虛擬現(xiàn)實技術(shù)在基礎(chǔ)教學(xué)中的應(yīng)用
——虛擬現(xiàn)實課堂

北京市育英學(xué)校 羅明睿

1.引言

目前，虛擬現(xiàn)實題材的電影層出不窮，《頭號玩家》的上映也讓虛擬現(xiàn)實走入人們的視野，將虛擬現(xiàn)實和現(xiàn)實生活結(jié)合也成為現(xiàn)階段十分熱門的話題和研究方向，現(xiàn)實生活不具備人們在虛擬現(xiàn)實中所可以得到的需求，而虛擬現(xiàn)實中的極高的自由度和極強的代入性也得到人們更多的青睞和關(guān)注。虛擬現(xiàn)實的體驗游戲機也在各大商場中十分吃香。但現(xiàn)階段虛擬現(xiàn)實在大眾領(lǐng)域所展示的功能僅是基礎(chǔ)娛樂，將虛擬現(xiàn)實代入教育中也是未來研究方向，虛擬現(xiàn)實課堂也將成為未來主流的網(wǎng)絡(luò)課堂模式。

2.虛擬現(xiàn)實的發(fā)展歷史與背景

2.1 虛擬現(xiàn)實概念的定義

虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality）是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統(tǒng)，利用計算機構(gòu)建類似于現(xiàn)實生活的模型，在視覺，聽覺，觸覺進行模擬，使人類身臨其境。

2.2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展歷史

人類對這個概念有最初的理解和意識是在上世紀60年代，人們利用計算機仿真技術(shù)將圖片進行疊加和處理形成動畫效果，構(gòu)建現(xiàn)實中運動模型。在上世紀90年代前后，美國首先提出了現(xiàn)代虛擬現(xiàn)實的概念。2011年Oculus開發(fā)人員、shenx、著名的吃豆人開發(fā)者巖谷徹等人提出虛擬現(xiàn)實的設(shè)計，并研發(fā)虛擬現(xiàn)實游戲機Oculus Rift。2014年首次拍攝虛擬現(xiàn)實記錄短片《HELP》。

2.3 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用

2.3.1 VR電影

2014年由《速度與激情》系列的導(dǎo)演林詣彬，導(dǎo)演了第一部VR短片《HELP》。2016年6月，導(dǎo)演羅布麥克萊倫推出了全球首部限制級VR電影《ABE VR》。2016年9月中國VR電影《人工智能：伏羲覺醒》上線。該片講述了一群互聯(lián)網(wǎng)商界精英圍繞著人工智能“伏羲”展開爭斗的故事。2017年3月，Oculus Story Studio帶來了它們的第三部 VR 電影作品《DearAngelica》

如今vr（VR）技術(shù)在電影方面得到廣泛應(yīng)用，但由于技術(shù)成形較晚，大多數(shù)作品處于創(chuàng)作和拍攝階段。

2.3.2 VR游戲

我憑啥吃你一刀子？我和三妮真的沒那事，你為啥非要往自己頭上扣屎盆子？你肯定是受了別人的指使。想把我這個村長搞下去。有人給你錢了是不是？

在2013年，關(guān)于VR游戲的開發(fā)者版本也被推出，而推出者正是虛擬現(xiàn)實行業(yè)的領(lǐng)軍團隊Oculus Rift。此版本具有劃時代的意義，而其售價也不菲，為300美元，僅僅在官方網(wǎng)站上可以買到使用權(quán)。

開發(fā)者版本的VR游戲設(shè)備出售僅僅4個月，諸多游戲就已經(jīng)提供支持，其中比較具有代表性的有：“半條命2”、“軍團要塞2”、“模擬外科醫(yī)生2013”，據(jù)統(tǒng)計，共有20多種以發(fā)售的游戲提供支持，還有數(shù)十種正在開發(fā)中的游戲宣布對其支持。如今已有近60款游戲支持Oculus。Playstation公司于2016年推出PSVR。

2.3.3 醫(yī)學(xué)

