虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在現(xiàn)代教育中的運(yùn)用

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摘要：隨著現(xiàn)代信息技術(shù)及多媒體技術(shù)的快速發(fā)展，各種各樣的以現(xiàn)代信息技術(shù)為依托的新型教育模式應(yīng)運(yùn)而生。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的產(chǎn)生為現(xiàn)代教育的信息化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展翻開了一個新的篇章。本文在闡述虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概念及特征的基礎(chǔ)上，從教學(xué)理念、教學(xué)手段、教學(xué)內(nèi)容三個方面探討了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在現(xiàn)代教育中應(yīng)用的優(yōu)勢及作用。最后，嘗試性提出了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在現(xiàn)代教育中應(yīng)用的具體方式，為推進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在現(xiàn)代教育領(lǐng)域的應(yīng)用提供有益的參考。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；現(xiàn)代教育；遠(yuǎn)程教育；模擬實(shí)驗(yàn)

傳統(tǒng)的教育模式已經(jīng)難以適應(yīng)和滿足現(xiàn)代教育的需求。單一的紙質(zhì)教材、單向灌輸?shù)慕虒W(xué)方式以及精工細(xì)作的教學(xué)內(nèi)容嚴(yán)重影響教學(xué)質(zhì)量的提升。在此形勢下，教育教學(xué)的改革與創(chuàng)新已經(jīng)勢在必行。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的出現(xiàn)及應(yīng)用很好地解決了這些問題。實(shí)踐證明，基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的教育教學(xué)方式更加適應(yīng)大容量快節(jié)奏的現(xiàn)代教育需求[1]。因而，廣大教育工作者以及相關(guān)領(lǐng)域研究者對虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)高度重視，并大力推廣其在教育教學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用。

1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念及特征

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)指的是利用計算機(jī)技術(shù)為學(xué)習(xí)者提供一個可感知的三維空間虛擬環(huán)境，在這個虛擬環(huán)境中學(xué)習(xí)者可以通過視覺、聽覺、觸覺相互感知和交流，產(chǎn)生一種身臨其境之感。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一種以強(qiáng)化人機(jī)交互功能為目標(biāo)的技術(shù)，整合了計算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)接口技術(shù)、人工智能技術(shù)以及可視化技術(shù)等多種先進(jìn)技術(shù)的優(yōu)勢，可以讓學(xué)習(xí)者沉浸在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，激發(fā)學(xué)習(xí)動機(jī)、增強(qiáng)學(xué)習(xí)體驗(yàn)、實(shí)現(xiàn)情境學(xué)習(xí)[2-3]。具體而言，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有三大突出特征：1）交互性，可以實(shí)現(xiàn)與自然技能十分接近的交互；2）沉浸感，可以使學(xué)習(xí)者完全沉浸在虛擬現(xiàn)實(shí)世界中；3）想象性，可以使現(xiàn)實(shí)世界中許多不存在或不易被察覺到的情景變得具體化。

2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在現(xiàn)代教育中應(yīng)用的優(yōu)勢及作用

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在現(xiàn)代教育中的應(yīng)用具有很大的優(yōu)勢及作用?；谔摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)的現(xiàn)代教育教學(xué)模式中的學(xué)習(xí)情境、學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)工具都進(jìn)行了全面的革新。這種革新能夠有效作用于傳統(tǒng)的教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容以及教學(xué)手段，使之更加完善，更加符合現(xiàn)代教育的發(fā)展趨勢和要求[4]。需要強(qiáng)調(diào)的是，這種優(yōu)勢及作用是不會“自我發(fā)揮”的，需要教師不斷充實(shí)自我，積極接受虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，更新教學(xué)理念、改進(jìn)教學(xué)手段、拓展教學(xué)內(nèi)容，全面提高自身的綜合素質(zhì)能力。

2.1發(fā)展教學(xué)理念

我國現(xiàn)有的教育理念與國際上先進(jìn)的教學(xué)理念相比，還存在很大的差距。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用有助于促進(jìn)我國教學(xué)理念的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)與國際先進(jìn)教學(xué)理念的接軌。這無論是對我國教育事業(yè)可持續(xù)發(fā)展而言，還是對推進(jìn)社會主義精神文明建設(shè)而言，都具有重大現(xiàn)實(shí)意義[5]。從教師的角度講，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的輔助教學(xué)功能是十分強(qiáng)大的。這就意味著教師要徹底打破傳統(tǒng)的“三中心”教學(xué)理念，鼓勵學(xué)生自主學(xué)習(xí)與探索。但是，這并不等同于教師在教學(xué)過程中的作用減弱了。相反，基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的教育教學(xué)模式對教師的綜合素質(zhì)能力提出了更高的要求，教師不僅要學(xué)習(xí)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的操作與應(yīng)用，還要扮演講解者、引導(dǎo)者、組織者多重角色。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對教師素質(zhì)能力提出的要求與建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論、情境學(xué)習(xí)理論、自我導(dǎo)向?qū)W習(xí)理論等并無本質(zhì)區(qū)別[6][7]。由此可見，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在現(xiàn)代教育中的應(yīng)用能夠幫助教師發(fā)展教學(xué)理念，逐步與世界先進(jìn)的教學(xué)理念接軌。

