虛擬現(xiàn)實技術在“互聯(lián)網(wǎng)+教育”領域中的發(fā)展與展望*

趙吉宇，靳麗梅，王 麗

（黑龍江農(nóng)業(yè)經(jīng)濟職業(yè)學院 食品藥品工程系，黑龍江 牡丹江 157041）

近年來，伴隨互聯(lián)網(wǎng)相關技術飛速發(fā)展以及移動互聯(lián)設備在生活中的大規(guī)模普及，互聯(lián)網(wǎng)技術在各行各業(yè)中的應用已經(jīng)越發(fā)成熟，在2015年初李克強總理首次提出“互聯(lián)網(wǎng)+”工作計劃之后，互聯(lián)網(wǎng)技術在我國迎來了高速發(fā)展的新時期。而在教育領域，隨著移動互聯(lián)的大規(guī)模普及，“互聯(lián)網(wǎng)+教育”模式也在深刻的影響著整個教育領域。諸如慕課、微課以及一些傳統(tǒng)的在線教育培訓課程因其全新的教育理念，自由化的教學模式，碎片化的教育時間，優(yōu)質(zhì)的教學資源以及較低的學習成本等優(yōu)勢正在對傳統(tǒng)的教育體系產(chǎn)生著巨大的沖擊[1]。使得整個教育體系在教育觀念、教育體制、教學方式、人才培養(yǎng)過程等方面都在發(fā)生著深刻變化。但相對于傳統(tǒng)的高校教育體系，網(wǎng)絡教育因其平面化的教學視角，較大的師生比例，有限的師生互動方式以及缺乏約束力的教學管理模式等諸多不足，致使其在很長一段時間內(nèi)并不能取代傳統(tǒng)教育的主導地位。所以目前在國內(nèi)外大多只應用于作為高校教育的輔助課程資源和社會成人教育資源。但不可否認，“互聯(lián)網(wǎng)+教育”模式將是教育體系未來的發(fā)展方向，也將是教育領域一次劃時代的革命。

虛擬現(xiàn)實技術簡稱VR技術，英文全稱為Virtual Reality，國內(nèi)亦有翻譯為靈境技術或人工環(huán)境。VR技術是基于可計算信息的沉浸式互動場景，以現(xiàn)代計算機多媒體為核心，使用者借助必要的感官互動儀器與虛擬環(huán)境中的事物進行感官互動和信息交流，從而產(chǎn)生臨場真實感的體驗和感受。VR技術具有沉浸性、互動性以及想象性三種特性，常簡稱為“3I”屬性[2]。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)按其功能不同大體可分為桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)(Desktop VR)、沉浸虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)(Immersive VR)、分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)(Distributed VR)等[3]。由于“3I”特征體現(xiàn)出的技術特點和應用特性，決定VR技術非常適合應用于教學場景的構(gòu)建，結(jié)合不同的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)讓學習環(huán)境從平面式的教學變?yōu)榱Ⅲw式的教學，由講授型教學變?yōu)轶w驗式教學。學生可借助虛擬場景與自身的交互作用獲取更為直接的學習經(jīng)驗的學習模式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的以教育者講授知識為主的間接獲取經(jīng)驗的學習模式，是多媒體新技術服務于教育教學的最好的結(jié)合。也是目前可用于彌補“互聯(lián)網(wǎng)+教育”發(fā)展過程中在線教育模式存在的諸多問題的最佳技術手段，也必將成為未來“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的主要發(fā)展模式之一。

1 虛擬現(xiàn)實技術在“互聯(lián)網(wǎng)+教育”中的應用模式

由于國內(nèi)相關技術起步較晚，目前VR技術與教育相結(jié)合的項目并不多見，大多數(shù)技術公司仍處于觀望狀態(tài)，但這并不能否認VR技術今后在教育領域的廣闊前景。國外如Google、zspace等眾多科技公司已經(jīng)陸續(xù)著手開始進軍相關領域，并推出了概念性的相關教育產(chǎn)品?；谀壳癡R技術的發(fā)展狀況，其在教育中的應用大致可分為以下幾個方面。

