虛擬現(xiàn)實(shí)的教育應(yīng)用現(xiàn)狀及面臨的挑戰(zhàn)

劉振生

(渤海大學(xué) 教育科學(xué)學(xué)院，遼寧 錦州 121013)

虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality，VR)是繼互聯(lián)網(wǎng)之后又一項(xiàng)引領(lǐng)硬件革命的技術(shù)。VR憑借其逼真的沉浸感、自然的交互性以及構(gòu)想性，已成功應(yīng)用于商業(yè)、醫(yī)療、娛樂(lè)、社交、建筑、工業(yè)、旅游等多個(gè)行業(yè)?？梢哉f(shuō)，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展、應(yīng)用模式的逐漸成熟，VR正試圖在改變世界,已經(jīng)開(kāi)始涉足教育領(lǐng)域，在給學(xué)生帶來(lái)良好用戶(hù)體驗(yàn)的同時(shí)，能夠支持哪些交互方式，具有哪些教學(xué)應(yīng)用情境，目前面臨怎樣的挑戰(zhàn)，都有待教育研究者的進(jìn)一步探索。

一、虛擬現(xiàn)實(shí)概述

虛擬現(xiàn)實(shí)是指一種利用計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)模擬生成虛擬世界的技術(shù)。使用者借助VR設(shè)備，能夠感知視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等多種感官刺激，并能與虛擬環(huán)境進(jìn)行交互，仿佛置身于真實(shí)世界。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)最早起源于1956年，當(dāng)時(shí)人們就設(shè)想能夠突破通過(guò)二維屏幕進(jìn)行觀看的方式。由于當(dāng)時(shí)技術(shù)的限制，這項(xiàng)技術(shù)在當(dāng)時(shí)并沒(méi)有產(chǎn)生大的影響。直到近幾年，隨著技術(shù)的不斷成熟，虛擬現(xiàn)實(shí)重新走進(jìn)了大眾視野。

(一)虛擬現(xiàn)實(shí)的外設(shè)

應(yīng)用VR資源，必須借助一定的硬件設(shè)備才能實(shí)現(xiàn)，其中必須的，也是最重要的外設(shè)是頭戴式顯示器，簡(jiǎn)稱(chēng)頭顯，也稱(chēng)VR眼鏡。用戶(hù)只有在佩戴VR眼鏡觀看VR資源時(shí)，才能產(chǎn)生逼真的身臨其境之感。用戶(hù)可以上、下、左、右轉(zhuǎn)動(dòng)頭部，就能看到不同視角下的三維虛擬世界，就像我們?nèi)粘Ｔ谧匀画h(huán)境中通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)頭部來(lái)轉(zhuǎn)換我們的觀看視角一樣。目前，VR眼鏡分為三種：移動(dòng)端頭顯、PC端頭顯、一體機(jī)頭顯。移動(dòng)端頭顯是指基于智能手機(jī)的頭顯。使用時(shí)，用戶(hù)只需在手機(jī)終端下載所需的虛擬現(xiàn)實(shí)APP，將其打開(kāi)后將手機(jī)放到VR眼鏡中，戴上VR眼鏡后即可使用。PC端頭顯需要連接電腦并下載VR資源才能進(jìn)行觀看。這種類(lèi)型的頭顯能夠帶來(lái)更好的用戶(hù)體驗(yàn)，但價(jià)格較昂貴。一體機(jī)頭顯不需要手機(jī)和計(jì)算機(jī)，在頭顯設(shè)備中不僅包含獨(dú)立的處理器，還具有計(jì)算和輸入輸出功能。

戴上VR眼鏡后，用戶(hù)通常會(huì)沉浸在虛擬世界中，視線也僅限定在VR眼鏡內(nèi)。因此，在應(yīng)用VR時(shí)，通常會(huì)通過(guò)一些外設(shè)與系統(tǒng)進(jìn)行交互。一般用戶(hù)最常用的外設(shè)是手柄。通過(guò)手柄上的按鍵等與系統(tǒng)進(jìn)行交互。此外，VR外設(shè)的種類(lèi)很多，例如數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣等可允許用戶(hù)通過(guò)手勢(shì)和肢體語(yǔ)言與系統(tǒng)進(jìn)行交互。理論上講，只要能夠?qū)鞲衅鬟B接到某個(gè)設(shè)備上，該設(shè)備就可以成為VR外設(shè)。

