虛擬現(xiàn)實技術(shù)在移動學習中的應用探析

王君丹

[摘要]虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為一種全新的教學媒體已廣泛應用于教育領域，必將改變以往的教學觀念和教學模式，隨著移動學習方式的普及與發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)也逐漸被運用于移動學習中。分析了虛擬現(xiàn)實技術(shù)在移動學習中的應用優(yōu)勢，闡述了虛擬現(xiàn)實技術(shù)對移動學習的學習方式、教學方法及教學資源建設等方面所帶來的機遇，以及在技術(shù)層面、應用層面、信息資源層面所面臨的挑戰(zhàn)。指出新的VRT將緊密結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+”、人工智能等前沿技術(shù)，促進教育和信息技術(shù)的現(xiàn)代化整合。

[關(guān)鍵詞]虛擬現(xiàn)實技術(shù);移動學習;學習方式;教學方法;移動學習資源

[中圖分類號]G 434[文獻標志碼]A[文章編號]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

虛擬現(xiàn)實技術(shù)（Virtual Reality Technology，VRT）是仿真技術(shù)，以計算機技術(shù)為核心，結(jié)合相關(guān)科學技術(shù)，創(chuàng)造了高度真實的數(shù)字視覺、聽覺、觸覺等感官環(huán)境[1]。用戶可以在數(shù)字環(huán)境中與必要的設備交互虛擬對象，以獲得身臨其境的體驗。虛擬現(xiàn)實可以借助他人對所接觸對象的感知和認知，激發(fā)參與者的思維，從虛擬環(huán)境中獲得一個綜合的空間和邏輯圖像。虛擬現(xiàn)實的本質(zhì)特征是沉浸式、實時交互，最終目標是使虛擬現(xiàn)實成為時空環(huán)境的現(xiàn)實概念（由此啟發(fā)和獲取信息）。移動學習是指在手持移動計算設備的幫助下，能夠在任何時間、任何地點發(fā)生的學習。學習者的學習時間、地點都不受限制，能隨時隨地借助移動設備（如平板電腦、智能手機等）與移動網(wǎng)絡學習所需知識。將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應用于移動學習是教育技術(shù)發(fā)展的一個飛躍，它營造了自主學習的環(huán)境，由傳統(tǒng)的“以教促學”的學習方式代之為學習者通過自身與信息環(huán)境的相互作用來得到知識、技能的新型學習方式[2]。

1虛擬現(xiàn)實技術(shù)在移動學習中的應用優(yōu)勢

運用虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）技術(shù)創(chuàng)造一個身臨其境的學習環(huán)境，讓學生以第一視角來觀察和模擬所學習的內(nèi)容。這種形式的主要目的是讓學生進行體驗，并不足以代替真實的接觸。但是對于理解一些抽象概念很有幫助，如宇宙行星的運行、地震和龍卷風的產(chǎn)生、分子的結(jié)構(gòu)，等等。代表性的App有“科學跑出來”系列及Bolotree系列，蘋果iOS設備或Android設備配備雙鏡頭，都可以下載使用?！翱茖W跑出來”系列把科普與VR技術(shù)結(jié)合，讓科學從書里跑出來，在游戲的同時，幫助孩子成為史前生物專家、太陽系達人，了解龍卷風和地震的成因。專注“VR+教育”的微視酷，目前已經(jīng)開發(fā)了包括科學課程、生物課程、天文課程和化學課程等數(shù)百個中小學VR課堂云課程，同時也擁有包括醫(yī)療課程、海洋課程、汽修課程和飛行課程在內(nèi)的數(shù)十個專業(yè)培訓云課程，充分滿足移動學習的需要[3]。

VR技術(shù)本身形式新穎，能夠吸引學習者的注意力，在帶來極大樂趣的同時，VR技術(shù)通過計算機向?qū)W習者呈現(xiàn)了多角度、多樣化的學習內(nèi)容。結(jié)合VR與移動學習的特點，目前虛擬現(xiàn)實技術(shù)在移動學習中有以下4項應用優(yōu)勢，如圖1所示。

1.1構(gòu)建認知、開拓思維

抽象性的知識往往讓學習者難以通過簡單的講解而理解其真正的內(nèi)涵，如超聲波、磁感線、電子運動的表示等。VR技術(shù)能夠模擬三維環(huán)境展現(xiàn)立體模型及其運動過程，讓學習者觀察運動過程各個階段模型產(chǎn)生的變化，對晦澀難懂的知識點有直觀的理解，并主動思考完成認知體系的構(gòu)建。在這種系統(tǒng)性的虛擬現(xiàn)實學習過程中，有助于培養(yǎng)學習者的空間智能與抽象思維，提升其想象力、方向感及空間認知能力，并實現(xiàn)了抽象知識概念的具體化表現(xiàn)。

