初探虛擬現(xiàn)實技術(shù)在我國教育領域的發(fā)展

吳慧思

（武漢理工大學文法學院，湖北 武漢 430070）

一、虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)的概念

VR起源于20世紀60年代，其英文全稱為Virtual Reality，即“虛擬現(xiàn)實”。VR技術(shù)也就是虛擬現(xiàn)實技術(shù)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是以計算機技術(shù)為主，對現(xiàn)實世界進行全面仿真的技術(shù)，是一種依靠技術(shù)手段和外部設備來模擬空間虛擬環(huán)境的技術(shù)。VR技術(shù)所涉及的領域十分廣闊，在教育、醫(yī)療、軍事演練等領域均有所應用。虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有三個最顯著的特征：第一個特征是交互性，交互性主要是指參與者通過佩戴和使用VR設備，能夠和虛擬場景進行互動；第二個特征是沉浸感，主要是指把參與者放入用計算機技術(shù)構(gòu)建的虛擬三維空間之中，利用參與者佩戴的VR設備和心理學等特點，給其營造一種身臨其境的感官體驗，讓參與者有一種處于現(xiàn)實世界的逼真感受；第三個特征則是構(gòu)想性，構(gòu)想性強調(diào)虛擬現(xiàn)實技術(shù)應具有巨大的想像空間，既可以是對現(xiàn)實世界的復制，也可以是隨意構(gòu)想的客觀不存在的環(huán)境，由于參與者在虛擬環(huán)境中同時獲得了來自各感官的多種感知,在這樣的環(huán)境中能夠激發(fā)人的想象力和創(chuàng)造力。[1]

近幾年，VR技術(shù)發(fā)展勢頭迅猛，已經(jīng)從最初的概念階段邁入了初步發(fā)展期。中國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院副院長王鵬表示，2017年我國虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模已達160億元，同比增長164%，預計到2020年市場規(guī)模將突破900億元。工信部支持推進虛擬現(xiàn)實技術(shù)與其他行業(yè)融合發(fā)展，促進虛擬現(xiàn)實技術(shù)在不同特色領域的滲透應用。[2]

隨著市場的不斷擴大，越來越多技術(shù)化的專業(yè)領域開始嘗試“虛擬現(xiàn)實+”，將VR和各個行業(yè)領域相結(jié)合，讓技術(shù)為現(xiàn)實需求服務，以期擦出更閃耀的火花。

二、“VR+教育”

“VR+教育”是將VR技術(shù)應用在教育領域中，基于VR教學資源，利用VR設備、應用系統(tǒng)等，為學習者創(chuàng)造一個開放互動、身臨其境的三維學習環(huán)境。它突破了傳統(tǒng)教育模式時間、空間的局限，能讓學習者獲得比傳統(tǒng)教科書更清晰、更有效的教學效果。

我國傳統(tǒng)的教育模式是單一的說教以及圖文結(jié)合教學，后來逐漸融入了視聽媒體，再到互聯(lián)網(wǎng)在教育中的普及應用。[3]“VR+教育”的應用沖破了傳統(tǒng)教學模式的枷鎖，以全新的三維形式使場景重現(xiàn)成為可能。由于虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠模擬現(xiàn)實的環(huán)境，學生可以在VR的世界里多方位感知真實世界中難以得到的體驗。利用VR技術(shù)的特性，讓抽象的事情變得更直觀，使學生沉浸于學習場景，不受真實學習環(huán)境的干擾，能學習到更多書本上沒有的知識?！癡R+教育”的優(yōu)勢顯著，它不僅可以增強學習體驗、提高學習效率、降低學習風險、改善學習環(huán)境，還能改善教育資源分布不均衡的狀況，VR技術(shù)與教育的連接彌補了傳統(tǒng)教育資源與教育技術(shù)匱乏的不足，改善了互聯(lián)網(wǎng)、多媒體所忽略的學生的情感學習環(huán)境與物理學習環(huán)境。

科技推動了教育領域的一次次巨變，VR技術(shù)和教育領域的融合，對于中國傳統(tǒng)教育行業(yè)而言既是機遇，又是挑戰(zhàn)。

三、國內(nèi)VR教育現(xiàn)狀

我國開始在VR方面進行研究要追溯到20世紀90年代，由于當時技術(shù)不夠先進，設備不夠完善，技術(shù)成本高昂，因此那時應用僅僅局限于小范圍內(nèi)，比如價格昂貴的高檔商品。直到人機交互技術(shù)的逐漸發(fā)展以及一些相關(guān)設備的完善，VR技術(shù)才真正打入了國內(nèi)市場。目前國內(nèi)的VR公司雖多，但是主要涉及的領域是游戲業(yè)和影視業(yè)，涉及VR教育的公司并不多。國內(nèi)現(xiàn)有的VR教育主要包括兩個方面：一是應用VR技術(shù)的教育；二是VR人才培訓。由于我國學校數(shù)量眾多，學生群體龐大，VR人才缺乏，因此“VR+教育”在我國具有相當大的市場潛力。

