VR/AR技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用探索

邱雅慧，叢文彥

（大連東軟信息學(xué)院，大連 116023）

自從電腦普及以來，電子信息技術(shù)發(fā)展迅速。時(shí)至今日，人們已經(jīng)可以使用電腦軟件等來模擬生活中的真實(shí)場景，這就是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，被稱為未來最有前途的信息技術(shù)。隨著教育形式的多樣化以及前沿信息技術(shù)在教育領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，VR/AR學(xué)習(xí)環(huán)境推動(dòng)越來越多的教育者通過教育教學(xué)改革回歸教育本質(zhì)，這對培育創(chuàng)新型人才和教育普及產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

1 VR/AR技術(shù)的特點(diǎn)

VR/AR技術(shù)傳遞的信息不僅是圖形、聲音，視頻、動(dòng)畫，而是一系列實(shí)時(shí)生成的擬真聲像信息、觸覺和運(yùn)動(dòng)感知等，未來還會(huì)有可能有嗅覺和味覺等感知系統(tǒng)參與。VR最大的特點(diǎn)是其“沉浸性”，這與教育中的“情景構(gòu)建”理論相符合，因此將VR應(yīng)用到教育領(lǐng)域也成為一個(gè)目前較為熱門的研究方向。人們可以構(gòu)建一個(gè)虛擬教室或者實(shí)驗(yàn)室，可以參與教學(xué)情境，觀察實(shí)驗(yàn)演化過程。尤其是大型公共場所的安全教育培訓(xùn)，例如火災(zāi)、地震等，成本比真實(shí)的火災(zāi)實(shí)驗(yàn)大為降低。現(xiàn)在，VR技術(shù)憑借其較高的仿真性和不受時(shí)空限制的特性，以及為學(xué)習(xí)者提供各種各樣的虛擬場景供學(xué)習(xí)者細(xì)致觀察，還可以多次反復(fù)學(xué)習(xí)。

2 VR/AR在教育培訓(xùn)中的應(yīng)用領(lǐng)域

2.1 兒童教育

最早在兒童教育領(lǐng)域使用AR技術(shù)是Billinghurst的神奇魔法書。根據(jù)書中的內(nèi)容創(chuàng)建3D場景動(dòng)畫，并使用特殊的眼鏡讓孩子們看到虛擬的場景。該研究發(fā)現(xiàn)，兒童普遍對AR圖書非常感興趣。以寓言故事為載體，Dunse和Hornacor通過閱讀完成了故事的挑戰(zhàn)性設(shè)置任務(wù)，觀察并分析了孩子們的學(xué)習(xí)行為，根據(jù)數(shù)據(jù)反饋，為小學(xué)生設(shè)計(jì)了一套AR圖書，旨在分析小學(xué)生如何將現(xiàn)實(shí)世界的知識(shí)和體系與AR虛擬環(huán)境聯(lián)系起來。研究結(jié)論，AR虛擬交互與現(xiàn)實(shí)世界之間的交互基本是一致的，而AR的奇妙展示效果卻大大提升了孩子們的閱讀興趣。

眾所周知，教育的孩子的最好方法是游戲模式。虛擬現(xiàn)實(shí)讓教師可以從不同角度與孩子們互動(dòng)。通過改進(jìn)游戲的方式也可以達(dá)到教學(xué)的目的。不僅如此，互動(dòng)和游戲教學(xué)模式還可以幫助學(xué)生記住他們在虛擬游戲中體驗(yàn)到的東西，幫助青少年更好地記住事物，提高學(xué)習(xí)能力。

2.2 遠(yuǎn)程教育培訓(xùn)

虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)模式可以真正幫助想學(xué)習(xí)的每個(gè)人，無論他們身在何處。有很多人可能沒有機(jī)會(huì)在實(shí)體學(xué)校上課，但是，他可以在線注冊VR課程，進(jìn)行遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)。斯坦福商學(xué)院就有這樣的例子，它提供了一個(gè)可以完全通過VR學(xué)習(xí)的證書課程。因此，通過在線觀看視頻課程，已經(jīng)打破了許多的教育障礙，是一個(gè)非常有前途的領(lǐng)域。

2.3 VR訓(xùn)練場和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

VR培訓(xùn)基地和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以在虛擬世界中建立實(shí)驗(yàn)室，供學(xué)習(xí)者進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和操作。由于學(xué)校的條件有限，以及一些危險(xiǎn)系數(shù)較高的實(shí)驗(yàn)，比如：核反應(yīng)實(shí)驗(yàn)、涉及到放射性物質(zhì)或有毒物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)，在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)中容易危及生命，學(xué)生只需要進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)室即可以沉浸式方式操作虛擬儀器操作實(shí)驗(yàn)。這樣，設(shè)計(jì)人員可以提供簡化的操作流程，指導(dǎo)學(xué)習(xí)者如何控制和處理實(shí)驗(yàn)對象。即使學(xué)習(xí)者因錯(cuò)誤操作而未完成實(shí)驗(yàn)，也不會(huì)造成實(shí)際的財(cái)產(chǎn)損失甚至危及生命，是一種相對安全的訓(xùn)練方法，又能節(jié)省成本，還能反復(fù)操作練習(xí)。

2.4 普通課堂教學(xué)

現(xiàn)在，許多教師將AR技術(shù)應(yīng)用于理論教學(xué)中，以提高學(xué)生對枯燥理論的可視化教學(xué)。Kravala等學(xué)者通過AR的虛擬與現(xiàn)實(shí)相結(jié)合的形式，讓學(xué)生通過轉(zhuǎn)動(dòng)地球更形象化的學(xué)習(xí)了太陽與地球的關(guān)系，明白了白天的黑夜的產(chǎn)生原因。當(dāng)學(xué)生學(xué)習(xí)磁場時(shí)，也可以通過AR教學(xué)用手勢實(shí)時(shí)與設(shè)備進(jìn)行交互，以了解磁場的分布和變化。當(dāng)然，很多的化學(xué)和物理知識(shí)也可以通過AR的形式進(jìn)行教學(xué)，讓學(xué)生身臨其境的來學(xué)習(xí)這些枯燥的理論知識(shí)，可以更好地幫助學(xué)生記住晦澀難懂的理論知識(shí)。在傳統(tǒng)課堂中，只有通過教師的簡單指導(dǎo)，學(xué)生對知識(shí)和記憶持久性的理解會(huì)很低。然而，基于AR教學(xué)模式可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，在視覺上看到并與模擬模型交互后，學(xué)生們對他們學(xué)到的東西印象更深刻，學(xué)習(xí)效果就會(huì)更好。

由于VR/AR在教育中的應(yīng)用仍處于早期階段，發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn)并存。我們要深入研究怎樣利用VR/AR沉浸式的學(xué)習(xí)環(huán)境更好地支持教師的教學(xué)工作。對于教育行業(yè)來說，最重要的是教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)，學(xué)生能收獲到真是知識(shí)和技能。只提供質(zhì)量更好的教育方法，深耕教學(xué)內(nèi)容，最大限度地提高學(xué)生的知識(shí)技能和學(xué)習(xí)能力。努力提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，為教育教學(xué)模式的改革和創(chuàng)新提供經(jīng)驗(yàn)和案例。