基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的教學(xué)功能研究分析

孫玥 李晶

[摘? ? 要] 當(dāng)前，大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈等新技術(shù)的飛速發(fā)展，經(jīng)濟和社會產(chǎn)業(yè)的信息化步伐不斷加快，社會整體信息化水平不斷提高，信息技術(shù)對教育的影響也越來越明顯。隨著教育信息化發(fā)展進程的推進，越來越多的新技術(shù)、新工具被引入到課堂教學(xué)中。虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為一種快速崛起的新型技術(shù)，近年來被廣泛應(yīng)用于教育領(lǐng)域。通過這樣的技術(shù)手段可以激發(fā)學(xué)習(xí)動機、創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境、增強學(xué)習(xí)體驗、感受心理沉浸、實現(xiàn)人機交互等。因此有必要進一步挖掘虛擬現(xiàn)實技術(shù)的教學(xué)功能。

[關(guān)鍵詞] 虛擬現(xiàn)實技術(shù);教育應(yīng)用;教學(xué)功能

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2020. 05. 091

[中圖分類號] G434? ? [文獻標(biāo)識碼]? A? ? ? [文章編號]? 1673 - 0194（2020）05- 0215- 02

0? ? ? 前? ? 言

近年來，越來越多的信息技術(shù)手段被引入到教學(xué)領(lǐng)域中，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的飛速發(fā)展，不僅帶來了新的技術(shù)革命，而且還為推進教育理念的更新、教學(xué)模式的變革“賦能”。因此，在教育教學(xué)中，發(fā)揮虛擬現(xiàn)實的技術(shù)優(yōu)勢，推進新技術(shù)與教育教學(xué)的進一步融合，這已經(jīng)成為一個非常有價值的問題。

1? ? ? 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特點分析

虛擬現(xiàn)實技術(shù)（Virtual Reality，VR），是通過計算機仿真手段，產(chǎn)生一個3D立體的空間，同時提供用戶視覺、聽覺等感官的模擬體驗，讓使用者感覺身臨其境，可以實時無限地觀察三維空間內(nèi)的事物。簡單地說，虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一種計算機技術(shù)輔助生成的高技術(shù)仿真系統(tǒng)。它具有以下特點。

1.1? ?構(gòu)想性（Imagination）

利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)所創(chuàng)造的虛擬環(huán)境可以讓人從定性和定量集成的環(huán)境中得到感知和理性的認識，從而深化概念、萌發(fā)新意，幫助構(gòu)建新的想象空間。

1.2? ?沉浸感（Immersion）

沉浸感強調(diào)了人在虛擬系統(tǒng)中的主導(dǎo)作用，通過人的多感官感知，而不是以往常規(guī)的鍵盤和鼠標(biāo)發(fā)生作用，營造一種身臨其境之感。虛擬現(xiàn)實技術(shù)產(chǎn)生的全景式數(shù)字世界，能欺騙用戶的大腦，讓用戶相信自己置身于另外一個世界中。

1.3? ?實時交互性（Interaction）

實時交互性，即用戶在虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)建的環(huán)境中，能夠用多種傳感器與多維信息發(fā)生交互作用，實現(xiàn)各種有效而生動的反饋。由用戶主導(dǎo)，并可以根據(jù)環(huán)境實時互動。

在教學(xué)領(lǐng)域中，引入虛擬現(xiàn)實技術(shù)，對技術(shù)支持的課堂進行一定的教學(xué)設(shè)計，從而實現(xiàn)教學(xué)環(huán)境的虛擬化，教學(xué)過程的可視化，讓學(xué)生充分感受信息技術(shù)的魅力的同時，通過教學(xué)情景的創(chuàng)設(shè)，提升教學(xué)環(huán)境的臨場感和沉浸感，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機，增強學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，最終提升教學(xué)效果。

2? ? ? 傳統(tǒng)教學(xué)媒體和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的對比研究

隨著信息技術(shù)水平的不斷提高，傳統(tǒng)的教學(xué)媒體已經(jīng)不能滿足教學(xué)和學(xué)習(xí)的多元化需求，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的快速發(fā)展將打破這一局面。

傳統(tǒng)的教學(xué)媒體包含視頻動畫、音頻、多媒體課件、電子白板等，都是基于二維平面的教學(xué)媒體，受其特點限制，對于抽象的概念、復(fù)雜的信息和空間關(guān)系的表達，其效果不大理想。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的構(gòu)想性、沉浸感、實時交互性可以模擬虛擬環(huán)境，學(xué)生使用輸入設(shè)備訪問模擬環(huán)境，實現(xiàn)在課堂上與虛擬環(huán)境直接聯(lián)系，虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以對時空進行壓縮，超越時間和空間的限制，使復(fù)雜的教學(xué)內(nèi)容能夠在課堂上完美呈現(xiàn)。