2013年，教育部通知要求各省區(qū)市教育主管部門、各部屬高校開展國家級“虛擬仿真實驗教學中心”的建設工作，要求教學中心提供安全、可靠、經(jīng)濟的實驗項目，以規(guī)避高?；驑O端環(huán)境造成的危險事故的發(fā)生。[4]《2017高等教育版地平線報告》中提到虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)在中期（2017—2019）應作為影響教育發(fā)展的重要技術(shù)。[5]

不少學校紛紛開始嘗試推進“VR+教育”，如2016年12月，北京八一中學進行了一堂VR化學課，課程內(nèi)容是手機有機材料的合成，利用VR設備合成能將大家肉眼看不到的抽象的東西轉(zhuǎn)變成具體可見的東西，用3D的形式展現(xiàn)出來。[6]華東理工大學的G-Magic虛擬現(xiàn)實實驗室，擁有洞穴式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，通過高端配置的虛擬現(xiàn)實顯示系統(tǒng)，學生可全程參與設計過程，該系統(tǒng)能夠為使用者提供高分辨率及高質(zhì)量的立體影像，讓虛擬環(huán)境能夠媲美于真實世界。[7]

資料顯示，2025年，VR教育產(chǎn)值有望達到7億美元，未來“VR+教育”被認為具有巨大的市場潛力。[8]

四、VR在教育領域的運用

VR技術(shù)的應用可以解決傳統(tǒng)教育許多難以解決的問題。虛擬現(xiàn)實技術(shù)沉浸性和交互性的特點，能讓教育寓教于樂，有效地激發(fā)學生的學習興趣，從而有效地構(gòu)建一個非常優(yōu)良的學習環(huán)境，VR技術(shù)與教育的結(jié)合，使各教育領域都能受益，以以下幾個教育領域為例。

（一）醫(yī)學教育領域

在醫(yī)學教育領域，利用VR技術(shù)可以進行醫(yī)學解剖仿真教學。VR技術(shù)能將人的身體結(jié)構(gòu)、器官直觀清晰地展現(xiàn)出來，在虛擬的環(huán)境下，學生可以使用虛擬手術(shù)刀，模擬操作臨床外科手術(shù)基本訓練。通過這種方式，不用受時間和空間的制約，還可以反復進行操練，能夠在很大程度上提高醫(yī)學生外科手術(shù)水平，犯錯成本為零。一些疑難雜癥也能夠被來自世界各地的經(jīng)驗豐富的醫(yī)生們運用VR技術(shù)來進行探討診治。2016年，全球首臺3D腹腔鏡手術(shù)的VR直播在上海瑞金醫(yī)院進行。學員們戴上可嵌入手機的VR頭顯設備，通過多方位轉(zhuǎn)動頭部來選擇實時角度和圖像畫面。每個人的眼鏡都能清晰呈現(xiàn)出手術(shù)全過程，手術(shù)室內(nèi)全景動態(tài)還可隨時切換。[9]

（二）化學實驗領域

利用VR技術(shù)構(gòu)建虛擬化學實驗室能夠規(guī)避各種危險化學事故的發(fā)生，在生物、化學等學科的教學過程中，師生常常會由于風險因素而難以接觸到具有腐蝕性、毒性、爆炸性的危險化學物品，從而對這些物品較難有直觀的體驗。有了虛擬化學實驗室，師生都能放心地在虛擬環(huán)境中使用這些化學物品做實驗，既可以免除學生因操作不當或手誤等情況而導致的人員受傷事故，降低操作失誤的風險，也無需擔心實驗藥品不足的問題，教學效果能得到極大提升。以往常常因安全危險實驗導致的悲劇可以在很大程度上被避免。[10]

（三）歷史學教育領域

通過VR設備，學生能夠在虛擬世界里與歷史人物接觸，能更好地體驗歷史的趣味。學生們坐在教室里就能“穿越”到不同的年代，如一堂VR歷史課能將學生帶到古埃及，學生們能夠充分地了解當時的人們是如何生活的，并且能學習神秘的古埃及文明。更能把戈壁、沙漠通過VR技術(shù)搬到課堂上來，讓抽象事情更直觀，學生們通過VR技術(shù)學習到了更多書本上所沒有的知識。2018年9月，浙江大學與哈佛大學聯(lián)合舉辦了一堂名為“吉薩金字塔：技術(shù)、考古與歷史”的VR課程，利用VR，課堂真實地還原了歷史上金字塔的模樣，甚至能夠清晰地看到里面的浮雕、壁畫等物件，學生們可以任意選擇其中一件物品進行點擊，物件相應的3D模型便會彈出，從而可以進行各個角度的觀察。在VR技術(shù)的輔助下，學生可以對大量歷史古跡的細節(jié)進行查看、觀察與學習。[11]