(二)虛擬現(xiàn)實(shí)的特點(diǎn)

1.沉浸性

虛擬現(xiàn)實(shí)的最顯著特點(diǎn)是沉浸性，即虛擬現(xiàn)實(shí)能夠使用戶(hù)沉浸在一個(gè)由計(jì)算機(jī)生成的虛擬世界中。借助外圍設(shè)備，用戶(hù)能夠感知虛擬世界中的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等多種感官刺激。用戶(hù)不再在二維屏幕外進(jìn)行觀看，而是“走進(jìn)”虛擬世界，成為虛擬世界中的一個(gè)組成部分。虛擬現(xiàn)實(shí)的沉浸性，能夠帶給用戶(hù)更強(qiáng)烈、更逼真、記憶更深刻的感官刺激。

2.交互性

交互性是指虛擬現(xiàn)實(shí)能夠模擬人在自然環(huán)境中的交互方式實(shí)現(xiàn)用戶(hù)與虛擬世界的交互。利用頭顯，就可以通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)頭部來(lái)改變觀察世界的視角。用手柄可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界中拿起、放下等操作。用戶(hù)通過(guò)位置移動(dòng)，可以從一個(gè)場(chǎng)景走進(jìn)另一個(gè)場(chǎng)景等。這些自然的交互方式為用戶(hù)帶來(lái)了更好的體驗(yàn)。

3.構(gòu)想性

構(gòu)想性是指虛擬現(xiàn)實(shí)允許人們發(fā)揮無(wú)盡想象，不僅可以構(gòu)建和還原現(xiàn)實(shí)存在的世界，也可以構(gòu)建任意不存在的世界。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)的交互方式

交互是學(xué)生利用資源進(jìn)行學(xué)習(xí)的重要環(huán)節(jié)之一，也是資源設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)者關(guān)注的重點(diǎn)。如何根據(jù)媒體資源特點(diǎn)、學(xué)習(xí)內(nèi)容特點(diǎn)以及學(xué)生的認(rèn)知特征進(jìn)行人機(jī)交互設(shè)計(jì)，始終是教育研究者關(guān)注的焦點(diǎn)。VR將學(xué)習(xí)者從傳統(tǒng)的二維界面“拉進(jìn)”了三維的虛擬空間，因此VR教育資源與其它教育資源的人機(jī)交互方式有很大的差異。根據(jù)目前的技術(shù)發(fā)展，VR教育資源的人機(jī)交互方式可以分為以下幾種。

(一)頭部轉(zhuǎn)動(dòng)

用戶(hù)在觀看VR資源時(shí)，需要佩戴VR眼鏡。隨著頭部的移動(dòng)，VR主機(jī)或手機(jī)可追蹤頭部的位置，并進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算，計(jì)算出頭部處于某個(gè)角度時(shí)應(yīng)該呈現(xiàn)出的畫(huà)面。這樣，使用者戴上VR眼鏡轉(zhuǎn)動(dòng)頭部時(shí)，就會(huì)看到不同視角的場(chǎng)景?？梢哉f(shuō)，頭部轉(zhuǎn)動(dòng)是觀看VR資源的最主要人機(jī)交互方式之一。使用者可以上、下、左、右各個(gè)角度轉(zhuǎn)動(dòng)頭部，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)頭部來(lái)觀看三維場(chǎng)景中的不同地方。

(二)眼睛“凝視”

通常情況下，人眼的視角是120°，也就是在不轉(zhuǎn)動(dòng)頭部的情況下，我們能看到120°左右視線范圍的事物。當(dāng)集中注意力時(shí)，視角則為25°。自然世界中，人們可以通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)眼球來(lái)改變注意力方向。但在VR技術(shù)中，目前無(wú)法追蹤眼球的移動(dòng)位置，不能通過(guò)捕獲眼球的移動(dòng)進(jìn)行交互?，F(xiàn)在人們可采用一種變通的方法模擬眼睛 “凝視”，進(jìn)而通過(guò)“凝視”完成人機(jī)交互。