1.2鼓勵探索、實現(xiàn)創(chuàng)新

VR的數(shù)字模擬有助于學習者進行虛擬實驗，特別是化學、物理等具有一定危險性或是龐大復雜的實驗。學習者只需輸入各項指定數(shù)值、公式與條件，計算機強大的計算能力就能自行運算出結(jié)果，并通過VR技術(shù)虛擬出實驗過程。這樣的虛擬實驗既能保證學習者的人身安全，又在一定程度上達到節(jié)能環(huán)保的效果，解決一些人力、設備及試驗場地等問題，同時有利于開拓創(chuàng)新思維，鼓勵學習者在知識探索的道路上大膽前行。

1.3實現(xiàn)不同角度的學習

將VR技術(shù)用于虛擬信息展示，可將相關(guān)內(nèi)容拓展呈現(xiàn)為立體化的知識結(jié)構(gòu)，讓學習者獲取到更為直觀、具體、豐富的知識信息。同時虛擬場景與現(xiàn)實場景的無縫鏈接（VR全景）實現(xiàn)了虛擬場景隨學習者視線變化而變化的超現(xiàn)實體驗，滿足了學習者不同角度的學習需求。例如考古專業(yè)學生無法到達真實場地進行實踐學習，可通過虛擬墓室查看古墓全貌，并根據(jù)個人的研究方向選擇不同的物體，如墓室結(jié)構(gòu)、壁畫、棺槨等，或者根據(jù)個人水平對某一方向進行深入學習。

1.4突破時間與空間限制

VR技術(shù)能夠完全沖破時間與空間的制約，使學習者得到書面教學和視頻教學所無法比擬的學習體驗。上溯遠古時代，下至科技展覽，大到行星運動，小至分子碰撞，學習者可以化為其中一員共同觀察與學習。例如美國富蘭克林研究院科學博物館向公眾開放的“全息甲板”展館，可以使學習者置身虛擬太空遨游太陽系，以飛船駕駛員的視角近距離觀察各個行星，理解真實的天體運行規(guī)律，也可以進入人類大腦內(nèi)部認識大腦各區(qū)域的功能。在大英博物館中，游客可以“穿越”到青銅器時代，參與古人祭祀太陽等儀式活動。

通過互聯(lián)網(wǎng)、全景拍攝和顯示屏，VR技術(shù)還可以徹底打破距離的限制，讓學習者在千里之外體驗到身處教室的學習情景。例如美國哈佛大學最新推出的虛擬教室，在這間教室里教授面對的是幾面墻的數(shù)字屏幕，屏幕上顯示的是60名學生的同步聯(lián)機畫面。虛擬教室中的教學類似普通的課堂教學，學生可以中途發(fā)問，教授也可以向個別學生提問。不同的是學生可以通過公眾討論頻道互相交流，教授則可通過互聯(lián)網(wǎng)向所有人快速發(fā)出線上調(diào)查。

2虛擬現(xiàn)實技術(shù)賦予移動學習全新的機遇

2016年5月，中國光學工程學會在國家會議中心舉辦“2016虛擬現(xiàn)實技術(shù)創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)發(fā)展大會”，會上提出“VR+”將會是下一個“互聯(lián)網(wǎng)+”的觀點?！癡R+”即融合VR、計算機技術(shù)以及網(wǎng)絡科技，促進VR與各個行業(yè)結(jié)合，從而衍化出新型發(fā)展生態(tài)。VR將賦予各行各業(yè)蓬勃生命力、廣闊的發(fā)展空間與無限可能性。對移動學習而言， 虛擬現(xiàn)實技術(shù)將會在學習者學習方式、教師教學方法和教學資源建設方面帶來改變和機遇。

2.1學習者學習方式

傳統(tǒng)移動學習方式注重學習者的自主性，需要他們極大的自控力來主動進行。學習內(nèi)容也多以平面化方式展現(xiàn)，難以呈現(xiàn)其中的聯(lián)系，缺乏探究性和合作性?；赩R技術(shù)的移動學習創(chuàng)建了以第一視角開展的虛擬學習環(huán)境，虛擬出仿佛置身實景的多項感官刺激，讓學習者產(chǎn)生強烈的沉浸感。VR場景能夠立體化地結(jié)合各項學習內(nèi)容，促進溝通協(xié)作，讓學習者切身參與知識演變過程。這個過程構(gòu)建了“自主、合作、探究”的新型學習方式，能夠提升學習者主動找到問題節(jié)點及嘗試用各種方法處理問題的能力，激發(fā)其積極性。

