虛擬現(xiàn)實在教育應(yīng)用中的問題及改進策略

☆佟海靜 傅鋼善

（陜西師范大學新聞與傳播學院，陜西西安 710062）

一、虛擬現(xiàn)實技術(shù)介紹

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是指運用計算機技術(shù)產(chǎn)生一個三維的虛擬空間，對現(xiàn)實世界進行仿真。它不僅提供了現(xiàn)實世界中事物的基本屬性，而且形成了逼真的視覺、聽覺，甚至嗅覺、觸覺等感覺效果。虛擬現(xiàn)實技術(shù)涉及了傳感技術(shù)、三維技術(shù)、人工智能和仿真技術(shù)等等，虛擬現(xiàn)實概念模型如圖1。[1]虛擬現(xiàn)實有四種基本類型：沉浸型、桌面型、共享型和增強現(xiàn)實型，[2]其特征是具有一定的交互性、能突破時空的限制、共享性、協(xié)作性和構(gòu)想性。[3]

圖1 虛擬現(xiàn)實概念模型

虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)進入了一個相對穩(wěn)定時期，在許多領(lǐng)域已經(jīng)有許多相關(guān)的應(yīng)用。近年來，由于網(wǎng)絡(luò)虛擬社區(qū)的興起，虛擬現(xiàn)實技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合再次受到人們的注意。本文主要分析虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育應(yīng)用過程中出現(xiàn)的問題，并且針對這些問題提出了改進策略。

二、國內(nèi)外虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用狀況

在國外，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教學領(lǐng)域發(fā)展得比較早。北卡羅來納大學（UNC）的計算機系是進行虛擬現(xiàn)實研究最早的大學，主要研究分子建模、航空駕駛、外科手術(shù)仿真、建筑仿真等。麻省理工學院（MIT）是研究人工智能、機器人和計算機圖形學及動畫的先鋒，1985年MTI成立了媒體實驗室，進行虛擬環(huán)境的正規(guī)研究。[4]許多高校使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)開發(fā)了虛擬的物理實驗室、生物實驗室，使得研究人員可以在虛擬的環(huán)境下進行各種實驗，從而降低了實驗的成本和提高了研究效率。印第安納大學應(yīng)用桌面型虛擬現(xiàn)實技術(shù)培養(yǎng)學生對太陽——地球關(guān)系的理解，不但增強了學生對相關(guān)概念的理解，也大大減少了學生的錯誤認識。[5]

相比之下，國內(nèi)虛擬現(xiàn)實技術(shù)起步比較晚，技術(shù)方面也相對落后。1996年，天津大學在SGI硬件平臺上，基于VRML國際標準，最早開發(fā)了虛擬校園，[6]隨后虛擬現(xiàn)實技術(shù)在理工科類專業(yè)上的應(yīng)用得到了推廣，盡管虛擬現(xiàn)實技術(shù)的開發(fā)成本高，但在一些特定的專業(yè)領(lǐng)域確實取到了良好的教學效果。

三、虛擬現(xiàn)實在教育應(yīng)用中存在的問題

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育中的應(yīng)用主要表現(xiàn)為基于虛擬學習環(huán)境的學習。因此，本文從兩個維度分析虛擬現(xiàn)實在教育應(yīng)用中存在的問題：一是從虛擬現(xiàn)實技術(shù)本身出發(fā)來探討；二是從虛擬現(xiàn)實技術(shù)支持下的虛擬學習環(huán)境建設(shè)出發(fā)探討。后文的改進策略探討也分別對應(yīng)這兩個方面。

