虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域的發(fā)展思考

鐘潔 陳哲 常培俊

【摘 要】文章圍繞“保障教育公平和提升教育質(zhì)量，進(jìn)一步深化教育綜合改革，優(yōu)化調(diào)整教育結(jié)構(gòu)”這一教育改革目標(biāo)的要求，分析在教育領(lǐng)域應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。通過剖析VR教育的現(xiàn)狀和應(yīng)用前景，重點(diǎn)闡明在我國(guó)推行VR教育的必要性，以及在我國(guó)實(shí)施VR教育的具體建議和執(zhí)行方案。同時(shí)，結(jié)合當(dāng)前VR教育研究進(jìn)展，為未來(lái)VR教育描繪了“三步走”的發(fā)展方向，竭力為我國(guó)實(shí)現(xiàn)“促進(jìn)教育公平”和“提升教育質(zhì)量”這一愿景助力。

【關(guān)鍵詞】虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；教育；教育公平

【中圖分類號(hào)】G434 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2017）12-0101-03

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的興起對(duì)教育發(fā)展的促進(jìn)

數(shù)字時(shí)代最大的呈現(xiàn)是人類在現(xiàn)實(shí)性的生存和思維方式的基礎(chǔ)上，進(jìn)入了用數(shù)字方式去構(gòu)建事物的虛擬性的生存和思維方式。虛擬的呈現(xiàn)相對(duì)于使用者是一種感性的現(xiàn)實(shí)，但它卻是用數(shù)字化的一種表達(dá)方式，它是現(xiàn)實(shí)事物的數(shù)字虛擬的有現(xiàn)實(shí)特點(diǎn)的真實(shí)數(shù)字空間。它是人類科技發(fā)展的產(chǎn)物，一定程度上可滿足人們?cè)诓荒苡H臨現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)的情況下，真實(shí)地感受現(xiàn)實(shí)的事物存在。虛擬現(xiàn)實(shí)（簡(jiǎn)稱VR）技術(shù)的發(fā)展，給人類提供了自然和數(shù)字2個(gè)平臺(tái)，也就是現(xiàn)實(shí)世界和虛擬世界的生活和工作學(xué)習(xí)體驗(yàn)。它使人的存在方式發(fā)生了革命性的變革。

VR技術(shù)是數(shù)字時(shí)代虛擬技術(shù)的一種呈現(xiàn)，它是仿真技術(shù)與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)接口技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多種技術(shù)的集合。VR技術(shù)創(chuàng)造出模擬環(huán)境的真實(shí)感，利用設(shè)備呈現(xiàn)的視覺、聽覺、觸覺的感知，具有模擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作性和虛擬環(huán)境中物體依據(jù)現(xiàn)實(shí)世界物理運(yùn)動(dòng)定律動(dòng)作的特征及人體頭部轉(zhuǎn)動(dòng)、眼睛、手勢(shì)等人體行為動(dòng)作的自然技能。這種能體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，使人們能在計(jì)算機(jī)創(chuàng)建的模擬環(huán)境中，利用多源信息融合的交互式的三維動(dòng)態(tài)視景和實(shí)體行為的系統(tǒng)仿真，使用戶沉浸在提供的環(huán)境中感受真實(shí)的體驗(yàn)。

VR技術(shù)的興起正在逐步改變我們的生活方式，也將帶來(lái)一些新的突破。這幾年，它迅速地進(jìn)入了各個(gè)領(lǐng)域，VR技術(shù)應(yīng)用在工業(yè)仿真使得企業(yè)開發(fā)和模擬生產(chǎn)過程，降低了企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。VR技術(shù)在文化娛樂業(yè)中的使用，如文物古跡、游戲開發(fā)和虛擬展廳等，將文物的展現(xiàn)和一些文化遺產(chǎn)的宣揚(yáng)保護(hù)提高到一個(gè)新的階段。它可以通過網(wǎng)絡(luò)在打的范圍內(nèi)利用虛擬技術(shù)更加全面、生動(dòng)、逼真地展示它們，從而使它們能脫離地域限制，實(shí)現(xiàn)資源共享，真正成為人類共同擁有的文化遺產(chǎn)。VR技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用，使學(xué)生可以很容易地了解人體內(nèi)部器官的結(jié)構(gòu)，甚至可以對(duì)虛擬的人體模型進(jìn)行手術(shù)。VR技術(shù)在各行各業(yè)危險(xiǎn)領(lǐng)域的開發(fā)應(yīng)急推演，將人為制造的各種危機(jī)情況環(huán)境提供給人們進(jìn)行組織適應(yīng)性培訓(xùn)，既大大降低成本，也把原來(lái)不可能進(jìn)入的環(huán)境可以虛擬提供。目前，軍事、建筑等各行各業(yè)都在大量地開發(fā)運(yùn)用VR技術(shù)。但是，VR技術(shù)在各領(lǐng)域的使用，基本上是為了體驗(yàn)和教育培訓(xùn)。