虛擬現(xiàn)實可以給學習者帶來放松、愉悅、感興趣等積極情緒，激發(fā)學生的內(nèi)部學習動機，如VR訓練場和實驗臺就是在虛擬世界中構(gòu)建出實驗場所來供學習者進行活動與操作。由于操作對象從實際存在的物體變成了虛擬世界中的模型，允許操作方式隨著教學設計的精細程度而增加或者減少（一般是減少），設計者可以提供較為精簡的操作流程，提示告知學習者應當怎樣控制和處理“眼前”的對象。同時，即使學習者由于失誤導致實驗失敗，也不會造成實際的財產(chǎn)損毀甚至生命危險，是一種相對安全的訓練和實驗方式。

2.2教師教學方法

不同于以往的以教師為主導的課堂教學模式，VR教學更加強調(diào)學習者的主體地位，善于營造一種主動探索的學習氛圍，實現(xiàn)課堂教學形式向引導啟發(fā)式教學的轉(zhuǎn)變。融入VR技術(shù)的教學能夠提供教師以更大的想象空間與發(fā)揮舞臺，通過計算機虛擬場景，教師能夠?qū)⒒逎?、抽象而難以理解的知識點以更加靈活生動的方式表達出來，給予學習者更為直觀、形象化的認知體驗，拓展他們的思維創(chuàng)造能力。教師不再拘泥于時空限制，上一刻帶領學生領略古埃及文明，下一刻即能到達故宮博物院參觀鑒賞。無論是天體運動的展示，還是危險實驗的模擬，VR教學在一定程度上豐富了教師的教學內(nèi)容與教材的展現(xiàn)形式。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教學方面有著巨大的潛力，能夠提高學生們的學習效果。如在課堂模式上采用相對可操作的教學方式，并在科技研究與實驗觀測中注重更多、更精確的有效數(shù)據(jù)，以供后續(xù)分析或使用。因此，這種應用重在以高度擬真的方式，將一些難以觀測的現(xiàn)象放到虛擬世界中，讓學生以更為舒適便捷的視角或時間測度進行觀測，相應地也由系統(tǒng)給出真實實驗中應當觀測到的數(shù)據(jù)。

2.3教學資源建設

教學資源建設是課堂教學與各項活動得以成功進行的基礎，但目前網(wǎng)絡上現(xiàn)有的移動學習教學資源多趨于靜態(tài)化、平面化，無法撇開課堂教學以實現(xiàn)學習者自主學習。利用VR技術(shù)設計制作的三維立體教學資源更顯生動逼真，有利于渲染教學情景，帶給學習者更多的沉浸感，讓學習者快速掌握學習內(nèi)容。3D動畫、模型、視頻等多樣化的教學資源具有良好的獨立性與交互性，能引導學習者運用已有的知識與經(jīng)驗，主動探索知識的存在與發(fā)展。特別是VR實驗類教學資源，向?qū)W習者提供了絕對安全的實驗場地，極大地增強學習者的參與性與實踐動手能力。

相比傳統(tǒng)的主要提供音視頻及超文本內(nèi)容的遠程教育資源來說，若能用VR系統(tǒng)構(gòu)建高度仿真的學習資源校園，我們就可以克服由于交互性或互動性不足所帶來的一系列問題。世界各地的師生可以使用VR校園的軟硬件客戶端，通過互聯(lián)網(wǎng)連接到同一個虛擬學習資源校園中，像真實處在相同地理位置的學生一樣進行學習活動。

3虛擬現(xiàn)實應用于移動學習所面臨的問題與挑戰(zhàn)

盡管VR技術(shù)極大地改善了移動學習的交互性問題，起到了非常好的支持和補充作用，但在技術(shù)、應用及資源等方面都存在缺陷與不足，VR技術(shù)要運用于移動學習，仍需應對諸多挑戰(zhàn)。