（一）從虛擬現(xiàn)實技術(shù)角度

1.虛擬現(xiàn)實技術(shù)支持下的學習環(huán)境對學習者的心理產(chǎn)生負面影響

當教學軟件自由度過大或者娛樂性過強的時候就會對學習主體產(chǎn)生一系列負面影響。虛擬現(xiàn)實環(huán)境會讓學習者處于一個全景式、逼真的三維空間里面，有時會讓自主學習能力比較差的學生難以從虛擬環(huán)境中抽離出來，而且如果學習者長時間處于虛擬的環(huán)境中，當他回到現(xiàn)實中時會產(chǎn)生一定的落差，而這種落差可能是負面的，甚至會是危險的；而另一方面虛擬游戲會讓學習者過于沉溺，導(dǎo)致學習精力分散，反而影響學習效果，而且會影響學生的學習心態(tài)。

2.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教學過程中的盲目推廣

虛擬現(xiàn)實對于一些學習科目和領(lǐng)域有著相當大的輔助作用，但這并不意味著虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)該在教學領(lǐng)域進行全面、盲目的推廣。開發(fā)一套虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，花費的人力、物力有時是十分巨大的，所以，對于一些運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)并不能起到顯著效果的學科和研究項目，就沒有必要利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)來進行教學或者研究。

（二）從虛擬現(xiàn)實技術(shù)支持下的虛擬學習環(huán)境建設(shè)角度

1.忽視學習者的學習風格

不同的學習者，學習風格不盡相同，現(xiàn)在虛擬現(xiàn)實技術(shù)下的學習系統(tǒng)往往對于學習者學習風格不夠重視，處理過于單一，不能解決學習者個別的問題和特殊的學習偏好，所以，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在如今提倡學習個性化的教學領(lǐng)域需要在學習模式個性化設(shè)置，學習活動個性化安排方面進行優(yōu)化。

2.缺少導(dǎo)航設(shè)計

一般桌面型虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)比較容易實現(xiàn)導(dǎo)航，但是對于比較復(fù)雜的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，例如：沉浸型虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，或者其他注重學習環(huán)境效果的逼真度的虛擬現(xiàn)實學習系統(tǒng)，導(dǎo)航的實現(xiàn)經(jīng)常被忽略，而實現(xiàn)起來還要注意其形式，其實現(xiàn)所需的技術(shù)與技巧都是比較復(fù)雜的問題。

3.缺少及時的反饋和評估

虛擬現(xiàn)實環(huán)境由于追求對現(xiàn)實模擬的逼真度，往往把技術(shù)重點放在對介入者動作的輸入處理和刺激信號的產(chǎn)生上，但是對于學習者的操作是否正確，學習效果如何，虛擬現(xiàn)實環(huán)境都很少有給予具體的及時的反饋和評價，甚至根本就缺乏評價的標準。

四、虛擬現(xiàn)實在教育應(yīng)用中的改進策略

針對虛擬現(xiàn)實在教育應(yīng)用中存在的問題，筆者提出了以下幾個方面的改進策略。

（一）虛擬現(xiàn)實技術(shù)支持下的場景設(shè)計和控制

虛擬現(xiàn)實技術(shù)支持下的學習系統(tǒng)強調(diào)學習者在學習過程中對所學知識意義的主動建構(gòu)，以及對情境的主動探索。在虛擬現(xiàn)實中，學習者作為學習過程中的主體，使用一個虛擬角色參與虛擬世界的教學活動，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)提供與現(xiàn)實世界相同或者是相似的學習體驗和真實感。但是，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)往往自由度過大，提供的虛擬環(huán)境和虛擬游戲娛樂性過強，并且虛擬世界和現(xiàn)實世界畢竟存在差別，在學習過程中學習者容易偏離學習目標，造成學習效果不理想等問題。所以，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的設(shè)計要能讓學習者在自覺進行意義建構(gòu)的同時緊扣教學目標，因此，一方面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)設(shè)計要提高系統(tǒng)友好性，關(guān)注用戶體驗，引起學習者的學習興趣；另一方面應(yīng)建立有效的管理機制和評價反饋機制，提醒學生區(qū)分虛擬與現(xiàn)實的界限。