(三)手勢(shì)交互

我們通過(guò)手完成各種活動(dòng)，利用手與外部世界進(jìn)行交互。目前的VR設(shè)備模擬了自然界中人利用手勢(shì)進(jìn)行交互的方式，通過(guò)捕獲各種不同的手勢(shì)，識(shí)別出手的抓取、松開(kāi)、移動(dòng)、翻轉(zhuǎn)等動(dòng)作，進(jìn)而針對(duì)不同的手勢(shì)動(dòng)作完成相應(yīng)的交互。在現(xiàn)有的VR設(shè)備中，利用手勢(shì)進(jìn)行交互的方式有兩種：徒手的自然手勢(shì)交互與帶數(shù)據(jù)手套的手勢(shì)交互。數(shù)據(jù)手套是一種能夠戴在手上的手套，手套內(nèi)部有多個(gè)傳感器，計(jì)算機(jī)通過(guò)這些傳感裝置定位出手的位置，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)手勢(shì)識(shí)別，完成人機(jī)交互。目前，利用數(shù)據(jù)手套進(jìn)行人機(jī)之間的手勢(shì)交互是一種識(shí)別精確度較高的交互方式。另一種手勢(shì)交互方式是徒手的自然手勢(shì)交互，這種交互方式的理想目標(biāo)狀態(tài)是與現(xiàn)實(shí)世界相一致，不借助手套等外圍設(shè)備，而是直接徒手與虛擬世界進(jìn)行交互。目前這種徒手的手勢(shì)識(shí)別技術(shù)的精確度還較差，特別在識(shí)別復(fù)雜的手勢(shì)時(shí)錯(cuò)誤率較高。

(四)利用手柄等外設(shè)交互

自然世界中，人們除了用眼睛、語(yǔ)言、手勢(shì)、肢體動(dòng)作與外界進(jìn)行交互外，往往還借助工具。在VR中，通過(guò)捕獲用戶(hù)對(duì)手柄等真實(shí)的外圍設(shè)備的操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬對(duì)象的操作，進(jìn)而完成真實(shí)世界與虛擬世界的“統(tǒng)一”。通過(guò)捕獲用戶(hù)對(duì)手柄的移動(dòng)以及對(duì)手柄上按鍵的操作來(lái)獲知用戶(hù)的意圖，實(shí)現(xiàn)自然、便捷的人機(jī)交互。除了手柄之外，理論上講，可以將一切外設(shè)與主機(jī)連接，捕獲用戶(hù)在真實(shí)世界中的數(shù)據(jù)，并將之映射到虛擬世界，與虛擬世界中的對(duì)象實(shí)現(xiàn)交互。目前，已實(shí)現(xiàn)了將滅火器、跑步機(jī)、玩具等與計(jì)算機(jī)相連接，用戶(hù)真實(shí)地操作這些外設(shè)與虛擬對(duì)象進(jìn)行交互，顯著增強(qiáng)了用戶(hù)的沉浸感和興趣。

(五)空間定位

對(duì)用戶(hù)進(jìn)行空間定位與位置追蹤，是另一種VR人機(jī)交互方式?，F(xiàn)有的空間定位技術(shù)，較多地在使用者頭顯和手柄等外設(shè)上設(shè)置多個(gè)激光或發(fā)光裝置，再使用接收設(shè)備獲取發(fā)出的信號(hào)并進(jìn)行位置計(jì)算來(lái)獲取位置信息?？臻g定位使得虛擬世界中的畫(huà)面像在真實(shí)世界中一樣，能夠隨著身體的移動(dòng)而發(fā)生改變，為用戶(hù)帶來(lái)更好的用戶(hù)體驗(yàn)。目前，VR行業(yè)中的Oculus Rift、HTC Vive以及索尼PlayStation VR等基于桌面的VR廠商，為用戶(hù)提供了空間定位。有了空間定位，使用者可以在一定范圍的封閉空間中自由移動(dòng)，就像在真實(shí)世界中一樣，通過(guò)頭顯就能看到不同的景象[1]。

(六)肢體交互

目前VR中的肢體交互主要是指利用數(shù)據(jù)衣實(shí)現(xiàn)基于肢體的人機(jī)交互。數(shù)據(jù)衣的原理與數(shù)據(jù)手套大致相同，通過(guò)衣服內(nèi)的傳感器對(duì)身體的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)測(cè)和跟蹤，是一種比較常用的動(dòng)作捕獲方法。但目前這種技術(shù)還僅處于起步階段，主要的不足表現(xiàn)為：延遲較大，作用范圍小，識(shí)別準(zhǔn)確率不好，使用不方便等。