VR技術(shù)提供人體內(nèi)器官模擬，醫(yī)學(xué)VR環(huán)境不僅僅包括手術(shù)臺、手術(shù)等，還包括外科工具，如手術(shù)刀、注射器、手術(shù)鉗等，以及虛擬的人體模型和人體器官。

3.虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特性

3.1 虛擬現(xiàn)實的代入性

虛擬現(xiàn)實是一個仿照外部環(huán)境的模型，使用者可利用虛擬世界獲取信息。利用視覺、聽覺、觸覺對外界世界進行直觀的判斷與感受，從而將自己置身于中就有身臨其境的感受。使用者將自己帶入虛擬環(huán)境中，在虛擬環(huán)境中做出反應(yīng)、判斷并表達自己的行為。在許多方面貼近現(xiàn)實。

3.2 虛擬現(xiàn)實的交流性

虛擬現(xiàn)實中人們利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中進行思維和語言交流，也可通過文字、圖片等方式輔助自己進行思維表達。在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中，使用者直接與使用者交流，無中間環(huán)節(jié)，能提升交流的準確性和便利性。虛擬現(xiàn)實的交流性也體現(xiàn)在使用者與環(huán)境之間的交流、使用者與使用者之間的交流、虛擬環(huán)境和外界環(huán)境之間的交流。使虛擬現(xiàn)實環(huán)境成為一個整體。

3.3 虛擬現(xiàn)實的執(zhí)行性

虛擬現(xiàn)實環(huán)境中通過計算機技術(shù)能準確地在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中表達使用者的意圖，做到準確的執(zhí)行。并且虛擬現(xiàn)實能做到和現(xiàn)實環(huán)境中一樣，將使用者的意圖表達的又快又準。

3.4 虛擬現(xiàn)實的自由性

虛擬現(xiàn)實較現(xiàn)實環(huán)境中擁有更高的自由性，使用者可在其過程中發(fā)揮自己的想象，更準確地表達自己的意圖，較現(xiàn)實環(huán)境下沒有了一些環(huán)境中的限制與拘束?？梢栽谔摂M環(huán)境中自由發(fā)揮將自由程度優(yōu)化至最大，擁有十分強大的遐想空間。

4.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在基礎(chǔ)教育方面的應(yīng)用

4.1 基礎(chǔ)教育和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的結(jié)合

虛擬現(xiàn)實課堂是基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域上的一個創(chuàng)新的模式。主要的授課方式和傳統(tǒng)課堂相似，采用課堂授課模式，由一位老師帶領(lǐng)學(xué)生在虛擬現(xiàn)實的環(huán)境中進行學(xué)習(xí)。老師教授的內(nèi)容和相應(yīng)環(huán)境上傳至虛擬現(xiàn)實環(huán)境之中，學(xué)生在上課時通過相應(yīng)設(shè)備進入虛擬現(xiàn)實環(huán)境中進行學(xué)習(xí)。比如老師想在課堂中進行化學(xué)試驗，以氫氣在純氧之中燃燒為例，教師可以通過科技手段在虛擬現(xiàn)實空間中對實驗建立模型，并且準確地在虛擬現(xiàn)實空間中表達出來，以便學(xué)生的實踐學(xué)習(xí)，并使實驗簡潔。虛擬現(xiàn)實課堂可以理解為對傳統(tǒng)形式課堂的改造和加工，是通過科技手段對傳統(tǒng)課堂簡化優(yōu)化之后的新興教育模式。

4.2 學(xué)生在虛擬現(xiàn)實課堂中的表現(xiàn)

學(xué)生較傳統(tǒng)課堂在虛擬現(xiàn)實課堂中會更加便捷地獲取知識，并且可以通過虛擬現(xiàn)實課堂中的模擬實驗對一些無法在現(xiàn)實生活中完成的試驗進行理解，例如物理中小球在光滑的平面上運動，而現(xiàn)實中無法獲取到光滑平面，因此對學(xué)生造成一些困擾和誤解。再可說基礎(chǔ)化學(xué)教育階段化學(xué)中有對危險系數(shù)很高且高中實驗室很難精確完成的試驗，如上文提到的氫氣在純氧環(huán)境中的燃燒，學(xué)生可通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)在虛擬現(xiàn)實課堂中完成操作加深理解。虛擬現(xiàn)實課堂基于互聯(lián)網(wǎng)，但相比于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)授課模式，學(xué)生在虛擬現(xiàn)實課堂中自由度更高，更利于學(xué)生理解，有助于學(xué)生專注地、高效地完成相應(yīng)任務(wù)的學(xué)習(xí)和理解，虛擬現(xiàn)實課堂較于網(wǎng)絡(luò)傳統(tǒng)教學(xué)也有利于監(jiān)督和輔導(dǎo)。

