淺淡虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用

盧強　童子方　李偉

【摘 要】近些年隨著計算機軟硬件的迭代更新，虛擬現(xiàn)實技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，并且在教學(xué)領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。本文通過分析虛擬現(xiàn)實的現(xiàn)實特征與技術(shù)優(yōu)勢，進一步闡述了虛擬現(xiàn)實技術(shù)將對未來教學(xué)方式帶來的革命性變革。

【關(guān)鍵詞】虛擬現(xiàn)實；教學(xué)；應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實技VR（（ Virtual Reality）是上世紀(jì)八十年代的提出理論，由于受限于當(dāng)時信息技術(shù)的水平，使用成本過高等因素的制約，很多理念僅僅停留于概念階段，但是隨著信息技術(shù)的日新月異，硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，當(dāng)年的技術(shù)、硬件瓶頸被打破，如今，很多理論已轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實的技術(shù)成果，并廣泛的應(yīng)用于各個行業(yè)，如軍事、醫(yī)療、教育、空天、等高精尖端領(lǐng)域，特別是在教育方面，虛擬現(xiàn)實更是發(fā)揮著巨大的作用，使教育手段更加多元化，提高受教育者的學(xué)習(xí)效率，這一技術(shù)的出現(xiàn)必將會傳統(tǒng)教育模式帶來新一輪的變革，讓現(xiàn)代教育方式煥發(fā)出無窮的生命力。

近期，習(xí)近平主席在參加G20工商峰會時提出“創(chuàng)新是從根本上打開增長之鎖的鑰匙。以互聯(lián)網(wǎng)為核心的新一輪科技和產(chǎn)業(yè)革命蓄勢待發(fā)，人工智能、虛擬現(xiàn)實等新技術(shù)日新月異，虛擬經(jīng)濟與實體經(jīng)濟的結(jié)合，將給人們的生產(chǎn)方式和生活方式帶來革命性變化。”這一重要觀點的提出讓我們更加堅信虛擬現(xiàn)實技術(shù)未來廣闊的前景。

1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)概述

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是在信息化基礎(chǔ)上，使用計算機技術(shù)通過模擬真實的環(huán)境，虛擬出空間感、方位感，并同時模擬出環(huán)境中的聲音、觸感等感官刺激，營造一種身臨其境的參與感，讓使用者產(chǎn)生感覺完全處于真實環(huán)境中的意境。

VR技術(shù)的三點特性：

1）沉浸

在計算機虛擬生成出如同現(xiàn)實環(huán)境的虛擬空間中，隨著使用者的腦部轉(zhuǎn)動或身體的移動，周圍的環(huán)境也也隨即產(chǎn)生變化，通過虛擬技術(shù)無縫結(jié)合可以讓使用者以第一視角體會到真實環(huán)境感覺。

2）交互

使用者在真實世界中的一切感知信息完全適應(yīng)用于虛擬現(xiàn)實的場景，首先通過場景中的多元信息交互，然后經(jīng)過信息反饋系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)處理，便可實時“操作”虛擬情景中的物體。

3）思維無限延展

充分發(fā)揮使用者的無限想象空間，拓寬思維，展現(xiàn)人類已知的客觀存在，同時也可以通過虛擬環(huán)境構(gòu)建出超出客觀規(guī)律的交互環(huán)境。

2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)對現(xiàn)代教育的影響

國外專業(yè)實驗室通過大量的數(shù)據(jù)得知人類獲取信息的途徑百分之八十五來自于視覺，百分之十來自于聽覺，其余的百分之四分別為嗅覺、觸覺和味覺。可見我們獲取知識內(nèi)容大部分源于視、聽覺的感知，虛擬教學(xué)利用視覺上的感官優(yōu)勢，同時引入全方位的觸摸感應(yīng)體驗，使操作者沉浸其中對學(xué)習(xí)的內(nèi)容產(chǎn)生濃厚的興趣。