三、虛擬現(xiàn)實(shí)在教學(xué)中的應(yīng)用情境及典型案例

(一)客觀事物和過(guò)程的“真實(shí)”呈現(xiàn)

在戴爾經(jīng)驗(yàn)之塔的最底層，是“有目的的直接的經(jīng)驗(yàn)”，也就是學(xué)習(xí)者與客觀事物本身接觸后取得的經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)這種“有目的的直接的經(jīng)驗(yàn)”進(jìn)行學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)者最容易理解，印象也更深刻。然而在大部分的學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)習(xí)者很難有機(jī)會(huì)獲得直接的學(xué)習(xí)資源，多是基于“觀察的經(jīng)驗(yàn)”進(jìn)行學(xué)習(xí)。VR憑借三維虛擬環(huán)境帶來(lái)的身臨其境的沉浸感，為學(xué)生構(gòu)建了一個(gè)基于“直接經(jīng)驗(yàn)”進(jìn)行學(xué)習(xí)的新世界。

1.三維模擬呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容

目前，VR在教育領(lǐng)域中主要通過(guò)三維模擬為學(xué)生呈現(xiàn)傳統(tǒng)學(xué)習(xí)中很難直接觀察到的客觀事物或者過(guò)程。學(xué)生戴上VR眼鏡后，仿佛是在直接接觸這些事物，或者親臨現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行直接觀察。VR創(chuàng)建的三維虛擬世界所帶來(lái)的沉浸感近似于為學(xué)生提供了“有目的的直接的經(jīng)驗(yàn)”。例如，World of Comenius project是基于Oculus Rift和Leap Motion的用于生物學(xué)習(xí)的VR產(chǎn)品。借助Leap Motion的手勢(shì)感應(yīng)，學(xué)生可以通過(guò)手指點(diǎn)擊，以及抓取、翻轉(zhuǎn)、放下等操作，不僅可以以不同比例觀察人體的構(gòu)成，還可以對(duì)人體的骨骼或器官進(jìn)行“拆卸”，以便360°進(jìn)行觀察[2]。

Toti submarine VR experience是一款可在APP Store上免費(fèi)下載的APP。學(xué)習(xí)者只需佩戴Google Cardboard，即可“進(jìn)入”潛水艇內(nèi)部，并在系統(tǒng)的引導(dǎo)下，“實(shí)地”參觀學(xué)習(xí)潛水艇各個(gè)艙的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及主要部件的功能。The Apollo 11 Virtual Reality Experience是一款模擬美國(guó)阿波羅11號(hào)飛船登月的VR資源。學(xué)習(xí)者佩戴Oculus頭顯，即可變身成宇航員達(dá)姆斯特朗，進(jìn)入阿波羅11飛船內(nèi)部，參觀飛船的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，感受人類(lèi)登月的壯舉。MoleculE VR則能夠帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入人體細(xì)胞的微世界，在細(xì)胞世界里為學(xué)生“現(xiàn)場(chǎng)”講解細(xì)胞如何在周?chē)h(huán)境中接收和發(fā)送信息，以及如何與其他細(xì)胞進(jìn)行通訊，并協(xié)同完成各種生物過(guò)程[3]。

谷歌公司則推出了基于安卓系統(tǒng)和Cardboard的Expeditons Pioneer Program。Expeditons Pioneer Program是一個(gè)VR資源集成平臺(tái)，提供大量建筑物、博物館以及水下、太空等各類(lèi)三維虛擬場(chǎng)景，還有個(gè)人用戶(hù)上傳的三維虛擬場(chǎng)景。教師可以利用Expeditons Pioneer Program，在課堂上帶領(lǐng)學(xué)生到世界的各個(gè)地方進(jìn)行參觀，并配合相應(yīng)的學(xué)習(xí)活動(dòng)。