3.1技術(shù)層面

VR的關(guān)鍵技術(shù)主要包括虛擬環(huán)境與三維圖像計算機處理技術(shù)、位置信息追蹤技術(shù)、傳感器技術(shù)、多感知反饋系統(tǒng)及應用系統(tǒng)開發(fā)工具等。理想的VR體驗是基于計算機生成逼真的動態(tài)三維虛擬情景，使用者能夠通過VR設備感應到視、聽、觸等多覺認知，計算機能通過位置信息追蹤采集使用者的臉部、手部及肢體信息，并做出及時的反饋與響應。國內(nèi)市場上應用于教學的VR產(chǎn)品功能較為單一，系統(tǒng)技術(shù)較薄弱，只能做到視覺、聽覺方面的感知，虛擬物品分辨率較低，在功能結(jié)構(gòu)、用戶體驗上都存在不足。VR技術(shù)要運用于移動學習，各項核心技術(shù)仍有待提升[4-5]。

3.2應用層面

網(wǎng)絡速度的提高已經(jīng)可以滿足移動學習的需求，VR的應用可通過智能手機、VR眼鏡和VR播放器就可以實現(xiàn)，但要建立一個高質(zhì)量的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，所用的VR應用設備卻要求較高。首先，硬件方面須準備高精度數(shù)據(jù)手套、頭盔顯示器HMD、空間定位器及立體投影顯示器等設備，還需要配套開發(fā)可移動設備，而這些硬件的價格都非常高;其次，要想獲得具體場景的實時渲染效果，還需要高性能的圖形工作站以及相關(guān)的數(shù)據(jù)處理軟件。這些配套要求可能會令一些學校望而卻步，同時也就不利于VR在移動學習中的應用與推廣。

3.3信息資源層面

現(xiàn)階段VR技術(shù)主要應用在游戲、影視方面，在教學方面的應用較少，學習資源匱乏，內(nèi)容稀缺，無法支撐龐大的移動學習群體需求。教育最重要的是內(nèi)容與質(zhì)量，好的內(nèi)容才值得被接受與推崇。而VR教育仍處于起步階段，開發(fā)人員少，挖掘的內(nèi)容不夠豐富，發(fā)展形態(tài)不夠成熟。一套完整的VR教學系統(tǒng)往往需要海量豐富的視音頻、圖像和長期積累的學習者學習情況等數(shù)據(jù)存儲作為支撐，系統(tǒng)才能夠通過大數(shù)據(jù)識別、對比和分析學習者在虛擬場景中進行的交互，重構(gòu)出最終的反饋影像。這樣的教學系統(tǒng)開發(fā)周期長、技術(shù)要求高、消耗費用大。VR移動學習要推廣普及，仍需要眾多教育事業(yè)工作者開發(fā)更多的VR學習資源與教學資源。

4結(jié)束語

虛擬現(xiàn)實技術(shù)能為移動學習注入全新活力，提升學習者抽象思維能力、空間想象力及創(chuàng)造力，突破時空限制，為他們提供廣闊的學習可能，并帶來更多樣化的發(fā)展方向。盡管它在技術(shù)、應用、信息資源等方面還有待開發(fā)，相信隨著計算網(wǎng)絡與信息技術(shù)的不斷發(fā)展，硬件、軟件的更新?lián)Q代，技術(shù)人員的開拓創(chuàng)新，虛擬現(xiàn)實技術(shù)必將突破重重挑戰(zhàn)，為未來教育帶來機遇。

新的VRT將緊密結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+”、人工智能等前沿技術(shù)，促進教育和信息技術(shù)的現(xiàn)代化整合，其性能也會越來越好，能夠提供的體驗也會更加貼近真實，當然成本也會降低。到那時，虛擬現(xiàn)實技術(shù)必將會在移動學習中得到廣泛的普及應用，未來的VR移動學習必將成為教育領域的一大亮點。

[參考文獻]

[1]王昌金，何苗.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在移動學習資源開發(fā)中的應用研究[J].當代繼續(xù)教育，2018，36（5）：70-75.

[2]范文潔，張蕾，張璐.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在大學生紅色教育中的應用探析[J].軟件導刊（教育技術(shù)），2018，17（12）：61-62.

[3]楊寶珍，吳旻倩.基于VR技術(shù)的市場營銷課程開發(fā)及實現(xiàn)[J].江西廣播電視大學學報，2019，21（1）：92-96.

[4]潘侃，尹春林.基于VR技術(shù)和AR技術(shù)的分析模塊開發(fā)[J].電子技術(shù)與軟件工程， 2019（2）：118-119.

[5]焦春霞，劉奇付.基于Android的移動學習系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].電腦知識與技術(shù)， 2019，15（1）：80-81.

（責任編輯白麗媛）