1.1 在線虛擬課堂

目前，國內(nèi)一些科技公司已經(jīng)開始嘗試開發(fā)推廣適合中小學的虛擬課堂產(chǎn)品。但線下虛擬課堂的建設由于其對設備要求較高，教育受眾群體數(shù)量較小致使課程建設成本過高，推廣受限。而在“互聯(lián)網(wǎng)+教育”模式下將其開發(fā)為以學校、企業(yè)現(xiàn)有的計算機室，學習者私人電腦以及移動終端為支持的大范圍的在線虛擬課堂，在降低建設成本也因擴大使用群體數(shù)量降低了個體學習成本。并且相對于傳統(tǒng)的網(wǎng)絡在線教育，引入VR技術后的在線虛擬課堂教育模式將更加立體直觀，學生通過桌面式的多媒體設備以及配合移動終端的體驗式設備建立起的虛擬課堂，在教師的引導下可以更直觀的對所學知識進行理解掌握。將傳統(tǒng)的平面在線授課模式，轉(zhuǎn)變?yōu)榱Ⅲw的體驗式教學模式。甚至可以通過虛擬技術建立同學之間或者師生之間可以在一個虛擬的現(xiàn)實空間中，進行虛擬人之間的面對面的情感交流的虛擬學習場景（Virtual Learning Environment）。如在講解世界地理時學生可隨教師的講解對各種地形地貌有身臨其境般的了解。在工程類專業(yè)教學中，學生可以通過VR技術將自己的圖紙轉(zhuǎn)化為虛擬的實體建筑，并通過輔助系統(tǒng)對其開展相應實驗。在醫(yī)學相關課程的學習中，學生可以通過體驗式教學，以第一視角參與體驗整個治療過程，獲得最直觀可靠的操作經(jīng)驗。同時，為了彌補網(wǎng)絡教學無法進行實訓教學的短板，對于科研、理工及職業(yè)教育類的虛擬課程，還應建立相配套的虛擬實驗室。

1.2 虛擬實驗室

雖然國內(nèi)目前的虛擬課堂建設還處于摸索階段，但中國科技大學、清華大學、北京航空航天大學、華中科技大學、上海交通大學等高等學府已在校內(nèi)建立了VR技術實驗室[3]，根據(jù)其功能大致可分為兩大類，一類是從事VR的科學研究和技術開發(fā)，另一類是模擬實體的實驗室條件從事基礎的實驗教學工作的虛擬仿真實驗室，這兩類都為國內(nèi)其他高校在虛擬實驗室的開發(fā)與應用指明了方向，起到了示范的作用。相對于前者從事實驗教學的虛擬仿真實驗室在未來在線教育的教學過程中將起到至關重要的作用，會取代傳統(tǒng)的視頻演示，實操演示等讓學生以第一視角自行操作，由系統(tǒng)為學生提供一對一的教學指導，并且還將節(jié)約大量的實驗器材和實驗經(jīng)費，同時避免了一些具有危險性的物理化學實驗。而在此類虛擬實驗室的建設上還可以采用權威團隊建設，全國高校團體付費共享模式運營，即可為網(wǎng)絡在線課程提供實驗實訓條件，真正實現(xiàn)講訓結(jié)合的全方位教學；又可有效緩解高校教學中因?qū)嶒灄l件有限，基礎實驗課程學生數(shù)量較多而引起的實訓條件人均占有量較低，實訓資源緊張的問題；并且在實際實驗教學過程中結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂教學模式讓學生真正達到將理論知識與實際應用相結(jié)合的學習目標。

1.3 職業(yè)技術類在線教育訓練

早期的VR技術大多應用于軍事訓練、空間探索等具有高危險性、同時投入成本較高的領域，因安全可靠的技術支持以及相對較低的建設成本使巨大的商業(yè)價值和使用價值得到了社會的廣泛認可。目前，在國內(nèi)外醫(yī)學教學、汽車駕駛以及電器維修等需要培養(yǎng)各種操作技能的領域，均開始相關虛擬模擬訓練體系的開發(fā)與研制。學習者可以通過輔助設備從虛擬訓練體系中接受到模擬訓練體系提供的高仿真實的模擬訓練情景，系統(tǒng)可以根據(jù)學習者的相關數(shù)據(jù)反饋，來校正學習者的錯誤，跟蹤學習者的學習過程等功能。學習者通過前期的在線訓練系統(tǒng)的培訓，結(jié)合最后的實務操作，不但可以降低培訓過程中的危險性，還可以大大縮短相關培訓的周期，未來可應用于如駕駛交通工具、機械及儀器設備的維護與使用等諸多職業(yè)技術類培訓項目，并開展大規(guī)模培訓等級考試，可為非高校類社會學習者提供更多的學習機會。