2.虛擬實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)是理工科目教學(xué)過(guò)程中必不可少的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。但是，一些實(shí)驗(yàn)存在高成本、高風(fēng)險(xiǎn)或者對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境要求極其嚴(yán)格的因素，很多實(shí)驗(yàn)都無(wú)法進(jìn)行，或者較難重復(fù)進(jìn)行。利用VR，可以為學(xué)生提供虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，使學(xué)生可以規(guī)避危險(xiǎn)，突破環(huán)境限制，利于觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，也可以縮短或延長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)時(shí)間，放大或縮小實(shí)驗(yàn)比例，還可以重復(fù)多次地對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行研究，根據(jù)需要改變、取消某個(gè)實(shí)驗(yàn)變量，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)客觀規(guī)律。同時(shí)，VR帶來(lái)的沉浸感還可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生熱愛(ài)實(shí)驗(yàn)、熱愛(ài)科學(xué)。Chemistry Lab VR是一款基于HTC VIVE的虛擬化學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。學(xué)生使用HTC VIVE手柄，在虛擬環(huán)境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，不僅能夠完成真實(shí)環(huán)境中的實(shí)驗(yàn)儀器的操作，還可以來(lái)回走動(dòng)，模擬從一個(gè)操作臺(tái)到另一個(gè)操作臺(tái)等動(dòng)作。

(二)營(yíng)造逼真環(huán)境，感受臨場(chǎng)氛圍

情境認(rèn)知理論強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)要以學(xué)習(xí)者為主體，內(nèi)容與活動(dòng)的安排要與人類(lèi)社會(huì)的具體實(shí)踐相聯(lián)通。與其他形式的學(xué)習(xí)資源媒介相比，VR資源最顯著的特征在于能夠?yàn)閷W(xué)生營(yíng)造近乎真實(shí)情境中才能感受到的現(xiàn)場(chǎng)氛圍。通過(guò)VR資源營(yíng)造的三維虛擬世界，使學(xué)生仿佛置身于真實(shí)環(huán)境中，能夠切身感受到現(xiàn)場(chǎng)帶給人的各種真實(shí)體驗(yàn)。同時(shí)，還可以在虛擬的教學(xué)場(chǎng)景中，通過(guò)主機(jī)連接外設(shè)，判斷學(xué)生的活動(dòng)是否正確，并給予及時(shí)的反饋。目前，VR已經(jīng)在教師專(zhuān)業(yè)發(fā)展、學(xué)生的安全教育、外語(yǔ)學(xué)習(xí)、職業(yè)技能訓(xùn)練等方面進(jìn)行了很好的嘗試。

1.VR在教師專(zhuān)業(yè)發(fā)展中的應(yīng)用

聽(tīng)課是教師研究他人課堂教學(xué)、提高新手教師教學(xué)水平的最直接和最有效的途徑[4]。一般情況下，聽(tīng)課的途徑有兩個(gè)：現(xiàn)場(chǎng)聽(tīng)課和看課堂錄像。在現(xiàn)場(chǎng)聽(tīng)課，聽(tīng)課者無(wú)論坐在教室的哪個(gè)角落，都很難觀看到全體學(xué)生的課堂表現(xiàn)。通過(guò)課堂教學(xué)視頻進(jìn)行聽(tīng)課，僅能從攝像機(jī)拍攝到的某個(gè)視角進(jìn)行觀看，看到的是教師或某些學(xué)生的表現(xiàn)，不能有選擇地進(jìn)行觀察和分析。而VR錄播可以360°無(wú)死角地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拍攝，為聽(tīng)課者還原真實(shí)課堂。聽(tīng)課者可以帶上VR眼鏡，根據(jù)需要隨時(shí)調(diào)整視角，360°觀察課堂上的每個(gè)角落、每個(gè)學(xué)生的不同表現(xiàn)，切身感受真實(shí)課堂的教學(xué)氛圍。VR錄播可應(yīng)用于國(guó)家級(jí)、省級(jí)等異地教師培訓(xùn)，一方面能夠節(jié)約成本，另一方面也為360°觀看課堂提供了可能。

試講訓(xùn)練是職前教師提高教學(xué)水平的主要手段。目前我國(guó)多采用微格教學(xué)的形式進(jìn)行試講訓(xùn)練，試講學(xué)生和聽(tīng)課學(xué)生集中到微格教室，在指導(dǎo)教師和微格教學(xué)技術(shù)人員的共同配合下完成訓(xùn)練。一般情況下，學(xué)生很難有機(jī)會(huì)多次重復(fù)地進(jìn)行試講訓(xùn)練。學(xué)生自己去空教室進(jìn)行試講，又缺少真實(shí)的課堂氛圍。利用VR，可以模擬真實(shí)的課堂環(huán)境。試講者戴上VR眼鏡，仿佛置身于真實(shí)課堂，感受真實(shí)課堂的氛圍。還可以在虛擬環(huán)境中進(jìn)行設(shè)置，模擬師生互動(dòng)環(huán)節(jié)。通過(guò)這種方式，學(xué)生可以隨時(shí)隨地進(jìn)行授課訓(xùn)練，盡快提高授課技能。