VR技術(shù)在教育中的使用，突破傳統(tǒng)的書本和教師授課的模式，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以把很多抽象的講解敘述變成具體圖像的呈現(xiàn)。例如，表現(xiàn)一些空間立體化的知識(shí)、電磁場(chǎng)和分子結(jié)合的過程、機(jī)械運(yùn)動(dòng)三維展現(xiàn)等，使學(xué)生更加容易掌握。高校建立虛擬現(xiàn)實(shí)與系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)基地、學(xué)生實(shí)習(xí)的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、模擬飛行器、打破時(shí)間和空間的限制，大到宇宙天體小到原子粒子等?？梢哉f(shuō)，VR技術(shù)的興起勢(shì)必將對(duì)教育的戰(zhàn)略發(fā)展起到非常有意義的促進(jìn)作用，它應(yīng)用于教育是教育技術(shù)發(fā)展的一個(gè)飛躍。

2 VR技術(shù)在教育領(lǐng)域的發(fā)展是國(guó)家戰(zhàn)略的需要

我國(guó)的教育沿襲著古代“傳道授業(yè)解惑”的本質(zhì)，經(jīng)歷了從儒家文化為主導(dǎo)的思想教育模式到西方近代教育的教育體系構(gòu)建。中華人民共和國(guó)成立以來(lái)，教育改革重心逐步從“教育普及”轉(zhuǎn)向“教育公平”和“提升教育質(zhì)量”上來(lái)，各省、各市的教育機(jī)構(gòu)從主管部門到基層機(jī)構(gòu)都在對(duì)教學(xué)內(nèi)容、課堂形式、受教育人群、選拔形式和技術(shù)應(yīng)用這五大方向進(jìn)行改革，積極探索實(shí)現(xiàn)“教育公平”和“提升教育質(zhì)量”的理論與實(shí)踐方案。教育作為我國(guó)的最高戰(zhàn)略和重要民生事業(yè)之一，其影響廣泛性和高度復(fù)雜性導(dǎo)致改革進(jìn)展緩慢且系統(tǒng)性不強(qiáng)。而VR技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用對(duì)教育事業(yè)產(chǎn)生的影響是傳統(tǒng)教育手段無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，特別是對(duì)教育公平的促進(jìn)和教育質(zhì)量的提升都將起到巨大的推動(dòng)作用。

2016年，全國(guó)人民代表大會(huì)和中國(guó)人民政治協(xié)商會(huì)議（即“兩會(huì)”）提出教育改革的重點(diǎn)目標(biāo)在于“圍繞保障教育公平和提升教育質(zhì)量，進(jìn)一步深化教育綜合改革，優(yōu)化調(diào)整教育結(jié)構(gòu)”。而技術(shù)革命一直是推動(dòng)教育發(fā)展和革新的重要因素。教育改革目的是為了促進(jìn)全國(guó)各地區(qū)之間的教育公平，提高教育質(zhì)量和教學(xué)管理水平，這也是VR教育力所能及之處。為了盡可能地提供相對(duì)平等受教育的機(jī)會(huì)和條件，則需提供相對(duì)平等的教育資源。VR技術(shù)作為21世紀(jì)最先進(jìn)的技術(shù)手段之一，在國(guó)內(nèi)外教育領(lǐng)域都得到了教育專家和教育從業(yè)者的極高關(guān)注及實(shí)際課堂的落地應(yīng)用，從技術(shù)初期已經(jīng)呈現(xiàn)的教育發(fā)展的促進(jìn)狀態(tài)看，將在教育質(zhì)量的提升和教育公平的促進(jìn)中扮演重要的角色。