2.1 對教學(xué)理念的顛覆性影響

虛擬教學(xué)強調(diào)人的主體地位，以往的教學(xué)模式以教師為課堂的主導(dǎo)地位，學(xué)生在大多數(shù)時間為被動的接受知識，這種“填鴨”式的教學(xué)方法極大的抹殺了知識接受者的的主動性與創(chuàng)造性，而現(xiàn)代的教學(xué)理念要將以往的教學(xué)模式加以顛覆，虛擬現(xiàn)實教學(xué)善于營造一種主動探索的學(xué)習(xí)方式，正是運用這樣優(yōu)點使課堂教學(xué)形式變?yōu)橐龑?dǎo)啟發(fā)教學(xué)，實現(xiàn)教育與被教育者的完美契合，在教學(xué)過程中啟發(fā)受教育者的思路，培養(yǎng)主動思考問題的能力，激發(fā)主動學(xué)習(xí)的積極性，使學(xué)生全身心主動投入到教學(xué)的全過程。

2.2 對教學(xué)手段的影響

虛擬現(xiàn)實技術(shù)融入現(xiàn)代教學(xué)中來，對教學(xué)的最終效果的影響是顯而易見的， 它完全不同于傳統(tǒng)教學(xué)中抽象的、單一感官的體驗方式，通過計算機虛擬出仿佛置身于實景的更加直接、形象化的多重感官刺激，讓學(xué)生通過與虛擬環(huán)境中設(shè)置的交互場景，體會現(xiàn)實生活中難以營造的真實環(huán)境，使以往晦澀、難以理解的知識點用活潑生動的形式加以表達，極大拓展了學(xué)生思維創(chuàng)造能力，從而進一步提高了受教育者學(xué)習(xí)的主動性。

2.3 對教學(xué)內(nèi)容與展現(xiàn)方式的影響

虛擬教學(xué)中教學(xué)內(nèi)容是決定性因素，而運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)將這些內(nèi)容深度加工使用通俗易懂的圖像語言的形式展示出來，使受教育者通過視覺圖像來讀懂其中抽象的理論，從而進行更深入的理解事物的本質(zhì)；教學(xué)中的展示形式不再拘泥于特定時空的的限制。有些專業(yè)著重培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的動手實際操作能力，如：光學(xué)、電子、生物、化學(xué)、機械專業(yè)，但是受制與傳統(tǒng)教學(xué)課程模式的實地操作、時間因素等影響，并不能使參與者完全體會整個流程的全部細(xì)節(jié)，虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以完成現(xiàn)實生活中無法完成的實驗或者模擬出真實環(huán)境危險系數(shù)較高的場景，如可以讓學(xué)習(xí)者置身于外太空的視角用很短的時間可以看到宇宙中行星形成的整個過程；也可以模擬出危險的化學(xué)實驗過程，一旦出現(xiàn)操作失誤也不會對操作者造成生理上的損害，提高實驗的安全系數(shù)，起到深入研究細(xì)節(jié)的目的，同時也能激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)趣味，極大的提高了實驗的教學(xué)水平。

3 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教學(xué)中依然存在若干問題

3.1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)水平硬件功能相對落后

縱觀全球各大VR技術(shù)廠商在不斷在更新自己的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，國產(chǎn)的VR廠商也在迎頭跟進，硬件與技術(shù)上不斷創(chuàng)新，但是我國VR設(shè)備受市場因素影響差距依然明顯，底層系統(tǒng)的技術(shù)薄弱、產(chǎn)品功能單一、內(nèi)容資源短缺、輸入信號設(shè)備核心技術(shù)不高、虛擬化軟件水平參差不齊等都制約著整個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。國外大公司在院校教育應(yīng)用較早，谷歌公司利用自身產(chǎn)品技術(shù)優(yōu)勢深度集成各類智能終端，幫助孩子提升課堂體驗，同時與公立學(xué)院合作，免費推廣虛擬現(xiàn)實教室，而我國進入教育教學(xué)領(lǐng)域的公司數(shù)量有限，各個廠商之間沒有明確的統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，雖然有個別高等院校已建立了虛擬現(xiàn)實技術(shù)實驗室，已經(jīng)開始著手虛擬現(xiàn)實的研究與技術(shù)開發(fā)，但是受制與硬件與技術(shù)上的瓶頸，如在顯示上達不到雙眼分辨率要求，像素塊化嚴(yán)重；使用者長時間的佩戴，造成眩暈與手腳的不適；功能結(jié)構(gòu)存在缺陷，用戶親臨體驗差；VR場景簡單，缺乏豐富的互動性。這些原因成為我國虛擬教學(xué)發(fā)展緩慢的重要因素。