傳統(tǒng)的教學(xué)媒體臨場性和真實性都不高。虛擬現(xiàn)實技術(shù)以計算機技術(shù)為核心，對真實環(huán)境進行虛擬三維建模，形成一個高度逼真的數(shù)字化環(huán)境，讓學(xué)生產(chǎn)生親臨真實環(huán)境時所產(chǎn)生的感受和體驗，有利于引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力，利用其沉浸性和交互性，可以大大提高學(xué)習(xí)效率。

教師信息技術(shù)應(yīng)用能力基本具備但信息化教學(xué)創(chuàng)新能力尚顯不足。在傳統(tǒng)教學(xué)當(dāng)中，有時會產(chǎn)生教師過度依賴教學(xué)媒體的情況。課堂中容易造成以老師為中心，教師是課堂的決策者。課堂上大部分時間學(xué)生處于被動的接收狀態(tài)，導(dǎo)致學(xué)生的自主性受到一定限制。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的使用，將對傳統(tǒng)教學(xué)組織形式產(chǎn)生一定影響，學(xué)生由被動接受轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃犹骄繝顟B(tài)，進而提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，有利于情境教學(xué)和啟發(fā)教學(xué)的開展。

3? ? ? 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用

3.1? ?概念學(xué)習(xí)

概念性學(xué)習(xí)是指技術(shù)開發(fā)者應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，通過科學(xué)的方法計算將要輸出的認知模型，最后利用輸出設(shè)備創(chuàng)設(shè)虛擬環(huán)境，創(chuàng)建基于某個理論或某個知識點的感知模型。例如，在地理教學(xué)中地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的地理意義，對于學(xué)生來說是非常抽象的知識點，是教學(xué)中的難點和重點，很難理解和掌握。傳統(tǒng)的平面媒體很難演示清晰明了，如果這一章節(jié)沒有學(xué)習(xí)透徹，對于學(xué)生的后續(xù)學(xué)習(xí)將會失去動力。通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)來輔助教學(xué)，讓學(xué)生在虛擬環(huán)境中感受地球運動過程，可以更加直觀、立體地感受地球的運動規(guī)律。

3.2? ?體驗式學(xué)習(xí)

體驗式學(xué)習(xí)是指學(xué)習(xí)者在利用技術(shù)所創(chuàng)設(shè)的虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境中，從體驗出發(fā)獲得知識或者技能的學(xué)習(xí)方式。體驗式學(xué)習(xí)是一種以學(xué)習(xí)者為中心的學(xué)習(xí)方式，具有情境性、親歷性、反思性和探究性的特點。例如在地理教學(xué)中我們有許多世界地理和區(qū)域地理的內(nèi)容，由于空間的局限，學(xué)生不能馬上體驗其教學(xué)內(nèi)容的特點。通過虛擬環(huán)境的建設(shè)，帶入學(xué)生進行虛擬旅行，從學(xué)生所獲得的體驗來實現(xiàn)了解一個國家或者地方的自然和人文特征從而形成地理空間概念與地理實踐力。

3.3? ?能力訓(xùn)練

能力訓(xùn)練是指學(xué)習(xí)者在所創(chuàng)設(shè)的虛擬環(huán)境中，通過虛擬現(xiàn)實設(shè)備來進行操作，并用所學(xué)得的知識來提升自己的能力。例如在初中地理教學(xué)中，讀圖和識圖也是教學(xué)中的重難點。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，構(gòu)建立體的地圖模型，對于學(xué)生讀圖能力和獲取地理信息的能力有明顯的提升作用。

3.4? ?科學(xué)探究

科學(xué)探究是指開發(fā)者首先創(chuàng)造一個和教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的虛擬環(huán)境，學(xué)習(xí)者可以單獨或者以小組合作的模式在虛擬環(huán)境中進行探索研究，然后再進行自己認知模型的構(gòu)建，最后再通過在虛擬環(huán)境中的反饋來調(diào)整自己的認知模型。在教學(xué)當(dāng)中，一些課程的課外實踐也占有很大比例，然而老師在實際操作過程當(dāng)中，受時間和空間限制，如野外實踐等教學(xué)內(nèi)容，會直接簡化或者省略掉，這樣就很難將教學(xué)內(nèi)容融入實際教學(xué)當(dāng)中，造成理論與實際相背離。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以不受時空限制，模擬出自然狀態(tài)下的任一虛擬場景，通過3D建模和全景視頻拍攝等技術(shù)手段，達到與親身體驗現(xiàn)實中野外實踐等學(xué)習(xí)過程一樣的效果，從而建構(gòu)自己的認知模型。

