VR技術(shù)在數(shù)字教材建設(shè)中的應(yīng)用研究

劉迪昱

(四川廣播電視大學(xué)電子出版社 成都 610073)

當(dāng)前，在媒體融合的大背景下，各種媒體呈現(xiàn)出多功能一體化的發(fā)展趨勢。各出版機(jī)構(gòu)在媒體融合中主要是依托紙質(zhì)教材內(nèi)容優(yōu)勢進(jìn)行數(shù)字化資源整合，將圖片、音頻、視頻、動(dòng)畫、PPT、小測驗(yàn)等元素通過二維碼、APP、自有網(wǎng)站、社交平臺(tái)等媒介進(jìn)行資源整合。在新媒體融合中，研究人員將VR技術(shù)應(yīng)用于教材設(shè)計(jì)，這將顛覆傳統(tǒng)教材的功能，能讓學(xué)生體驗(yàn)到一個(gè)真實(shí)且直觀的學(xué)習(xí)環(huán)境，并獲得實(shí)時(shí)回饋，更能吸引學(xué)生高度參與，促進(jìn)其學(xué)習(xí)的外部動(dòng)機(jī)向內(nèi)部動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)變，提高學(xué)習(xí)的自主性，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生探索科學(xué)的興趣與熱忱有積極作用。VR數(shù)字教材設(shè)計(jì)涉及教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)、互動(dòng)設(shè)計(jì)、界面設(shè)計(jì)、場景建模、編程和開發(fā)等多個(gè)領(lǐng)域，面臨諸多挑戰(zhàn)，有很多問題有待深入研究。本文就VR技術(shù)在數(shù)字教材建設(shè)中的應(yīng)用問題做探討。

一、VR技術(shù)的概念和特點(diǎn)

虛擬現(xiàn)實(shí)(VR， Virtual Reality)是數(shù)字科技的結(jié)合，包含3D顯示器、動(dòng)態(tài)追蹤、開發(fā)平臺(tái)、輸出及輸入設(shè)備等，可以通過向用戶提供感官模擬使其有身臨其境之感。用戶可以即時(shí)且沒有限制地觀察三維空間虛擬世界內(nèi)的事物，當(dāng)用戶移動(dòng)時(shí)，計(jì)算機(jī)通過運(yùn)算產(chǎn)生一個(gè)三維立體空間的虛擬世界，為用戶提供聽覺、視覺等感官的享受，讓用戶更有臨場感。VR等技術(shù)的迅速發(fā)展加快了各種媒體間的融合，主要包括傳統(tǒng)媒體間的融合、新媒體間的融合、傳統(tǒng)媒體與新媒體間的融合，這是一種基于印刷、音頻、視頻、互動(dòng)性數(shù)字媒體間的融合。根據(jù)埃德加·戴爾(Edgar Dale)的學(xué)習(xí)金字塔理論[1]，可以總結(jié)出應(yīng)用VR等媒體對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的影響(如圖1所示)。

圖1 學(xué)習(xí)金字塔與學(xué)習(xí)媒體

從媒體融合的視角看埃德加·戴爾的學(xué)習(xí)金字塔理論，我們可以得知情景模擬式的媒體使學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的記憶最深刻，VR技術(shù)有利于學(xué)習(xí)成效的提升。非語言信息傳遞是人類運(yùn)用自身的五種感官系統(tǒng)來接收信息，其中，視覺部分約占83%，聽覺部分約占11%，觸覺、嗅覺及味覺約占6%，這為虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)利用人的視覺、聽覺感受提供了支持。在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，人的感官是直接與真實(shí)事物進(jìn)行接觸與互動(dòng)的。在虛擬環(huán)境中，雖然也是通過人的感官參與互動(dòng)，但接觸的卻是虛擬的人、事、物，而這些虛擬的人、事、物則是由計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的，視覺是通過頭戴式顯示設(shè)備實(shí)現(xiàn)的，該設(shè)備可以模擬人眼所見的人、事、物，并阻隔外在真實(shí)環(huán)境對(duì)視覺的影響；聽覺則是通過耳機(jī)仿真虛擬空間中的聲音，并阻隔外界聲音對(duì)聽覺的影響。