4.3 知識在虛擬現(xiàn)實課堂中的傳播

虛擬現(xiàn)實課堂中知識主要通過互聯(lián)網(wǎng)進行傳播，主要傳播方式是通過虛擬現(xiàn)實環(huán)境將二維畫面變?yōu)槿S或者四維，并加以語言的輔助進行授課。教師通過設(shè)備進入虛擬現(xiàn)實環(huán)境中發(fā)出指令，學(xué)生利用設(shè)備進入虛擬現(xiàn)實環(huán)境獲取將信息進行處理。

5.虛擬現(xiàn)實教育的優(yōu)點與不足

5.1 虛擬現(xiàn)實課堂的優(yōu)點

5.1.1 機動性強

虛擬現(xiàn)實課堂只需要一個設(shè)備進入虛擬現(xiàn)實環(huán)境之中。而設(shè)備隨著科技的進步將得到提升。最理想的設(shè)備便是VR眼鏡。學(xué)生可以在家中或者外出的路上戴上眼鏡便可進入課堂進行學(xué)習(xí)，而老師授課也僅需戴上眼鏡授課。如果學(xué)生在學(xué)習(xí)環(huán)境中遇到問題可隨時進入虛擬現(xiàn)實環(huán)境中進行解答。做到想學(xué)就能學(xué)，機動性非常強。

5.1.2 課堂效率高

虛擬現(xiàn)實課堂擁有更高的自由度和代入性，學(xué)生自由程度優(yōu)化至最大，擁有十分強大的遐想空間，因此學(xué)生能在此環(huán)境中充分發(fā)揮，并且能將自己帶入環(huán)境之中方便學(xué)習(xí)交流。而且虛擬現(xiàn)實課堂中的師生交流頻率會高于常規(guī)網(wǎng)絡(luò)授課模式，保證學(xué)生有效學(xué)習(xí)的時間，也會提高學(xué)習(xí)效率。

5.1.3 方便監(jiān)督

虛擬現(xiàn)實課堂中老師可以看到學(xué)生的行動，更加準確地獲取學(xué)生是否理解或者掌握所授課的相關(guān)信息，有利于師生之間的交流表達，方便老師監(jiān)督和幫助學(xué)生獲取知識。

5.2 虛擬現(xiàn)實課堂的不足

5.2.1 成本過高

能夠支持虛擬現(xiàn)實課堂模式的虛擬現(xiàn)實的裝備在5000元至10000元不等，對于普通的家庭來講，價位偏高。而且建立龐大的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)和對各種知識試驗在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中的模擬、虛擬現(xiàn)實課堂的測評、維護、監(jiān)管都需要不菲的資金維持。

5.2.2 技術(shù)問題

現(xiàn)階段虛擬現(xiàn)實裝備沒有能達到提供便捷的設(shè)備進行虛擬現(xiàn)實課堂。其次虛擬現(xiàn)實課堂需要龐大的系統(tǒng)，實際上對此上是空白。

6.虛擬現(xiàn)實課堂的前景展望

在技術(shù)到達虛擬現(xiàn)實課堂時，虛擬現(xiàn)實課堂可在市級示范學(xué)校進行定點試驗，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)教學(xué)進行試講。社會上需對此進行宣傳和認可，國家有相應(yīng)政策的支持，虛擬現(xiàn)實課堂可被普及。虛擬現(xiàn)實課堂將取代傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)授課模式，并且在學(xué)校的基礎(chǔ)教學(xué)中與傳統(tǒng)教育相輔相成。