（二）虛擬學習環(huán)境的個性化設(shè)計

1.學習者學習風格分析

要設(shè)計個性化的學習系統(tǒng)，必須對不同學習者的學習風格進行分析。學習者學習風格一直是教育心理學里面一個熱門的研究課題。它是學習者在知識構(gòu)建過程中的個體特征的表征，包括對知識構(gòu)建的方法和策略，對其過程的習慣或者傾向，主要包括學習者的生理、心理和社會三個層面的組成要素。

2.虛擬學習系統(tǒng)個性化設(shè)計

（1）設(shè)計應(yīng)考慮學習者的學習偏好。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)應(yīng)清楚學習者的學習偏好，能讓學習者設(shè)置一些系統(tǒng)參數(shù)，如：學習資源的呈現(xiàn)形式、課程推薦和學習難度的設(shè)置，系統(tǒng)按照學習者的偏好提供學習資源和給予指導(dǎo)，以提高學習者的興趣和學習的動機，保證學習者學習的積極性。

（2）設(shè)計應(yīng)遵從學習者的學習路徑和智力發(fā)展水平。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)通過記錄學習者的學習軌跡，對學習者的學習經(jīng)歷進行跟蹤和分析，從而清楚學習者的智力發(fā)展水平，在此基礎(chǔ)上為學習者提供合適的個性化的學習資源。

（3）為學習者提供個性化的評價方式。對于不清楚自己學習水平的學生，利用評價手段來安排學習者的活動、資源和學習目標、學習任務(wù)，是確保學習質(zhì)量的一個重要輔助手段。

3.導(dǎo)航設(shè)計策略

虛擬現(xiàn)實學習系統(tǒng)給學習者提供了一個相對自由的學習空間，學習者可以在這個空間中自由探索，具有一定的自由度。這一點與建構(gòu)主義倡導(dǎo)的以學生的“學”為主的教學觀點相符，可以充分調(diào)動學習者的積極性和主動性，促進其知識結(jié)構(gòu)的積極建構(gòu)。但在虛擬學習環(huán)境中，需要導(dǎo)航設(shè)計來引導(dǎo)學習者的行為，防止學習者在學習的過程中迷失方向，所以，虛擬現(xiàn)實的導(dǎo)航設(shè)計對于指導(dǎo)學習者具有重要的意義。

（1）用導(dǎo)航增進用戶對虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的認識。對于剛剛接觸虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的用戶來說，一個簡單的介紹和引導(dǎo)是很有必要的，它能幫助用戶對系統(tǒng)形成初步的認識，而不至于對于整個系統(tǒng)完全沒有認識感到茫然和不知所措。這個介紹應(yīng)簡單而不累贅，只要讓學習者明白該系統(tǒng)的設(shè)計目標和意義，從而對系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)有個初步了解即可。

（2）虛擬場景導(dǎo)航。當學習者身處某個場景時，為讓其能夠快速地掌握重點知識從而達到預(yù)定的教學目標，應(yīng)對學習者在場景中的行為進行一定的引導(dǎo)，為其提供一些指導(dǎo)性的反饋和幫助。如：使用平面結(jié)構(gòu)設(shè)置導(dǎo)航信息；使用動畫的形式設(shè)置導(dǎo)航信息；利用視點切換進行導(dǎo)航；利用漢字貼圖進行導(dǎo)航。

五、總結(jié)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是計算機領(lǐng)域的熱門話題，也因為其自身的優(yōu)勢而在教育領(lǐng)域得到發(fā)展和推廣。然而，虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于教學的過程中卻存在不少問題。本文對虛擬現(xiàn)實技術(shù)在學習者學習過程中產(chǎn)生的問題進行分析，并且提出了虛擬現(xiàn)實設(shè)計和使用過程中的改進策略。但是本文還缺少具體的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)案例支撐，只是從理論角度探討了虛擬學習系統(tǒng)的教學應(yīng)用相關(guān)問題，要全面解決虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于教育教學中的問題，還需要繼續(xù)進行更深層次的研究。

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