（四）建筑設計教育領域

傳統(tǒng)建筑史教學，學生通過觀看幻燈片上的平面圖像信息來獲取知識內(nèi)容，缺乏實踐的構(gòu)想只能是紙上談兵，并不能真實體驗到建筑的外部尺度和內(nèi)部空間。利用VR，建筑學學生可以對作品進行虛擬規(guī)劃、虛擬設計。進入一個虛擬現(xiàn)實建筑后，學生可以隨意走動，多角度、多方位地查看建筑內(nèi)部或外部的各處細節(jié)，還可以做相應的改變，比如照明、天花板高度、樓層等，因此學生們能實時了解到他們的設計是否可行，以及方案在現(xiàn)實生活中施行時會是什么樣子，節(jié)省了教學實驗場地、設備等成本，使成本更加低廉，也使得未來的建筑將綜合更多因素，將更加合理化。

五、VR技術(shù)在教育領域存在的問題

（一）使用舒適度差

工信部曾在《2016虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)白皮書》中指出，VR由于硬件技術(shù)的局限，軟件可用性差，應用領域有限，最終導致效果不夠理想。那些考慮自己購買VR產(chǎn)品嘗鮮的消費者，用戶體驗也不好。[12]當前市面上的VR頭盔都較為笨重，長時間佩戴會產(chǎn)生不適。在產(chǎn)品的用戶體驗中，反饋較多的是眩暈感，眩暈感主要是由延遲造成的。用戶使用VR設備過久，摘下眼鏡可能會感覺視線模糊。由于VR技術(shù)自身的局限性，在畫質(zhì)上還無法做到理想的逼真效果。虛擬現(xiàn)實也并非現(xiàn)實中的真實世界，我們通過VR看到立體世界大部分都是由360度的2D畫面合成而來，而并不是真正身臨其境的視覺體驗，降低了體驗感。

（二）可能引發(fā)網(wǎng)癮問題

虛擬現(xiàn)實技術(shù)的出現(xiàn)帶動了VR技術(shù)支撐的3D游戲的興起，其具有的強烈沉浸感與帶入感，會將使用者帶入完全虛擬的環(huán)境中，很容易使一些自制力較弱的青少年沉迷其中無法自拔。VR內(nèi)容存在著大量低級、庸俗信息，易引發(fā)學生群體沉迷、異化等網(wǎng)絡疾病。VR設備運營商需要對這類情況作出提前預判，限制對青少年身心發(fā)展有害的VR軟件上架。教師也應當注意引導學生不要在虛擬世界中迷失方向。將VR技術(shù)運用到教育領域中，要求學生具有一定的自主學習能力以及自控力。

（三）設備價格昂貴，操作不易

相對于國外，我國VR技術(shù)的發(fā)展較為滯后。VR硬件設備昂貴，與教育現(xiàn)狀存在脫節(jié)。VR技術(shù)在教育領域的主要消費群體是學生，價格是進入生態(tài)鏈的最大障礙。雖然2016年市場上出現(xiàn)了很多平民化的VR設備，如三星公司設計的廉價的頭帶顯示器GearVR和谷歌的紙盒眼鏡Cardboard等，但目前VR市場仍然存在著性能與價格兩難的問題。[13]很少有學校能夠承擔價格高昂的大規(guī)模采購VR相關(guān)設備的費用。由于VR操作軟件系統(tǒng)不夠完善,設備使用起來相對復雜，使用設備時需要專業(yè)的人士進行指導操作，學生自己很難進行獨立操作。這些問題都在很大程度上制約了VR技術(shù)的大規(guī)模推廣。

六、結(jié)語

作為一種全新的媒介，VR技術(shù)與教育的融合為素質(zhì)教育提供了一種全新的思路，為教育事業(yè)帶來了新一輪科技革新。雖然目前VR技術(shù)還不夠成熟，仍然存在著許多分歧和爭議，但不可否認的是，VR技術(shù)一定會成為一種重要的新媒介，逐漸進入教育領域。毫無疑問，VR教育的前景是光明的，但我們也要用客觀審慎的眼光來看待它，如何充分發(fā)揮它對教育的促進作用、減少消極作用也是需要考慮的問題。今后VR教育必將因其諸多優(yōu)勢在教育領域中占據(jù)重要的一席之地，但想要真正實現(xiàn)VR技術(shù)與教育的深度融合，未來還有很長的路要走。