2.VR在安全教育中的應(yīng)用

在日常進(jìn)行安全知識(shí)的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練時(shí)，教師很難為學(xué)生營(yíng)造現(xiàn)場(chǎng)的緊張、危險(xiǎn)氛圍，往往導(dǎo)致一旦危險(xiǎn)真正發(fā)生時(shí)，很多學(xué)生在巨大的恐懼、緊張等情緒影響下完全忘記所學(xué)知識(shí)而無(wú)所適從。通過(guò)VR提供的三維虛擬場(chǎng)景，并配合其他感官刺激模擬災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)，預(yù)先讓學(xué)生感受真實(shí)現(xiàn)場(chǎng)的危險(xiǎn)、恐怖、緊迫。在學(xué)生緊張、害怕的心理狀態(tài)下進(jìn)行模擬訓(xùn)練，能夠取得更好的訓(xùn)練效果[5]。目前，已將VR技術(shù)應(yīng)用于地震、火災(zāi)、洪水、恐怖襲擊等方面的安全教育。例如，美國(guó)的達(dá)特茅斯醫(yī)學(xué)院創(chuàng)建的OPS-PLUS，能夠模擬恐怖襲擊場(chǎng)景，訓(xùn)練人們?nèi)绾螒?yīng)對(duì)恐怖危害[6]。現(xiàn)在也有VR產(chǎn)品模擬真實(shí)的城市街道場(chǎng)景，用于訓(xùn)練兒童安全過(guò)馬路[7]。在安全教育中，往往將虛擬場(chǎng)景與外設(shè)相連接，通過(guò)傳感器判斷學(xué)生的反應(yīng)是否正確，并對(duì)相應(yīng)的操作給予及時(shí)反饋。

3.VR在外語(yǔ)學(xué)習(xí)中的應(yīng)用

真實(shí)情境下的學(xué)習(xí)是提高外語(yǔ)水平非常重要、有效的途徑[8]。創(chuàng)造和提供真實(shí)的語(yǔ)言交際資源，是外語(yǔ)課堂教學(xué)的最基本目標(biāo)[9]。House of Languages是一款基于三星手機(jī)的VR學(xué)習(xí)產(chǎn)品，學(xué)習(xí)者戴上VR眼鏡后會(huì)置身于一個(gè)虛擬場(chǎng)景中，一個(gè)卡通角色會(huì)引導(dǎo)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)這個(gè)場(chǎng)景中出現(xiàn)的各種物件，并通過(guò)頭顯設(shè)備上的觸摸按鈕來(lái)回答卡通人物提出的問(wèn)題。這種學(xué)習(xí)方式與傳統(tǒng)的外語(yǔ)學(xué)習(xí)具有很大的不同，學(xué)習(xí)者在“真實(shí)”情境中的體驗(yàn)式學(xué)習(xí)，會(huì)使學(xué)習(xí)效果更好。

4.VR在戰(zhàn)地醫(yī)學(xué)培訓(xùn)方面的應(yīng)用

目前，英國(guó)政府已將VR技術(shù)應(yīng)用于戰(zhàn)地醫(yī)生的培養(yǎng)和訓(xùn)練。通過(guò)模擬真實(shí)的戰(zhàn)爭(zhēng)場(chǎng)景，受訓(xùn)者能夠真切感受到戰(zhàn)爭(zhēng)，“親眼”看到某個(gè)人被炸彈炸飛雙腳，還能聽(tīng)到各種爆炸聲、子彈從耳邊飛過(guò)的聲音。在這種極度緊張、恐怖、焦急的心理狀態(tài)進(jìn)行各種醫(yī)學(xué)訓(xùn)練，使受訓(xùn)者能夠更快適應(yīng)戰(zhàn)場(chǎng)并更快地投入到工作中。