二、VR技術(shù)在教學(xué)中的作用

只有順應(yīng)數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)思維的媒體才能健康發(fā)展[2]，知識(shí)的傳播方式也應(yīng)該不斷改善，從而打造更優(yōu)的教育教學(xué)環(huán)境。在數(shù)字化大潮的沖擊下，越來越多的紙質(zhì)出版物轉(zhuǎn)向數(shù)字化，以適應(yīng)“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代的融合傳播趨勢[3]。隨著VR技術(shù)的發(fā)展，它在教學(xué)中表現(xiàn)出強(qiáng)大的優(yōu)勢和潛力，其應(yīng)用對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式產(chǎn)生了巨大的沖擊[4]。VR技術(shù)的應(yīng)用已受到教育工作者的廣泛關(guān)注，并在學(xué)校教育、醫(yī)學(xué)教育、職業(yè)技能訓(xùn)練等領(lǐng)域起著越來越重要的作用。

(一)VR技術(shù)在學(xué)校教育中的作用

利用VR技術(shù)所創(chuàng)建的虛擬環(huán)境，可以讓學(xué)生直接接觸VR所展現(xiàn)的世界，互動(dòng)效果良好，更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。如VR360影片運(yùn)用360°攝像頭拍攝海洋生態(tài)、熱帶叢林探險(xiǎn)等特殊的場景，學(xué)生配戴設(shè)備觀看該類場景的VR360影片，就會(huì)有身臨其境的感受；虛擬化學(xué)實(shí)驗(yàn)室運(yùn)用VR技術(shù)模擬實(shí)驗(yàn)室場景及實(shí)驗(yàn)過程，學(xué)生配戴設(shè)備進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)室的場景中，即可實(shí)現(xiàn)模擬操作。運(yùn)用VR技術(shù)可以模擬教學(xué)活動(dòng)所需要的場景，使教學(xué)內(nèi)容更加形象、立體[5]。同時(shí)，利用VR技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教學(xué)，能有效地改善學(xué)習(xí)環(huán)境[6]。

(二)VR技術(shù)在醫(yī)學(xué)教育中的作用

VR技術(shù)在醫(yī)學(xué)教育中的應(yīng)用同樣備受關(guān)注，除了能改善醫(yī)護(hù)實(shí)務(wù)與教育的不便利性，在未來也將大幅提升醫(yī)護(hù)工作的效率。如VR虛擬解剖可將解剖現(xiàn)場可視化，模擬出完整的人體構(gòu)造，提供給醫(yī)療服務(wù)機(jī)構(gòu)和學(xué)校作為醫(yī)護(hù)專業(yè)學(xué)生的教學(xué)工具，使學(xué)生甚至臨床實(shí)習(xí)醫(yī)生更加便利地了解與學(xué)習(xí)人體的構(gòu)造。醫(yī)生利用VR技術(shù)進(jìn)行外科手術(shù)的虛擬訓(xùn)練，能降低實(shí)際操作過程中的失誤率，比使用動(dòng)物進(jìn)行手術(shù)訓(xùn)練的傳統(tǒng)方法效果更佳。VR技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)教育有兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：真實(shí)與再現(xiàn)[7]。虛擬實(shí)驗(yàn)將教學(xué)內(nèi)容與多媒體、仿真、VR等技術(shù)結(jié)合起來，根據(jù)教學(xué)需求更新學(xué)習(xí)環(huán)境，突破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室對(duì)時(shí)空的限制，使教學(xué)空間得到了延伸[8]。

(三)VR技術(shù)在職業(yè)技能訓(xùn)練中的作用

職業(yè)技能訓(xùn)練過程中，人們常常遇到訓(xùn)練場地特殊或設(shè)備昂貴且數(shù)量少的情況。用人單位可利用VR技術(shù)模擬技能訓(xùn)練場，讓受訓(xùn)人員配戴設(shè)備，進(jìn)入虛擬技能訓(xùn)練場進(jìn)行擬真式技能學(xué)習(xí)與訓(xùn)練。如虛擬駕駛訓(xùn)練通過VR技術(shù)模擬駕駛訓(xùn)練的場景，讓用戶在駕駛模擬器上配戴設(shè)備進(jìn)行訓(xùn)練；虛擬火場滅火與逃生訓(xùn)練通過VR技術(shù)構(gòu)建虛擬的火災(zāi)場景，用戶配戴設(shè)備，模擬進(jìn)入火災(zāi)場景，使用VR控制器拿取滅火設(shè)備進(jìn)行滅火，或進(jìn)行火場的逃生演練等。

