虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀及對策分析

程佑春

（江西科技師范大學(xué) 江西南昌 330000）

引言

伴隨著科技革命的浪潮，教育這個傳統(tǒng)的“慢行業(yè)”也正發(fā)生著巨大的變革。知識正在以更為直觀生動、高質(zhì)有效的方式傳遞給學(xué)生。虛擬現(xiàn)實技術(shù)由于其特有的性質(zhì)，使得學(xué)習(xí)者能夠更加自然地與虛擬環(huán)境、虛擬對象進行交互，并根據(jù)自己的學(xué)習(xí)需求參與、控制學(xué)習(xí)進程，從而獲得最大的學(xué)習(xí)自由度和學(xué)習(xí)體驗。這種呈現(xiàn)多維信息的虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境，將使學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)新知識、掌握新技能變得更加高質(zhì)有效，因此，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越受重視和青睞。

一、虛擬現(xiàn)實的基本特征

在虛擬現(xiàn)實中常用“3I”來表示其主要的幾個特征，即交互性（Interaction）、沉浸感（Immersion）和想象性（Imagination）。

1.交互性

交互性主要是指用戶在虛擬環(huán)境中與虛擬場景、虛擬對象的互動方式、互動程度及此過程中所獲得的反饋情況。PC時代，交互性主要體現(xiàn)在人與機器設(shè)備的平面交互上，交互方式和交互效果都比較單一；而PC+時代，交互畫面更加豐富和立體，用戶看到的不再是一張張二維圖片，而是一個個立體的場景。同時，交互方式也發(fā)生了變化，不再局限于單一的觸覺，而是引入了多種神經(jīng)感知功能。例如，在虛擬環(huán)境中抓取物體，用戶不僅會有類真實的觸感，還會感受到物體的重量。也就是說，虛擬現(xiàn)實環(huán)境中，交互方式更加多樣，交互效果更接近真實和自然。交互越接近自然，虛擬現(xiàn)實的互動覆蓋越全面，交互效果也越好。

2.沉浸感

沉浸感是指利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)營造出高度契合用戶認知和心理體驗的情境，從而讓用戶專注于當(dāng)前的情境并產(chǎn)生身臨其境的感覺。也就是說，沉浸感讓體驗者忽視了自身所處的外部環(huán)境轉(zhuǎn)而融入計算機所創(chuàng)造的虛擬世界中。自然交互使得用戶沉浸于虛擬世界成為可能，同時，交互方式的多樣性使得沉浸感的來源也體現(xiàn)在多個方面，除了視覺沉浸，還有觸覺、聽覺、嗅覺等方式的沉浸。調(diào)用的感覺越多，情境越逼真，融入感越強。

3.想象性

想象活動是以實物為基本模型，通過在大腦中對實物的記憶表象進行分析、改造，從而形成新的認知的心理過程。這一過程可分為兩個階段，即信息的儲備過程和形象的再建構(gòu)過程。因此，想象力的培養(yǎng)，首先需要獲得關(guān)于實物的真實的、完整的感受；其次，多維度的交互能夠觸發(fā)學(xué)習(xí)者將關(guān)于實物的認知進行抽象、重組、變形，從而形成新的表象符號。虛擬現(xiàn)實為用戶激發(fā)想象力創(chuàng)造了條件，多維度的交互方式為認識和理解實物模型奠定了基礎(chǔ)，沉浸式的體驗為用戶深化概念、萌發(fā)新的聯(lián)想、產(chǎn)生認識上的飛躍創(chuàng)造了條件[2]。因此，虛擬現(xiàn)實折射的不僅僅是新技術(shù)的進步及其應(yīng)用價值，對于用戶想象力的啟發(fā)、創(chuàng)造性思維的構(gòu)建也不無裨益。

二、虛擬現(xiàn)實在教學(xué)中運用的意義

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用主要體現(xiàn)在教學(xué)環(huán)境的創(chuàng)設(shè)、教學(xué)資源的拓展、教學(xué)手段的豐富等方面，目的在于激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、增強學(xué)習(xí)體驗、創(chuàng)造心理沉浸感、實現(xiàn)情境學(xué)習(xí)、促進知識更新。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教學(xué)中的運用具有以下幾個方面的意義。