2016年4月14日，工信部全文發(fā)布《虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書5.0》，呼吁盡快啟動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí)標(biāo)準(zhǔn)化工作研究，建立標(biāo)準(zhǔn)體系，規(guī)范行業(yè)發(fā)展。《白皮書》用14 000多字講述了當(dāng)前中國(guó)虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r，并提出了相關(guān)政策，從國(guó)家層面上充分肯定了虛擬現(xiàn)實(shí)行業(yè)。VR技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于給人予360°全方位沉浸視感，使人產(chǎn)生身臨其境的體驗(yàn)。在教育領(lǐng)域，利用VR技術(shù)可以構(gòu)建出與課程內(nèi)容相吻合的虛擬場(chǎng)景，并在場(chǎng)景中融入與課程內(nèi)容匹配的VR素材。因此，學(xué)生不僅通過視覺、觸覺直觀學(xué)習(xí)知識(shí)，更能在頭腦中構(gòu)建起與知識(shí)相關(guān)聯(lián)的場(chǎng)景模型；同時(shí)，學(xué)生作為模擬場(chǎng)景中的一個(gè)角色，可以被賦予一定的任務(wù)，并在任務(wù)的驅(qū)動(dòng)下完成知識(shí)的學(xué)習(xí)與理解消化。

目前，VR教育處于剛起步的階段，但在美國(guó)已出現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)的趨勢(shì)。美國(guó)的谷歌推出虛擬現(xiàn)實(shí)教育計(jì)劃Expeditions，該項(xiàng)目?jī)H需一臺(tái)智能手機(jī)、一個(gè)廉價(jià)的Cardboard和Expeditions應(yīng)用就可以實(shí)現(xiàn)沉浸式教育。例如，在美國(guó)費(fèi)城郊外Methacton學(xué)區(qū)的一所高中，海洋課老師帶領(lǐng)同學(xué)們游覽了大堡礁，西班牙語(yǔ)老師則和大家一起去到了西班牙和墨西哥的城市中，它其實(shí)表達(dá)了VR技術(shù)在線教育發(fā)展起到遠(yuǎn)程教育服務(wù)的作用。也就是說(shuō)，VR技術(shù)教育的作用既解決生動(dòng)形象使用的問題，一定程度上對(duì)于缺乏高質(zhì)量教育的地區(qū)可以運(yùn)用VR教育產(chǎn)品接收到好的教育。VR技術(shù)可以通過創(chuàng)建學(xué)習(xí)情景，對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容虛擬出形象性和趣味性的情景，更可以模擬并實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然，對(duì)于缺乏教育優(yōu)質(zhì)資源的邊緣地區(qū)，VR技術(shù)可以帶來(lái)原來(lái)只有傳統(tǒng)講解的視頻課程，解決他們?nèi)鄙賹?shí)驗(yàn)器材的問題，而且通過具有真實(shí)、互動(dòng)、情節(jié)化的虛擬技術(shù)獨(dú)特的魅力，解決邊遠(yuǎn)地區(qū)以前無(wú)法解決的教育問題。學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)提供的虛擬校園、虛擬教室、虛擬實(shí)驗(yàn)等，感受遠(yuǎn)端帶來(lái)的學(xué)習(xí)支持、交流學(xué)習(xí)和寓教于樂的優(yōu)良的學(xué)習(xí)環(huán)境。

VR教育的發(fā)展在國(guó)內(nèi)越來(lái)越引起關(guān)注，中國(guó)的虛擬現(xiàn)實(shí)教育市場(chǎng)前景廣闊。很多學(xué)校已經(jīng)開始嘗試VR教學(xué)的多種合作，北京教委已在進(jìn)行將VR融入課堂的可行性研究，有多所學(xué)校開過VR公開課；成都和內(nèi)蒙古等地的高校也都開設(shè)過一些簡(jiǎn)單的VR公開課。2016年5月國(guó)家發(fā)改委印發(fā)了《國(guó)家重點(diǎn)專項(xiàng)規(guī)劃之一——“十三五”國(guó)家科技創(chuàng)新規(guī)劃》明確提出，“支持各級(jí)各類學(xué)校建設(shè)智慧校園，綜合利用互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)探索未來(lái)教育教學(xué)新模式”。

3 VR技術(shù)在教育領(lǐng)域特別是教育欠發(fā)達(dá)地區(qū)的推進(jìn)

人們把2016年成為虛擬現(xiàn)實(shí)元年，“VR+教育”成為一個(gè)熱詞，“VR+教育”被譽(yù)為教育技術(shù)發(fā)展的一個(gè)飛躍。對(duì)于教育欠發(fā)達(dá)地區(qū)，大家在這項(xiàng)新技術(shù)的面前都在同一起跑線，利用好這一技術(shù)，從教育界整體層面構(gòu)建好發(fā)展規(guī)劃，設(shè)計(jì)好政策支持，以我為主整體開展從小學(xué)、中學(xué)到大學(xué)的VR技術(shù)提供支持的教學(xué)資源建設(shè)，利用網(wǎng)絡(luò)提供給所有學(xué)生的教學(xué)服務(wù)，對(duì)提高教育質(zhì)量將會(huì)有很大的示范作用。