1.4 數(shù)字化虛擬校園

近年來，國內(nèi)外許多高校制作自身校園的VR全景樣片來吸引考生報考，取得了非常好的反饋。通過全景視角，學生可以通過沉浸式第一視角自行瀏覽校園中的各處建筑及景觀，取得了非常好的效果。而隨著我國移動互聯(lián)5G技術的普及與應用，未來的數(shù)字化虛擬校園不僅要在視覺上建立完整的校園景象，還要借助相關數(shù)字化技術手段建立起功能性完整的互聯(lián)網(wǎng)虛擬校園，例如學習者可以通過虛擬的圖書館查閱文獻，在虛擬校園選修自己喜歡的課程，在虛擬教室中與教師和同學互動交流，并且將虛擬校園與實體高校相結(jié)合，學生在虛擬校園修滿相應學分后還可獲得社會承認的學歷證書，這也是未來VR技術與高校教育結(jié)合的發(fā)展方向之一，在體系上目前的網(wǎng)絡在線課程已經(jīng)具有一定雛形，無論是在校生還是社會人員均可通過網(wǎng)絡及輔助設備通過數(shù)字化虛擬校園享受高校提供的各種資源，真正將高校的學術資源最大化的服務于社會，真正實現(xiàn)全民教育及終身教育。

1.5 高精尖產(chǎn)品的虛擬使用說明書

無論是虛擬仿真實驗室的建設還是在在線虛擬職業(yè)技術培訓過程中，大多的開發(fā)團隊都面臨過一個較為窘迫的情況，作為項目的開發(fā)團隊大多只能提供虛擬顯示技術的相關技術支持，作為使用者和推廣者的高校和有關機構(gòu)在向其支付大量的研發(fā)資金外，還需要為其提供相應的技術數(shù)據(jù)和建設標準，而項目的使用者并不是許多儀器設備的實體開發(fā)者，無法提供詳細的技術數(shù)據(jù)。同時，虛擬實驗室的儀器設備也要隨著實體儀器設備不斷的更新升級。而作為設備開發(fā)推廣的第三方公司是不會將這些機密數(shù)據(jù)泄露給其他企業(yè)的。這種情況導致在虛擬實驗室的開發(fā)過程中許多設備無法開發(fā)或者效果失真。

而由實體產(chǎn)品企業(yè)直接與開發(fā)團隊合作，通過VR技術為企業(yè)開發(fā)出相關的體驗式產(chǎn)品說明書就可以很好地解決這一矛盾。作為儀器研發(fā)銷售企業(yè)在銷售實體產(chǎn)品的同時，有償?shù)奶峁┨摂M使用說明書方便進行大規(guī)模培訓，不但可以回收研發(fā)成本，還可以擴大產(chǎn)品的銷售渠道和提高用戶體驗，增加掌握產(chǎn)品的操作使用者數(shù)量，開發(fā)潛在客戶。對于高校和其他培訓機構(gòu)，不但可以降低自己對于產(chǎn)品研發(fā)經(jīng)費的支出，縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期，提高虛擬產(chǎn)品的更新效率，還能夠為終端的學習者和使用者提供最為真實可靠的體驗效果。這也將是未來VR技術在在線教育方面最為可靠的技術支撐。并且隨著相關科學技術的發(fā)展，這種體驗式的虛擬使用說明書也將逐漸從高精尖產(chǎn)品轉(zhuǎn)向大眾化產(chǎn)品，例如現(xiàn)在已經(jīng)逐漸開始應用的VR購物模式。

2 結(jié)束語

從早期僅應用于軍方的戰(zhàn)爭模擬系統(tǒng)，到如今VR技術在航空航天、醫(yī)療、建筑、體育、影視、娛樂等眾多領域，虛擬購物、虛擬戰(zhàn)場、虛擬旅游探險、虛擬城市、甚至“數(shù)字化虛擬地球”等[4]眾多全新體驗都在不斷地發(fā)展完善。盡管人們目前對其未來的發(fā)展與應用前景仍存在各種爭議，但相信隨著計算機硬件軟件技術的發(fā)展，以及互聯(lián)網(wǎng)傳輸速度的不斷提升，虛擬技術將會越來越顯示出廣闊的應用前景，而VR技術結(jié)合教育的全新模式，無疑將對教育事業(yè)的發(fā)展帶來深遠的影響。