1.緩解教學(xué)資源配置矛盾

目前我國教育領(lǐng)域很多學(xué)科專業(yè)建設(shè)都存在著教育經(jīng)費投入有限、資源配置不足的問題。從當(dāng)前來說，這種現(xiàn)象會影響教學(xué)的順利開展和實施，影響學(xué)生參與的興趣和熱情；從長遠來說，會阻礙學(xué)科專業(yè)發(fā)展，甚至?xí)绊懻麄€教育領(lǐng)域改革發(fā)展步伐。教育領(lǐng)域虛擬現(xiàn)實技術(shù)的引入，有效緩解了這一矛盾——通過虛擬各種器材設(shè)備、實訓(xùn)環(huán)境，使得某些實驗內(nèi)容和實訓(xùn)技能得以在虛擬環(huán)境中得以展開，從而有效解決教學(xué)中因為資源配置失衡帶來的突出問題。

2.增強教學(xué)的可控性

對于一些存在一定風(fēng)險，或者容易出現(xiàn)錯誤操作的實驗內(nèi)容，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以有效管控風(fēng)險，增強教學(xué)的可控性。在以往的教學(xué)過程中，對于那些存在一定安全風(fēng)險的實驗，教師一般都采用諸如播放視頻等比較傳統(tǒng)的方式來進行。在這種教學(xué)模式下，學(xué)生無法直接參與實驗并獲得感性認識，而利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行虛擬實驗，可在一定程度上可以免除這種顧慮。如醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的實驗教學(xué)，通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)模擬生物體的組織和結(jié)構(gòu)，避免因?qū)W生的失誤對生物體造成傷害，同時還可有效緩解學(xué)生緊張、恐懼的心理；對于實驗精度比較高的電子線路實驗，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以有效防止因為錯誤操作出現(xiàn)的硬件損耗情況，從而有效降低了實驗成本，也在一定程度上消除了突發(fā)狀況對教學(xué)實施和課堂管理帶來的影響；虛擬的化學(xué)實驗可以有效規(guī)避燃燒、爆炸、有害氣體揮發(fā)等帶來的安全風(fēng)險。

其次，統(tǒng)計查詢功能。這方面的功能要從兩個方面來進行考慮。一方面，要統(tǒng)計查詢網(wǎng)絡(luò)資源的存在性，根據(jù)有線電視網(wǎng)絡(luò)資源的實際屬性，比如管道、線路、各種元器件等，對這些數(shù)據(jù)模型進行統(tǒng)一的編號和命名，形成相對完整的資源映像。通過這種方式可以實現(xiàn)有線網(wǎng)絡(luò)資源多種屬性的查詢功能。另一方面，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的可用性，通過將網(wǎng)絡(luò)資源系統(tǒng)與業(yè)務(wù)系統(tǒng)形成緊密結(jié)合，促進信息資源的有效互動，比如市場部門明確自身擁有銷售資源的數(shù)量、維護部門清楚需要重點維護的資源、決策部門應(yīng)優(yōu)先發(fā)展的資源，等等，這有助于實現(xiàn)資源的動態(tài)配置，根據(jù)實際需要及時進行戰(zhàn)略調(diào)整。

3.打破教學(xué)的時空限制

在虛擬現(xiàn)實世界中，學(xué)生可以盡情地遨游在時空隧道中，從而打破時間和空間對知識呈現(xiàn)的限制，使得知識的結(jié)構(gòu)和變化過程以更貼近真實的狀態(tài)呈現(xiàn)出來。例如，為了了解原子的結(jié)構(gòu)，可以進入虛擬的原子內(nèi)部，觀察內(nèi)部離子的結(jié)構(gòu)情況及運動狀態(tài)，同時，還可根據(jù)需求調(diào)整觀察角度，實現(xiàn)“360度無死角”的觀察效果。虛擬現(xiàn)實在突破時間限制方面的應(yīng)用也有很多，如化石的形成，它是一個復(fù)雜而漫長的過程，需要上萬年的等待。而利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，則可以將這一漫長而復(fù)雜的演變過程濃縮在幾分鐘內(nèi)呈現(xiàn)給學(xué)生，學(xué)生通過場景模擬獲得的認知會更加直觀強烈，相比較傳統(tǒng)教學(xué)中紙上談兵式的教學(xué)方法，學(xué)生對于知識要點的理解和把握要更加深刻牢固。由此可見，這是對傳統(tǒng)教學(xué)的一種有益補充。