2.2改進(jìn)教學(xué)手段

長期以來，我國教育采用以教師講解為主的教學(xué)手段，形式單一、枯燥，很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用為我國傳統(tǒng)教學(xué)手段的改進(jìn)提供了有利契機(jī)。在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的支持下，可以充分實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，使學(xué)生的視覺、聽覺、觸覺等多種感官都參與到學(xué)習(xí)過程中。同時，應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，還可以使小組合作學(xué)習(xí)方式、競賽學(xué)習(xí)方式、在線學(xué)習(xí)方式等先進(jìn)的教學(xué)方式和手段得到更高效的利用，激發(fā)學(xué)生全面參與、全程參與，實(shí)現(xiàn)教學(xué)手段的新突破。

2.3拓展教學(xué)內(nèi)容

受傳統(tǒng)教學(xué)模式的桎梏，教育機(jī)構(gòu)設(shè)定的教學(xué)內(nèi)容是十分有限的。比如，教材內(nèi)容以文字形式為主，很多東西難以表達(dá)出來。又比如，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，基于對學(xué)生人身安全、實(shí)驗(yàn)成本以及其他各種因素的考慮，僅設(shè)定了一小部分安全系數(shù)高、易操作、實(shí)驗(yàn)成本低的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。這不僅不利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和動機(jī)，還很容易造成知識點(diǎn)斷裂的問題，影響學(xué)生學(xué)習(xí)的系統(tǒng)性、全面性和深入性。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有想象性的特征，可以把課本無法表達(dá)的教學(xué)內(nèi)容通過夸張的形式變得具體化。另外，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中的實(shí)驗(yàn)設(shè)備都是虛擬的，而且可以重復(fù)利用，不用考慮成本的問題。總之，在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的幫助下，可以把許多教材中難以表達(dá)或?qū)嶒?yàn)中難以操作的教學(xué)內(nèi)容具體、形象地展現(xiàn)出來，實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容全面化、多元化，從而為學(xué)生學(xué)習(xí)提供更豐富、更完善的教學(xué)資源。

3虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在現(xiàn)代教育中應(yīng)用的具體方式

3.1自主探索學(xué)習(xí)

傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)模式受到時間和空間的嚴(yán)格限制，學(xué)生只能在固定的時間和地點(diǎn)接受知識傳授。在現(xiàn)代信息技術(shù)的支持下，學(xué)習(xí)者可以通過網(wǎng)絡(luò)平臺接受在線教育，但是這種在線教育的人機(jī)交互性比較差，很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在現(xiàn)代教育中的應(yīng)用可以加強(qiáng)人機(jī)交互，促進(jìn)學(xué)生以更大的熱情投入到自主學(xué)習(xí)和研究探索中。無論是在校學(xué)生，還是已經(jīng)步入職場的人，或是接受特殊教育的殘障人士，只要有學(xué)習(xí)需求和動機(jī)，都可以通過網(wǎng)絡(luò)平臺自主探索學(xué)習(xí)。而且，在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的支持下，學(xué)習(xí)者在網(wǎng)絡(luò)平臺的學(xué)習(xí)體驗(yàn)就如同“身臨其境”一般。學(xué)習(xí)者可以跟著自己的學(xué)習(xí)思路和學(xué)習(xí)進(jìn)度自主選擇教學(xué)內(nèi)容、會話情境，大大提高學(xué)習(xí)的自主性，進(jìn)而提高學(xué)習(xí)效率。

3.2模擬實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)

現(xiàn)實(shí)的實(shí)驗(yàn)中有一些高成本或高危性的實(shí)驗(yàn)是很難操作的，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以把實(shí)際生活中許多不便操作或不易操作的實(shí)驗(yàn)演示出來，讓一些深奧晦澀的知識直觀地呈現(xiàn)在學(xué)生面前。這不僅有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且還有助于引導(dǎo)學(xué)生在“逼真”的學(xué)習(xí)場景中加深對知識的理解和記憶。比如，化學(xué)實(shí)驗(yàn)中一些容易引發(fā)爆炸、燃燒等現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)，在學(xué)校實(shí)驗(yàn)室是不具備操作條件的，通過模擬實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)可以讓學(xué)生“親自見證”這些高危實(shí)驗(yàn)過程及現(xiàn)象。又比如，地理中的地殼運(yùn)用，僅憑教師的講解，學(xué)生是很難理解地殼運(yùn)動的原理的，在模式實(shí)驗(yàn)室中可以把整個地殼運(yùn)動的過程清晰、直觀地展現(xiàn)出來，讓學(xué)生通過對地殼運(yùn)動現(xiàn)象的觀察深刻理解這一知識點(diǎn)的本質(zhì)內(nèi)容。同時，對于一些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容比較復(fù)雜，需要長時間觀察和記錄的實(shí)驗(yàn)，可以通過虛擬實(shí)驗(yàn)室“精剪”出來，不僅讓學(xué)習(xí)者直觀地看到了整個實(shí)驗(yàn)變化過程，而且還大大節(jié)省了學(xué)生的學(xué)習(xí)時間和精力，提高學(xué)習(xí)效果。目前，虛擬實(shí)驗(yàn)室在物理化等理科教育中的應(yīng)用已經(jīng)逐漸普及，并取得良好的教學(xué)效果。但其在文科領(lǐng)域中的應(yīng)用還很少，有待相關(guān)領(lǐng)域研究者繼續(xù)發(fā)掘虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的潛力，加大其在文科教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。另外不得不提的是，虛擬軍事訓(xùn)練場，其與虛擬實(shí)驗(yàn)室的功能大同小異，通過構(gòu)建真實(shí)的對抗訓(xùn)練環(huán)境，對學(xué)習(xí)者進(jìn)行軍事訓(xùn)練。