5.VR在職業(yè)技能訓(xùn)練中的應(yīng)用

職業(yè)技能訓(xùn)練是VR教育應(yīng)用的主要陣營(yíng)。加涅在《學(xué)習(xí)的條件和教學(xué)論》中強(qiáng)調(diào)，“反復(fù)練習(xí)”和“言語(yǔ)指導(dǎo)”是掌握動(dòng)作技能的關(guān)鍵[10]。由于真實(shí)環(huán)境訓(xùn)練的高成本、高風(fēng)險(xiǎn)以及師資有限等原因，傳統(tǒng)的職業(yè)技能教學(xué)存在三個(gè)較難解決的問(wèn)題：提供真實(shí)的訓(xùn)練場(chǎng)所、反復(fù)練習(xí)、及時(shí)的言語(yǔ)指導(dǎo)。

VR能夠模擬逼真的訓(xùn)練場(chǎng)景，提供趨于自然的交互方式，使得受訓(xùn)者可以無(wú)風(fēng)險(xiǎn)、低成本、反復(fù)多次地在“教師”的耐心指導(dǎo)下更好地完成訓(xùn)練。目前，VR正在外科手術(shù)訓(xùn)練、汽車(chē)維修、飛行訓(xùn)練、電力維修、交通管理、車(chē)床模擬訓(xùn)練等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。[11-12]

6.為協(xié)同創(chuàng)新搭建平臺(tái)

創(chuàng)新能力培養(yǎng)是各國(guó)人才培養(yǎng)的重中之重，為學(xué)生提供能夠進(jìn)行自主探究和假設(shè)檢驗(yàn)的信息技術(shù)平臺(tái)是創(chuàng)新能力培養(yǎng)的有效途徑[13]。當(dāng)前各級(jí)教育部門(mén)在促進(jìn)創(chuàng)客教育的普及、推廣方面進(jìn)行了大膽嘗試，并取得了一定的成果?；赩R的創(chuàng)客教育，為學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)開(kāi)啟了一扇新的大門(mén)。VR能夠創(chuàng)建和模擬真實(shí)世界，可以將真實(shí)世界中的問(wèn)題置于VR虛擬世界中，讓學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、自主探究并解決問(wèn)題，甚至可以讓學(xué)生按照自己的想法構(gòu)建自己的虛擬世界。

構(gòu)建虛擬世界，需要三維建模。而三維建模的工作繁雜，不僅需要耗費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間，而且對(duì)建模人員的相關(guān)技術(shù)水平和能力都有較高的要求。目前已有可供學(xué)生使用的VR編輯器，學(xué)生可通過(guò)拖拽3D素材庫(kù)中的相應(yīng)素材，并在素材上設(shè)置相關(guān)事件的方式，方便快捷地根據(jù)教師布置的主題創(chuàng)建自己設(shè)想的虛擬世界，或者重建歷史場(chǎng)景、自然遺址等。例如，我國(guó)網(wǎng)龍公司的101創(chuàng)客教室系統(tǒng)就屬于這類(lèi)平臺(tái)。

7.沉浸式遠(yuǎn)程教學(xué)

基于VR的遠(yuǎn)程教學(xué)，能夠帶給學(xué)生完全不同的學(xué)習(xí)感受。講授埃及歷史時(shí)，教師可以與學(xué)生一同置身于埃及進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)講授；講解海洋生物時(shí)，教師可與學(xué)生一起在海底近距離觀察各種海底生物；介紹太陽(yáng)系的構(gòu)成時(shí)，教師可以帶領(lǐng)學(xué)生一同遨游太空。學(xué)生也可以根據(jù)教師布置的學(xué)習(xí)任務(wù)，在虛擬世界中自主探究，或者同其他學(xué)習(xí)者進(jìn)行協(xié)作、交流?；赩R的遠(yuǎn)程教學(xué)，學(xué)生不必?fù)碛信c教學(xué)相關(guān)的各種VR資源，但可以充分共享遠(yuǎn)程教學(xué)平臺(tái)中的VR資源。

Lecture VR是一款基于HTC VIVE或者Oculus Rift的遠(yuǎn)程虛擬學(xué)習(xí)平臺(tái)。教師可以根據(jù)自己的教學(xué)內(nèi)容選擇“授課地點(diǎn)”，還可以從素材庫(kù)中選擇與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的素材呈現(xiàn)給學(xué)生，而這個(gè)過(guò)程就像教師展示PPT一樣方便。

四、虛擬現(xiàn)實(shí)教育面臨的挑戰(zhàn)

(一)人機(jī)交互設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)