4.增強教學(xué)的趣味性

運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以創(chuàng)設(shè)一種全新的課堂氣氛和課堂體驗。虛擬現(xiàn)實技術(shù)不僅可以對學(xué)習(xí)過程中所涉及的各種假設(shè)模型進行虛擬物化，通過虛擬系統(tǒng)直觀觀察到這一假設(shè)所產(chǎn)生的結(jié)果或效果[3]，同時，還可以創(chuàng)設(shè)虛擬角色，使得學(xué)生可以與虛擬角色一起交流討論，收獲趣味橫生的學(xué)習(xí)體驗，虛擬數(shù)字人的誕生正是這一深化應(yīng)用的具體體現(xiàn)。此外，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的運用使得學(xué)生的主體地位更加突出，便于開展自適應(yīng)式學(xué)習(xí)；通過合作探究的形式，開展協(xié)作式學(xué)習(xí)，共享學(xué)習(xí)成果。

三、虛擬現(xiàn)實在教學(xué)應(yīng)用中存在的問題和對策

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在輔助教學(xué)方面的積極作用是毋庸置疑的，這為虛擬現(xiàn)實提供了廣闊的應(yīng)用前景，但在實際運用過程中也存在著諸多問題。

1.存在的問題

（1）虛擬現(xiàn)實技術(shù)本身的限制

虛擬世界與現(xiàn)實世界的真實程度存在一定差距。虛擬現(xiàn)實畢竟是計算機系統(tǒng)，它所創(chuàng)設(shè)的虛擬環(huán)境和模型即使再細膩逼真，與真實場景還是有一定的差距。比如，我們看到的反應(yīng)畫面會有明顯的顆粒感；提供的人機交互手段雖然多樣且力求自然，但與現(xiàn)實世界的交互相比，總會存在一定的局限，例如在進行觸覺交互的過程中，觸覺傳感器響應(yīng)并采集交互過程中力的變化和參數(shù)，這其中會涉及傳感器的性能、材質(zhì)、采集方法等諸多因素，經(jīng)過若干物理中間媒介的傳導(dǎo)，傳回給用戶的虛擬觸覺只能算是類真實體驗，與通過神經(jīng)系統(tǒng)傳導(dǎo)的真實觸覺體驗相比會有一定的失真。雖然隨著技術(shù)的進步，虛擬現(xiàn)實技術(shù)會越來越完善，但它的使用仍然會涉及新的硬件或軟件，這就有可能會產(chǎn)生兼容性和適應(yīng)性的問題[4]。

（2）技術(shù)壁壘阻礙了虛擬現(xiàn)實的普及應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一項融合了計算機圖形學(xué)、傳感技術(shù)等多學(xué)科領(lǐng)域的綜合集成性技術(shù)，涉及領(lǐng)域多，技術(shù)交叉融合比較復(fù)雜，并且各學(xué)科領(lǐng)域知識更新發(fā)展較快，這對虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教學(xué)方面的開發(fā)和維護提出了很高的要求。一般來說，授課教師如要按照課程需求自己獨立完成虛擬軟件或課件的制作，確實有一定的難度。因此，在實際應(yīng)用中，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的開發(fā)基本都會借助專業(yè)人員的力量。雖然這在一定程度上可以突破技術(shù)限制，但專業(yè)開發(fā)人員對于虛擬軟件在教學(xué)中的應(yīng)用理解沒有專業(yè)教師深刻、透徹，在實施細節(jié)、教學(xué)技巧的呈現(xiàn)上會有所欠缺，因此，開發(fā)出的虛擬現(xiàn)實教學(xué)軟件與預(yù)期會有一定差距。

（3）學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性不受控制

虛擬現(xiàn)實的引入使得學(xué)生的主體地位更加突出，學(xué)生學(xué)習(xí)的自由度和自主性得到了強化。學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生可根據(jù)個性化的學(xué)習(xí)需求，選擇適合自己習(xí)慣的學(xué)習(xí)方法，制定適合自己節(jié)奏的學(xué)習(xí)計劃，進而根據(jù)學(xué)習(xí)目標有計劃、有針對性地展開學(xué)習(xí)。這種以學(xué)生為主體的教學(xué)模式，能夠培養(yǎng)學(xué)生的規(guī)劃能力和組織能力，增強學(xué)生的自律意識和主動探究意識。但是，好的課堂應(yīng)該是教師和學(xué)生共同作用的結(jié)果。雖然虛擬現(xiàn)實技術(shù)的引入在培養(yǎng)學(xué)生的能力和素質(zhì)方面確實起到了一定的積極作用，但我們也要看到它同時弱化了教師的主導(dǎo)作用，弱化了教師對于學(xué)生的情感教育和引導(dǎo)。畢竟這一階段學(xué)生的心理、態(tài)度和價值觀還未成熟，具有極強的可塑性。有了教師的參與和引導(dǎo)，其發(fā)展會更趨于理性，同時，教師的引導(dǎo)可以避免學(xué)生因?qū)W習(xí)自由度過大而游離于課堂教學(xué)目標和教學(xué)要求之外，出現(xiàn)發(fā)散思維不受控制的情況出現(xiàn)。