3.3遠(yuǎn)程開放學(xué)習(xí)

遠(yuǎn)程開放教育主要以現(xiàn)代信息技術(shù)及多媒體技術(shù)為教學(xué)手段，其改變了傳統(tǒng)的教師面授的教學(xué)模式，受教育者通過衛(wèi)星電視直播或計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行學(xué)習(xí)，也可以下載教學(xué)資料自學(xué)。經(jīng)過長時間探索，我國的遠(yuǎn)程開放教育已經(jīng)頗具規(guī)模，并取得了一定的成效。但是目前遠(yuǎn)程開放教育教學(xué)資源管理平臺和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源整體上種類繁多、形態(tài)各異、互不兼容。因此，政府相關(guān)部門和遠(yuǎn)程開放教育機(jī)構(gòu)致力于“云計算”整合技術(shù)的研究，吸收和引進(jìn)國內(nèi)外先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，優(yōu)化遠(yuǎn)程開放教育教學(xué)資源體系結(jié)構(gòu)。筆者認(rèn)為，在遠(yuǎn)程開放教育教學(xué)資源整合研究中應(yīng)加大對虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究和應(yīng)用。隨著互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)水平大幅度提高，人們對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的數(shù)量和性能方面的要求也明顯提高。然而，由于開發(fā)新的服務(wù)器造價過高，開發(fā)起來并不容易。面對人們對計算機(jī)資源高計算水平的迫切需求，利用現(xiàn)有計算機(jī)資源的合作來代替開發(fā)高端服務(wù)器的獨(dú)立計算能力的想法產(chǎn)生，這就是最初的“云計算”理念。云計算技術(shù)的工作原理是把數(shù)量龐大的中端、甚至低端的計算機(jī)資源組合到一起，形成一個規(guī)模巨大的資源服務(wù)平臺。用戶不用考慮資源服務(wù)平臺內(nèi)部是如何運(yùn)作的，只需要訪問客戶端就能獲取相應(yīng)的資源服務(wù)。而且可以按使用費(fèi)用隨時獲取，靈活性強(qiáng)、成本低廉。但是，“云計算”技術(shù)的應(yīng)用只能提高遠(yuǎn)程教育資源的開放性和共享性，并不能改變教學(xué)資源的形式?；谔摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)的遠(yuǎn)程開放教育系統(tǒng)可以進(jìn)一步豐富教學(xué)資源形式，學(xué)習(xí)者可以通過多種感官感知虛擬世界中的一切，從而完全沉浸在這個虛擬世界中，強(qiáng)化學(xué)習(xí)體驗(yàn)，提高學(xué)習(xí)效果。

4結(jié)語

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在現(xiàn)代教育中的應(yīng)用優(yōu)勢是有目共睹的。隨著現(xiàn)代教育的信息化、智能化發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)必將得到更廣泛的應(yīng)用?？梢灶A(yù)見，在未來的教育教學(xué)領(lǐng)域中，虛擬實(shí)驗(yàn)室、虛擬教室、虛擬訓(xùn)練場等基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的教育模式將發(fā)揮巨大的潛力，為現(xiàn)代教育發(fā)展注入全新的活力。但是，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在現(xiàn)代教育領(lǐng)域中的應(yīng)用并不是一蹴而就的，需要經(jīng)過長期的探索與實(shí)踐。尤其是對虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在現(xiàn)代教育中應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，比如動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)、三維圖形生成技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)等，還有待進(jìn)一步改進(jìn)和完善。這需要相關(guān)領(lǐng)域研究者加強(qiáng)研究。同時，廣大教育工作者也要與時俱進(jìn)，以虛心的態(tài)度認(rèn)真學(xué)習(xí)和應(yīng)用這一新技術(shù)。

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作者：任海鵬 鄧春紅 孫宇 單位：安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系統(tǒng)