3.2 不同使用群體感觸呈現(xiàn)差異化

根據(jù)哥德堡大學(xué)VR教育報告顯示，由本校不同專業(yè)20名學(xué)生和5名教育工作者組成的調(diào)查中，通過佩戴虛擬現(xiàn)實裝備進行學(xué)習(xí)，然后調(diào)查者統(tǒng)計數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)大多數(shù)的使用者認(rèn)為虛擬現(xiàn)實技術(shù)對與使用者本身的專業(yè)知識水平的提高有著非常大的促進作用，當(dāng)然有部分的調(diào)查者表示“沒有發(fā)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實應(yīng)用很有趣”。功能體驗不夠完善，不同年齡段的使用個體的認(rèn)知程度還沒有達到完全接受這種新的教學(xué)方式的程度，調(diào)查發(fā)現(xiàn)年輕的受教育者往往容易被新奇的虛擬場景所吸引，而年長的使用者則對于這種新的學(xué)習(xí)方式上有些顧忌，使用體驗相對大打折扣，所以在教育中我們還不能以虛擬現(xiàn)實技術(shù)取代現(xiàn)實中的傳統(tǒng)教育方式，虛擬現(xiàn)實教學(xué)應(yīng)該成為教學(xué)中的一種新的輔助方法，應(yīng)該使兩者得到完美的的結(jié)合。

3.3 教學(xué)“大數(shù)據(jù)”資源內(nèi)容匱乏

如今很多教育單位在平時教學(xué)音、視頻資源的收集上重視程度不夠。這種情況會隨著未來虛擬現(xiàn)實在教育中的逐步廣泛應(yīng)用而得以改善。一套完整的虛擬教學(xué)系統(tǒng)要有海量豐富的視頻、音頻、圖像等天量數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)作支撐，系統(tǒng)通過判斷使用者對虛擬場景內(nèi)的互動這些數(shù)據(jù)的識別、比對、分析、重構(gòu)后最終反饋出相應(yīng)的多維影像，這樣大量的數(shù)據(jù)就需要建立在所有的學(xué)科理論知識基礎(chǔ)之上，平時就注重受教育者課時知識的積累，對所學(xué)知識掌握情況的反饋，科學(xué)運用教學(xué)系統(tǒng)記錄受教育者的學(xué)習(xí)情況，以大數(shù)據(jù)模式將這些同構(gòu)和異構(gòu)數(shù)據(jù)重建為更加具象更加容易理解的可視化數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)的實用效益得到最大轉(zhuǎn)化。

3.4 網(wǎng)絡(luò)健康狀態(tài)影響VR教學(xué)效果

分布式的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)打破了傳統(tǒng)固定空間的限制，讓處在不同地理位置的使用者同時“進入”一個共同的虛擬空間內(nèi)，共同完成一項或者多項的協(xié)同任務(wù)，在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中會產(chǎn)生大量的交互數(shù)據(jù)，當(dāng)使用者出現(xiàn)同時上線，網(wǎng)絡(luò)帶寬就被這些數(shù)據(jù)同時擠占，服務(wù)器因頻繁訪問而出現(xiàn)無法響應(yīng)，這時可能會出現(xiàn)個別用戶無法正常登錄的現(xiàn)象，從而嚴(yán)重影響了使用者的參與感受。

4 虛擬現(xiàn)實在未來教學(xué)中的前景

不可否認(rèn)，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在在教育教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用還未能達到我們的預(yù)期，但是隨著科技的發(fā)展，硬件的更新?lián)Q代，計算機網(wǎng)絡(luò)不斷進步、軟件應(yīng)用的持續(xù)豐富，重要的是內(nèi)容制作者要轉(zhuǎn)變以往頭腦意識思維，需要不斷的開拓與嘗試，讓虛擬現(xiàn)實作為一種全新的媒體教學(xué)方式，使受教育的個體得到個性化教育，這樣一種新的教學(xué)方式必將為未來教學(xué)帶來不可估量的作用。

【參考文獻】

[1]朱斌，曹漫祥.VR技術(shù)及其在現(xiàn)代教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國教育信息化，2007（5）：62-64.

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[責(zé)任編輯：田吉捷]