4? ? ? 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的教學(xué)功能

通過上述研究，我們可以看出虛擬現(xiàn)實技術(shù)所擁有的獨特魅力決定了它在教育領(lǐng)域運用的鮮明特點。它所提供的能使人產(chǎn)生身臨其境感覺的虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境，允許學(xué)習(xí)者以自然的方式進行交互，這就更加豐富了其教學(xué)功能。

4.1? ?創(chuàng)造虛擬的學(xué)習(xí)環(huán)境，增強學(xué)習(xí)者的真實感和臨場感

虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以為學(xué)習(xí)者創(chuàng)造出一個生動的、逼真的三維立體學(xué)習(xí)環(huán)境，學(xué)習(xí)者能夠成功參與到這個環(huán)境中，讓學(xué)生感覺身臨其境。這種體驗式、沉浸式的學(xué)習(xí)環(huán)境非常生動不僅增加了學(xué)習(xí)者主動體驗和經(jīng)歷過程而且不容易出現(xiàn)信息超載的現(xiàn)象，符合學(xué)習(xí)者的認知方式，從而讓學(xué)習(xí)更加深刻。

4.2? ?充分發(fā)揮虛擬現(xiàn)實的技術(shù)優(yōu)勢，促進知識的內(nèi)化

利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以將抽象難懂的學(xué)習(xí)內(nèi)容形象化、具體化。在傳統(tǒng)的教學(xué)課堂上，知識的呈現(xiàn)主要依靠文字、圖片、視頻等形式。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以通過計算機構(gòu)建三維立體的呈現(xiàn)效果，進而來彌補這樣的缺憾。從而能夠把抽象、深奧的知識點以更加直觀容易理解的方式呈現(xiàn)出來，能更好地解決知識點中的難點呈現(xiàn)，讓學(xué)習(xí)者更關(guān)注知識點的邏輯關(guān)系，幫助學(xué)生更專注的學(xué)習(xí)，也讓知識的呈現(xiàn)更加直觀和系統(tǒng)，大大提高課堂效率，此外可以借助各種子系統(tǒng)去跟蹤學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)情況，實現(xiàn)因材施教，廣泛的互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)質(zhì)資源也為教師提供了更多的可選之素材。

4.3? ?激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)習(xí)主動性

在教學(xué)中，通過技術(shù)手段創(chuàng)造出一種逼真的虛擬三維環(huán)境，模擬各種感官感受，讓學(xué)習(xí)者置身于這個環(huán)境中，還能進行實時的交互反饋。這樣就大大調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)興趣。可以做到“寓教于樂”。

4.4? ?突破教學(xué)中時間和空間上的界限

利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以打破時間和空間上的局限，能夠讓很多不同地域的學(xué)習(xí)者，通過傳感器和頭盔顯示器等設(shè)備，來體驗?zāi)M的教學(xué)氛圍，也能更好地提升學(xué)習(xí)者實際操作的能力。

4.5? ?有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和信息化素養(yǎng)

信息時代的學(xué)生要提高自身的社會適應(yīng)性和自我發(fā)展能力，必須不斷地學(xué)習(xí)，拓寬自己的知識面。在教學(xué)中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以為培養(yǎng)學(xué)生的信息獲取、信息分析和信息處理能力提供理想的環(huán)境，有利于學(xué)生發(fā)散性思維、創(chuàng)造性思維的發(fā)展，有利于提升學(xué)生的信息化素養(yǎng)。

5? ? ? 小? ? 結(jié)

在教育教學(xué)中，引入虛擬現(xiàn)實技術(shù)，是對技術(shù)支持的課堂進行一定的教學(xué)設(shè)計，從而實現(xiàn)教學(xué)環(huán)境的虛擬化，教學(xué)過程的可視化。讓學(xué)生充分感受信息技術(shù)的魅力的同時，通過教學(xué)情景的創(chuàng)設(shè)，提升教學(xué)環(huán)境的臨場感和沉浸感，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，最終以達到提升教學(xué)效果的目的。

未來虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展將持續(xù)會對教育教學(xué)產(chǎn)生深遠的影響。將虛擬現(xiàn)實技術(shù)納入教育環(huán)境，配合人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、傳感器和5G網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的最新發(fā)展，再加上先進的數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)分析，將會進一步促進技術(shù)強化學(xué)習(xí)。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)的教育功能正在不斷地被發(fā)掘和發(fā)揮。虛擬教學(xué)是一項需要長期教研與探索的過程與實踐，需要教育工作者共同參與虛擬教學(xué)資源的開發(fā)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)為教育教學(xué)提供了一種新型學(xué)習(xí)方式和教育手段，為學(xué)習(xí)者搭建一個可同自然相結(jié)合的學(xué)習(xí)空間，提供了學(xué)習(xí)平臺和學(xué)習(xí)工具。將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于教育教學(xué)中，不僅有助于促進信息化教學(xué)模式的發(fā)展，也助推了教育信息化的發(fā)展。

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