虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在基礎(chǔ)教育中的應(yīng)用及對(duì)策分析

陳 璟

福建幼兒師范高等?？茖W(xué)校 人文科學(xué)系，福建 福州 350007

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念與特征

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality，VR）是20 世紀(jì)80 年代由美國(guó)人拉尼爾提出的，指的是一種由計(jì)算機(jī)生成的高技術(shù)模擬系統(tǒng)，集成了計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、人工智能技術(shù)、傳感技術(shù)等技術(shù)的最新發(fā)展成果[1]。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，不斷變革人們的生活，具有巨大的發(fā)展?jié)摿?。目前，最為常見的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是用頭盔頭戴顯示器和傳感器或手套等一系列新型交互虛擬實(shí)體物，與電子硬件設(shè)備組合構(gòu)造的一種完全虛擬化的計(jì)算機(jī)軟硬件交互工作環(huán)境，它具有以下三個(gè)基本特征[2]：

1.1 沉浸性

指的是是佩戴虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的用戶，在頭戴式顯示器創(chuàng)建的虛擬環(huán)境中作為主要角色出現(xiàn)的程度。一個(gè)理想的虛擬環(huán)境是讓用戶完全沉浸在虛擬世界中，就像在現(xiàn)實(shí)世界中生活一樣。因此，需要?jiǎng)?chuàng)建較為豐富的視覺角度及場(chǎng)景角度，并配合光影效果與聲畫效果。

1.2 交互性

指的是用戶可以從虛擬環(huán)境中獲得的感受以及與虛擬環(huán)境中的事物進(jìn)行互動(dòng)的程度。良好的交互性可以讓用戶像在現(xiàn)實(shí)世界一樣隨手抓取或觸摸虛擬環(huán)境中的虛擬事物，并能感知到虛擬事物的重量。隨著用戶雙手的持續(xù)觸摸與移動(dòng)，虛擬事物也會(huì)跟隨進(jìn)行移動(dòng)。因此，其需要較為復(fù)雜的觸覺感知計(jì)算，以及物體運(yùn)動(dòng)軌跡與路徑計(jì)算。

1.3 想象性

指的是用戶可以通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)真實(shí)環(huán)境進(jìn)行復(fù)制，也可以對(duì)想象出來的環(huán)境進(jìn)行構(gòu)建，然后在這樣的環(huán)境中進(jìn)行體驗(yàn)、探索與研究，不僅讓用戶充分發(fā)揮自己的主觀能動(dòng)性，也在一定程度上拓寬了人們的多維認(rèn)知能力。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在基礎(chǔ)教育階段應(yīng)用的現(xiàn)狀

2.1 基礎(chǔ)教育階段， 虛擬技術(shù)在語文與英語等文科學(xué)科的應(yīng)用情況

基礎(chǔ)教育階段的學(xué)生，處于兒童言語功能發(fā)展的最佳時(shí)期，如何讓學(xué)生在學(xué)習(xí)語文與英語等文科學(xué)科時(shí)，既能充分感受語言的意蘊(yùn)，又能積極表達(dá)自己的感受與體會(huì)，是教師們關(guān)注的重點(diǎn)。因此，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于基礎(chǔ)教育階段語文與英語等文科學(xué)科教學(xué)，主要有以下兩種情況：一是創(chuàng)建虛實(shí)結(jié)合的場(chǎng)景情境，讓學(xué)生佩戴虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備進(jìn)入到虛擬環(huán)境中，突破時(shí)空限制地感受歷史文化與祖國(guó)山川河湖，從而建立對(duì)自然風(fēng)貌與傳統(tǒng)文化的感性認(rèn)知；二是通過創(chuàng)建跨國(guó)度的真實(shí)場(chǎng)景，讓學(xué)生在感受環(huán)境的同時(shí)調(diào)動(dòng)起豐富的情感體驗(yàn)，能夠在虛擬環(huán)境中打破交流的障礙，從而自然地進(jìn)入到語言交流環(huán)境之中，不斷強(qiáng)化學(xué)生的語言交流與表達(dá)能力。

2.2 基礎(chǔ)教育階段， 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在數(shù)學(xué)與科學(xué)等理科學(xué)科的應(yīng)用情況