三、VR技術(shù)在數(shù)字教材建設(shè)中的應(yīng)用

(一)創(chuàng)設(shè)有效的學(xué)習(xí)情境

情境學(xué)習(xí)是指在要學(xué)習(xí)的知識(shí)、技能的應(yīng)用情境中進(jìn)行學(xué)習(xí)的方式，強(qiáng)調(diào)將學(xué)生的身份和角色意識(shí)、完整的生活經(jīng)驗(yàn)以及認(rèn)知任務(wù)重新回歸到真實(shí)、融合的狀態(tài)。情境不僅是客觀的環(huán)境，更是客觀環(huán)境與主觀情感的交互，富有教育內(nèi)涵又充滿智慧[9]。情境學(xué)習(xí)不僅需要主觀體驗(yàn)，還需在情境中給予學(xué)生足夠的觀察體驗(yàn)與探索體驗(yàn)，使他們?cè)趯W(xué)習(xí)與嘗試中了解意義，并利用體驗(yàn)過程中獲得的認(rèn)知來解決問題，全心全意地投入實(shí)踐，這對(duì)提高學(xué)生的各種技能非常有益。情境學(xué)習(xí)可以適時(shí)使用不同科技媒體來激發(fā)學(xué)生的參與感。在教學(xué)方式多元化、教材形態(tài)多樣化的今天，學(xué)生更希望有一個(gè)高質(zhì)量的學(xué)習(xí)環(huán)境，VR技術(shù)正好可以滿足這一需求。利用逐漸成熟的VR技術(shù)來開發(fā)VR數(shù)字教材，通過VR數(shù)字教材的使用營造具有沉浸感的學(xué)習(xí)環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)更有效的情境學(xué)習(xí)。

在虛擬環(huán)境中所呈現(xiàn)的畫面、聲音需要與學(xué)生在真實(shí)世界體驗(yàn)到的一致，仿真度越高，學(xué)生就越有身臨其境之感。VR技術(shù)通過引人入勝的教學(xué)情境、感官互動(dòng)來創(chuàng)建全新的感知。通常，視覺被認(rèn)為是最重要的感官，與理性結(jié)合得最緊密。虛擬現(xiàn)實(shí)可對(duì)物體進(jìn)行極端特寫檢查，從內(nèi)部、頂部或底部查看，學(xué)生可以仔細(xì)全面地研究，并且可以四處走動(dòng)，很容易產(chǎn)生實(shí)際存在于模擬世界中的感覺。學(xué)生越關(guān)注虛擬環(huán)境中的感官刺激，就越容易投入到虛擬環(huán)境里，促使臨場感、沉浸感的逐漸增加。沉浸感可以讓學(xué)生有身臨其境的感覺，屬于大范圍，臨場感則包含在沉浸感中，使學(xué)生在身臨其境中具有高度的真實(shí)感。

(二)VR數(shù)字教材質(zhì)量的影響因素

影響VR數(shù)字教材質(zhì)量的主要因素有內(nèi)容、情境和互動(dòng)三個(gè)方面。教學(xué)內(nèi)容是教材的核心，在內(nèi)容的構(gòu)造上需要做到知識(shí)性與趣味性的統(tǒng)一，讓學(xué)生通過任務(wù)應(yīng)用將知識(shí)內(nèi)化，避免教材過于空泛。除了教材本身的趣味性之外，教學(xué)過程還會(huì)產(chǎn)生游戲性。這種游戲性內(nèi)容過多可能會(huì)導(dǎo)致學(xué)生無法專心學(xué)習(xí)，因此VR數(shù)字教材應(yīng)做相應(yīng)的限制?；?dòng)性是VR數(shù)字教材的一大特點(diǎn)，它將互動(dòng)元素巧妙地搭配在教材中，增強(qiáng)了用戶與教材間的交流機(jī)會(huì)，形成了良好的互動(dòng)氛圍。教師和學(xué)生在沉浸式情境中進(jìn)行教學(xué)、互動(dòng)，可創(chuàng)造并積累更豐富的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)。VR數(shù)字教材通過刺激視覺、聽覺、觸覺等感官實(shí)現(xiàn)寓教于樂，不僅可以降低學(xué)生的壓力，還能增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。

