燥知識的體會，通過豐富的教學手段提高學生對知識的理解與吸收，對現(xiàn)代教育產(chǎn)生了重大的正面影響。

3.調(diào)整教學內(nèi)容

有了虛擬現(xiàn)實技術作為輔助教學手段，教育機構對于教學內(nèi)容的設定范圍被大大拓寬，曾經(jīng)難以講解的教學內(nèi)容變得不再難以表達，以往被客觀條件制約而無法進行的教學內(nèi)容也可以通過虛擬的方式讓學生深入了解。比如許多耗費過長時間或是危險性強，甚至因為場地不合適而無法進行的實驗，在虛擬技術的幫助下變得輕松便捷，這種現(xiàn)象意味著教學內(nèi)容的日益豐富和多元化，有利于我國教育機構對人才的培養(yǎng)，符合科教強國的基本政策方針，也有利于高校等根據(jù)新技術形勢創(chuàng)建人才培養(yǎng)的系統(tǒng)教育體系。

4.節(jié)約教育經(jīng)費

虛擬現(xiàn)實技術中的許多應用裝置都是非真實的，大部分情況，模擬教學實驗的功能都是用戶根據(jù)不同功能模塊自定義的，可以重復多次使用，或者隨時根據(jù)需要進行裝置的修改與添加，以滿足不斷改進的教學要求，因此，虛擬現(xiàn)實技術能夠極大地節(jié)約教育儀器上的投資，大大縮減教育經(jīng)費。此外，虛擬現(xiàn)實軟件具有良好的更新性，一旦內(nèi)容落后，可以立刻采取相應的調(diào)節(jié)措施，而不會導致整套設備都被淘汰的浪費現(xiàn)象。

通過對虛擬現(xiàn)實技術和現(xiàn)代教育發(fā)展的研究可以發(fā)現(xiàn)，虛擬現(xiàn)實技術在教育領域的應用中具有獨特的優(yōu)勢和良好的效果，可以通過多種渠道改善教學質(zhì)量，值得大力提倡與推廣。相信今后虛擬現(xiàn)實技術在現(xiàn)代教育中的應用會逐漸普遍，從而促進我國教育事業(yè)的進步。

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G642.0

A

1673-1999（2011）05-0188-02

孟祥宇（1981-），男，遼寧錦州人，碩士，海軍大連艦艇學院（遼寧大連116018）訓練部工程師，研究方向為教育管理、數(shù)字化校園。

2010-12-25