2.解決問題的對策

任何一種技術(shù)的運用都有利有弊，我們要用辯證的方法看問題。我們既要看到虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教學(xué)實踐中的優(yōu)勢，也要正確認識它的局限性，知己知彼才能做到揚長避短，使得虛擬現(xiàn)實技術(shù)更好地為教學(xué)服務(wù)。

（1）正確認識新技術(shù)對教學(xué)實踐的影響

隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的進一步發(fā)展，其技術(shù)水平會越來越高，在教育領(lǐng)域的應(yīng)用范圍也會越來越廣泛。作為一線教育工作者，我們應(yīng)該本著實事求是的原則，正確認識新技術(shù)對教學(xué)實踐的影響。一方面，不能因為虛擬現(xiàn)實技術(shù)的局限性就因循守舊、故步自封，排斥拒絕其在教育領(lǐng)域的引入，應(yīng)該敏銳捕捉其對教學(xué)的正面促進作用；另一方面，也不能夸大其對教學(xué)的作用，盲目追求當(dāng)前流行的新技術(shù)新概念而忽視了教育中“人”的作用，不要寄期望于虛擬環(huán)境完全取代實地教學(xué)。

（2）加強教師的虛擬現(xiàn)實技術(shù)培訓(xùn)

信息技術(shù)手段不僅僅是技術(shù)的體現(xiàn)，也是教師教學(xué)理念、教學(xué)能力的側(cè)面印證。虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為當(dāng)前比較復(fù)雜的一種信息技術(shù)手段，要求教師通過幾次培訓(xùn)就具備開發(fā)能力也是不現(xiàn)實的，但萬事開頭難，通過培訓(xùn)給一線教師打開虛擬世界的大門，讓其感受到虛擬世界之美、之奇，觸發(fā)其學(xué)習(xí)熱情，從而使其具備基本的虛擬現(xiàn)實專業(yè)素養(yǎng)和開發(fā)能力，也不失為一種好的途徑和手段。此外，技術(shù)培訓(xùn)會加速促進其在教學(xué)中的轉(zhuǎn)化，為教師的教學(xué)實施提供了一種新的思路和途徑，于無形中更新了教師的教學(xué)理念，提升了教學(xué)能力。

（3）平衡學(xué)習(xí)過程中師生的地位和作用

一方面，加強對學(xué)生自主學(xué)習(xí)的引導(dǎo)和規(guī)范，通過設(shè)置啟發(fā)式問題、分析報告、課堂小測等手段，使學(xué)生的學(xué)習(xí)活動始終聚集、圍繞在課堂教學(xué)目標周圍，不至于游離于課堂活動之外，體現(xiàn)出學(xué)生的主體作用。另一方面，雖然虛擬現(xiàn)實技術(shù)的引入在一定程度上阻礙了教師和學(xué)生的情感交流，但教師可在課堂上通過相應(yīng)的教學(xué)手段進行調(diào)節(jié)和平衡。如上述的問答環(huán)節(jié)、報告環(huán)節(jié)、測驗環(huán)節(jié)，都是教師和學(xué)生進行直接交流互動的機會，教師應(yīng)該把握好機會，合理設(shè)置互動活動，充分發(fā)揮課堂上教師的主導(dǎo)作用。

結(jié)語

虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為一種新技術(shù)手段，為現(xiàn)代教育改革的發(fā)展和實踐提供了強有力的支持。但技術(shù)只是一種手段，只是為優(yōu)化教學(xué)實踐提供了一種可能，教育的核心和靈魂還是教學(xué)設(shè)計。因此，教師在教學(xué)實際中應(yīng)該注重與時俱進、博采眾長，將新技術(shù)、新理念引入到教學(xué)設(shè)計中，使之更科學(xué)、更合理地為教學(xué)服務(wù)，從而達到更好的育人效果。