(三)VR數(shù)字教材腳本的編寫

VR數(shù)字教材將傳統(tǒng)紙質(zhì)圖書的內(nèi)容以動(dòng)態(tài)、立體化的方式呈現(xiàn)給讀者，極大地提升了圖書的閱讀沉浸感[10]。編者在進(jìn)行VR數(shù)字教材腳本編寫時(shí)，為了呈現(xiàn)更完整、流暢的故事情節(jié)，必須做到結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)、分支多元。在撰寫腳本的過程中，他們需要與合作的專任教師認(rèn)真討論腳本內(nèi)容，否則可能會(huì)因腳本內(nèi)容雜亂無章，情節(jié)過于虛幻，導(dǎo)致用戶無法真正沉浸在情境當(dāng)中。為了使教材中的對(duì)話內(nèi)容具有相關(guān)性與流暢性，腳本須經(jīng)過反復(fù)修改，具體包括語句的潤飾、對(duì)話之間的銜接是否適宜等。

撰寫VR數(shù)字教材腳本適用第一人稱，若以第二人稱撰寫腳本，開發(fā)出來的VR數(shù)字教材將難以讓用戶體驗(yàn)到身臨其境的感覺，會(huì)影響用戶的沉浸感。在開發(fā)VR數(shù)字教材的過程中，編者須對(duì)VR數(shù)字教材的內(nèi)容與主題有足夠的認(rèn)識(shí)與理解，這樣才能避免在進(jìn)行腳本編寫時(shí)遇到阻礙，在形成教材腳本與故事情境上就會(huì)更加順利。

四、基于VR技術(shù)的數(shù)字教材評(píng)價(jià)

在VR數(shù)字教材建設(shè)與應(yīng)用中其評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)也是非常重要的，評(píng)價(jià)指標(biāo)不僅是衡量VR數(shù)字教材質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)，更是VR數(shù)字教材建設(shè)與運(yùn)用的導(dǎo)向。在評(píng)價(jià)VR數(shù)字教材時(shí)，我們應(yīng)充分考慮學(xué)生需求、知識(shí)技能、預(yù)期目標(biāo)和結(jié)果、能否提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效益、能否提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣等內(nèi)容。現(xiàn)行教材缺乏情境教學(xué)，而VR技術(shù)剛好符合情境教學(xué)的需求。VR數(shù)字教材只有讓學(xué)生產(chǎn)生身臨其境的真實(shí)感，才能更好地吸引學(xué)生學(xué)習(xí)，進(jìn)而對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)提供有益的幫助。因此，在對(duì)VR數(shù)字教材進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，我們還應(yīng)考察教材是否創(chuàng)設(shè)了接近真實(shí)情境的學(xué)習(xí)環(huán)境，能否讓學(xué)生在虛擬系統(tǒng)中直觀、形象地理解和學(xué)習(xí)[11]。本文將VR數(shù)字教材的成效評(píng)價(jià)歸納為教材內(nèi)容設(shè)計(jì)、媒體與界面設(shè)計(jì)、虛擬現(xiàn)實(shí)成效三個(gè)方面，如表1所示。

表1 VR數(shù)字教材的成效評(píng)價(jià)指標(biāo)

五、結(jié)語

本文基于VR技術(shù)在數(shù)字教材建設(shè)中的特點(diǎn)、作用、應(yīng)用等方面的分析，提出了VR數(shù)字教材建設(shè)的評(píng)價(jià)指標(biāo)。VR技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用雖然可以提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，但存在教師端及開發(fā)端皆因設(shè)備較昂貴、合適教材較少導(dǎo)致不易普及等問題。如果相關(guān)問題能夠得到解決，VR技術(shù)必將成為未來數(shù)字教材開發(fā)的重要技術(shù)手段。在今后的研究中，研究人員更應(yīng)注重VR數(shù)字教材的開發(fā)端、教師端、學(xué)生端的整體性設(shè)計(jì)。開發(fā)團(tuán)隊(duì)在VR數(shù)字教材的互動(dòng)設(shè)計(jì)與制作過程中應(yīng)與專業(yè)教師緊密結(jié)合，充分考慮教師的教學(xué)設(shè)計(jì)，并且不斷吸納學(xué)生的反饋意見以優(yōu)化VR數(shù)字教材，使VR數(shù)字教材在教學(xué)過程中發(fā)揮更大的作用。