信息設(shè)備的進(jìn)化都伴隨著人機(jī)交互方式的變革。從PC機(jī)到智能手機(jī)，再到現(xiàn)在的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，人機(jī)交互方式也發(fā)生著巨大的變化。作為一種全新的資源形態(tài)，VR在人機(jī)交互方式上具有顯著的不同。在虛擬世界中，操作對(duì)象不再是二維平面圖形，而是三維的空間圖形圖像。此外，不同的VR設(shè)備的人機(jī)交互方式也不盡相同。為此，如何根據(jù)不同學(xué)科和不同類(lèi)型知識(shí)的特點(diǎn)、學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，以及現(xiàn)有的VR設(shè)備支持的交互方式，科學(xué)合理地進(jìn)行交互設(shè)計(jì)，把響應(yīng)動(dòng)作融入到虛擬環(huán)境中，同時(shí)盡可能少地干擾用戶(hù)的正常體驗(yàn)，在虛擬世界中完成PC機(jī)和智能移動(dòng)終端的所有交互并能夠超越，都有待進(jìn)一步研究。

(二)資源呈現(xiàn)方式設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)

VR資源以360°全景方式呈現(xiàn)給學(xué)生。戴上VR眼鏡后，學(xué)生的自由度很大，關(guān)注點(diǎn)很可能停留在無(wú)關(guān)緊要之處。因此，在進(jìn)行資源設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮各個(gè)角度呈現(xiàn)什么內(nèi)容，哪些內(nèi)容呈現(xiàn)是必要的，呈現(xiàn)在什么方位。在使用眼睛“注視”進(jìn)行交互時(shí)，能夠被“注視”激活的對(duì)象也是虛擬世界的一個(gè)組成部分。在眾多虛擬對(duì)象中，如果沒(méi)有特殊提示或標(biāo)識(shí)，使用者很難“注視”到這個(gè)對(duì)象，進(jìn)而造成迷航。如何在不影響用戶(hù)體驗(yàn)的情況下進(jìn)行有效導(dǎo)航設(shè)計(jì)，有待進(jìn)一步探索。

(三)VR教育資源開(kāi)發(fā)面臨的挑戰(zhàn)

三維虛擬環(huán)境需要360°全景素材，不僅對(duì)之前的二維素材無(wú)法重復(fù)利用，而且開(kāi)發(fā)三維素材的周期、成本都會(huì)成倍增加。VR資源交互的程序開(kāi)發(fā)與傳統(tǒng)的WEB開(kāi)發(fā)或者APP開(kāi)發(fā)也有較大差別?？傊?，VR資源的開(kāi)發(fā)門(mén)檻高，周期長(zhǎng)，成本高。目前，VR在教育行業(yè)中的應(yīng)用才開(kāi)始嶄露頭角，多數(shù)教師、學(xué)生和家長(zhǎng)對(duì)VR并不了解。無(wú)論是VR教育資源的開(kāi)發(fā)者，還是VR的使用者，都急需進(jìn)行VR人才和VR用戶(hù)的培養(yǎng)。只有擁有一定的用戶(hù)群體，新的技術(shù)才能較快地發(fā)展與普及。

(四)VR教育資源評(píng)價(jià)面臨的挑戰(zhàn)

VR資源與其硬件設(shè)備綁定，不同的VR資源需要的硬件設(shè)備也不同，在人機(jī)交互方式上也存在較大差異。如何針對(duì)VR資源獨(dú)有的特性，對(duì)其進(jìn)行有效評(píng)價(jià)，以及如何制定VR教育資源的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，都有待教育研究者進(jìn)一步研究。

五、結(jié)語(yǔ)

虛擬現(xiàn)實(shí)作為新興信息技術(shù)手段，在教育領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)取得了很大進(jìn)展。未來(lái)虛擬現(xiàn)實(shí)的教育應(yīng)用將如同互聯(lián)網(wǎng)、智能移動(dòng)終端等技術(shù)一樣，會(huì)引發(fā)更大的教育變革。同時(shí)，我們也認(rèn)識(shí)到任何一項(xiàng)新技術(shù)在教育領(lǐng)域的成熟應(yīng)用都需要一個(gè)長(zhǎng)期過(guò)程。實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)在教育應(yīng)用中的美好愿景，需要教育工作者不斷探索實(shí)踐。