以廣西為例，廣西在教師、課程資源和資金上都較祖國(guó)東部地區(qū)有所欠缺，而VR的應(yīng)用能在這3個(gè)方面起到彌補(bǔ)不足的作用。首先，在VR教育系統(tǒng)之內(nèi)，知識(shí)點(diǎn)被碾碎式地分析講解，帶領(lǐng)學(xué)子進(jìn)入一個(gè)主動(dòng)學(xué)習(xí)的過程。因此，學(xué)校即使缺乏優(yōu)秀教師，學(xué)生也能享受到最優(yōu)質(zhì)的教學(xué)過程。其次，VR教育系統(tǒng)可以源源不斷地提供課程資源，場(chǎng)景化的課程讓學(xué)生享受到和發(fā)達(dá)地區(qū)學(xué)子一樣走遍世界的機(jī)會(huì)，對(duì)幫助其理解世界、產(chǎn)生見識(shí)有著極大的引導(dǎo)作用。最后，在一次性購(gòu)買VR設(shè)備之后，可以較低的價(jià)格不斷更新課程資源，從而實(shí)現(xiàn)教育的可持續(xù)發(fā)展。當(dāng)然，對(duì)于這一剛剛起步的技術(shù)支持的東西，人們?cè)谡J(rèn)識(shí)上還存在著一些問題，沒有引起教育行業(yè)的共鳴，硬件設(shè)備在不能很好地提供沉浸式體驗(yàn)和安裝調(diào)試過程復(fù)雜的狀況下，讓大家接受有個(gè)過程。此外，它沒有涉及教育的核心問題，沒有系統(tǒng)化的思路等。如果欠發(fā)達(dá)地區(qū)在教育領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)彎道超車，就需要研究虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)如何在更好地與教育本身的發(fā)展規(guī)律相結(jié)合的基礎(chǔ)上，制定好支持的政策和制度，設(shè)計(jì)一套支持規(guī)劃，它應(yīng)該會(huì)對(duì)提高教育質(zhì)量和解決教育發(fā)展不平衡的問題起到應(yīng)有的作用?；诖耍疚奶岢鲆恍?shí)施VR教育的設(shè)想。

3.1 構(gòu)建VR教育系統(tǒng)

理想的VR教育系統(tǒng)可以參考美國(guó)教育心理學(xué)者吉爾福德（J.P.Guilford）提出的智力三維結(jié)構(gòu)模型理論，即從知識(shí)（Knowledge）、能力（Ability）和思維方法（Think Method）3個(gè)方面對(duì)學(xué)習(xí)者提供良好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，簡(jiǎn)稱KAT教學(xué)體系。其中，知識(shí)是指在學(xué)習(xí)過程中需記憶、識(shí)別和理解的教學(xué)內(nèi)容。能力是指人在運(yùn)用知識(shí)解決問題中需要具備的基本能力。思維方法是指人在兼具知識(shí)和能力，研究具體的科學(xué)方法或解決問題的思維過程。

VR教育系統(tǒng)針對(duì)課堂教學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)制定授課流程，對(duì)課堂教學(xué)的環(huán)節(jié)進(jìn)行科學(xué)管理，最大限度地提升學(xué)生在課堂教學(xué)環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)效果。通過參考比較東西方教育中課堂的基本特點(diǎn)和環(huán)節(jié)，KAT可根據(jù)面向?qū)W生的種類和真實(shí)學(xué)情做個(gè)性化組合。同時(shí)，為解決教師對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果評(píng)估的難題，KAT課堂教學(xué)流程中結(jié)合VR特點(diǎn)定制研發(fā)課堂評(píng)測(cè)環(huán)節(jié)，最大限度地解決教師授課后對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果評(píng)估的問題。

3.2 VR課堂具體執(zhí)行方案建議

3.2.1 建立大數(shù)據(jù)中心和VR課程庫(kù)中心

以VR教育為契機(jī)，在教育廳建立教學(xué)大數(shù)據(jù)中心，與教育部信息中心對(duì)接。基于VR的教學(xué)大數(shù)據(jù)中心將從教學(xué)全過程建立學(xué)生終身學(xué)習(xí)檔案，從微觀層面而言，檢測(cè)分析學(xué)生從初學(xué)、練習(xí)到測(cè)試反饋的全面記錄數(shù)據(jù)；從宏觀角度而言，可以采用不同權(quán)限對(duì)不同城市、區(qū)域、學(xué)校、教學(xué)階段的學(xué)生情況進(jìn)行橫向及縱向數(shù)據(jù)獲取、分析和評(píng)估，真正形成教育的閉環(huán)反饋，為不同地區(qū)制定針對(duì)性的教育計(jì)劃提供夯實(shí)有效的數(shù)據(jù)支撐。

3.2.2 先試點(diǎn)后推行

VR作為教育的最新科技手段，優(yōu)勢(shì)毋庸置疑。但就實(shí)際情況而言，普通學(xué)校對(duì)在教學(xué)中應(yīng)用新技術(shù)還需有—個(gè)適應(yīng)過程。因此，建議各教育部門分階段開始進(jìn)行試點(diǎn)工作：第一階段，選擇在本地區(qū)范圍內(nèi)師生資源優(yōu)質(zhì)且對(duì)新技術(shù)接受程度較高的中學(xué)進(jìn)行試點(diǎn)工作；第二階段，選擇3～5所等量的中小學(xué)進(jìn)行嘗試探索；第三階段，選擇一個(gè)邊遠(yuǎn)地區(qū)作為VR教育試點(diǎn)；第四階段，總結(jié)前3個(gè)階段的試驗(yàn)結(jié)果，再驗(yàn)證其他城市推行應(yīng)用的可行性。

3.3 VR教育發(fā)展前景

VR將對(duì)教育領(lǐng)域產(chǎn)生深刻的變革，推動(dòng)促進(jìn)教育公平，提升教學(xué)效果和管理水平。但這一切更需要更加系統(tǒng)的頂層設(shè)計(jì)和開明的政策支持及強(qiáng)有力的資金保障。通過VR的科技手段推動(dòng)教育改革，擯棄傳統(tǒng)填鴨式的粗放教學(xué)和管理模式；培養(yǎng)以知識(shí)、能力和思維三維體系的高素質(zhì)人才為目標(biāo)，推動(dòng)終身學(xué)習(xí)制度，從而在世界范圍內(nèi)起到積極的示范作用。

我們?cè)趯?duì)VR教育各項(xiàng)技術(shù)的深入研究過程中，逐步將VR教育分為3個(gè)發(fā)展階段。第一個(gè)階段是人與知識(shí)的交互，即人在VR中對(duì)每個(gè)片段知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行學(xué)習(xí)。包含3個(gè)層次：一是簡(jiǎn)單VR視頻演示，二是低交互，三是高交互。第二個(gè)階段是人與場(chǎng)景的交互，即在一個(gè)全沉浸場(chǎng)景里包含一個(gè)有場(chǎng)景邏輯的完整知識(shí)體系，使師生可以真正實(shí)現(xiàn)知識(shí)的3D可視化和不同學(xué)科之間的串聯(lián)、流動(dòng)、遷移和相互應(yīng)用。這不僅是一種教學(xué)方法的改變，更是一種思維方式的革新。第三個(gè)階段，我們認(rèn)為VR教育會(huì)成為一個(gè)深度交互的遠(yuǎn)程多人協(xié)作平臺(tái)，也是在線教育的未來(lái)。到這個(gè)階段，VR教育對(duì)文字、圖片、PPT和視頻等多種教學(xué)手段進(jìn)行有效整合，對(duì)單獨(dú)學(xué)習(xí)和分組學(xué)習(xí)等多種教學(xué)方式進(jìn)行全面融合，實(shí)現(xiàn)人與人、人與知識(shí)和人與場(chǎng)景所有要素之間的深度互動(dòng)，從而真正實(shí)現(xiàn)跨越時(shí)空的線上教育這一宏偉目標(biāo)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]陳志良.虛擬：人類中介系統(tǒng)的革命[J].中國(guó)人民大學(xué)學(xué)報(bào)，2000（4）.

[2]陳丁鴻，當(dāng)教育遇上虛擬現(xiàn)實(shí)[EB/OL].http：//blog.sina.com.cn/s/blog_63ccff2e0102vfmm.html，2015-03-16.

[3]張雨忻.一篇文章讀懂中國(guó)VR產(chǎn)業(yè)全景圖[EB/OL].http：//socialbeta.com/t/report-geekpark-insight-china-vr-industry-2016，2016-03-29.

[責(zé)任編輯：鐘聲賢]