基礎(chǔ)教育階段的數(shù)學(xué)與科學(xué)等理科學(xué)科的教學(xué)內(nèi)容，難度不大，深度不深，但考慮到學(xué)生處于前運(yùn)算階段與具體運(yùn)算階段，對(duì)于抽象知識(shí)的習(xí)得尚有困難，特別是數(shù)學(xué)學(xué)科的幾何空間知識(shí)、科學(xué)學(xué)科中涉及物理與化學(xué)變化等方面的知識(shí)，都屬于“肉眼看不見”的內(nèi)容，學(xué)生沒有具體經(jīng)驗(yàn)的話，難以獲得概念的抽象。因此，我們?cè)诖祟悓W(xué)科的教學(xué)應(yīng)用中引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，主要是將生活中遇到的一些難以理解的理科知識(shí)，通過虛擬實(shí)驗(yàn)室的方式讓學(xué)生獲得。與一般的多媒體課件不同的是，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建的虛擬實(shí)驗(yàn)室互動(dòng)性與體驗(yàn)性更強(qiáng)，既可以讓學(xué)生跟隨虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備了解物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，也能讓學(xué)生在特定場(chǎng)景與實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行沒有實(shí)際危險(xiǎn)的操作[3]，便于學(xué)生能夠更好地獲得抽象概念與知識(shí)習(xí)得。

2.3 基礎(chǔ)教育階段， 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在體育與美術(shù)等術(shù)科學(xué)科的應(yīng)用情況

體育與美術(shù)等術(shù)科學(xué)科在基礎(chǔ)教育階段主要以培養(yǎng)學(xué)生基本素質(zhì)為主，如體育學(xué)科，主要是鍛煉學(xué)生的身體素質(zhì)，美術(shù)學(xué)科主要是培養(yǎng)學(xué)生美學(xué)素養(yǎng)。例如，體育競(jìng)技項(xiàng)目的訓(xùn)練以及美術(shù)折紙技藝的習(xí)得，都需要充分練習(xí)以進(jìn)行知識(shí)的鞏固。因此，在術(shù)科學(xué)科中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行教學(xué)，主要是充分利用虛擬環(huán)境的重復(fù)進(jìn)入性，讓學(xué)生可以多次訓(xùn)練和體驗(yàn)技能，不僅可以提升學(xué)習(xí)效率，同時(shí)也可以降低練習(xí)的經(jīng)濟(jì)成本與時(shí)間成本。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在基礎(chǔ)教育階段應(yīng)用存在的問題

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于基礎(chǔ)教育階段，其優(yōu)勢(shì)顯而易見。但考慮到基礎(chǔ)教育階段的學(xué)生對(duì)于技術(shù)的興趣與掌握程度參差不齊，教師應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的水平較為低下，因此在應(yīng)用過程中也存在著不少問題。

3.1 師生教學(xué)情感培養(yǎng)方面的缺失

區(qū)別于傳統(tǒng)的課堂教學(xué)，使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的課堂對(duì)現(xiàn)階段的基礎(chǔ)教育學(xué)生而言，學(xué)習(xí)的方式發(fā)生了較大的變化。學(xué)生將通過佩戴虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備沉浸于虛擬情境中，學(xué)習(xí)的主動(dòng)性增強(qiáng)了，同時(shí)也引發(fā)了學(xué)生在判斷力與創(chuàng)造力方面的發(fā)展。但這些并不是教師在課堂教學(xué)中引導(dǎo)的，而是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)讓學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)產(chǎn)生了巨大的興趣而帶來的良好效果。這種效果卻讓教師與學(xué)生在面對(duì)面的情感交流與互動(dòng)方面產(chǎn)生一定的缺失，不利于基礎(chǔ)教育階段的學(xué)生在情感價(jià)值觀方面的培養(yǎng)。

3.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)資源數(shù)量不足

目前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在基礎(chǔ)教育階段的應(yīng)用還處于初級(jí)階段。作為新興行業(yè)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育教學(xué)方面開發(fā)出的教學(xué)資源缺口龐大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足教育教學(xué)需求，更不用說能找到合適的直接應(yīng)用于基礎(chǔ)教育階段的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)資源，這也是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)無法很快在基礎(chǔ)教育階段獲得廣泛使用的原因之一。同時(shí)，社會(huì)對(duì)于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的資源開發(fā)人才需求量也較大，多數(shù)人才主要從事的是游戲資源的開發(fā)，極少數(shù)人才從事教育資源開發(fā)，這也是亟待解決的問題。

3.3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)使用成本較高

在基礎(chǔ)教育階段使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，首先需要為學(xué)生購買虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的佩戴式設(shè)備，這里包含了頭戴式設(shè)備與觸摸式設(shè)備，產(chǎn)生了一定的費(fèi)用。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)設(shè)備產(chǎn)品的差異性較大，價(jià)格低廉的產(chǎn)品功能不夠齊全，教學(xué)體驗(yàn)不夠友好，而能滿足需要的產(chǎn)品則價(jià)格昂貴，教學(xué)成本巨大。此外，基礎(chǔ)教育階段的學(xué)生正處于生理發(fā)育成長(zhǎng)的關(guān)鍵時(shí)期，長(zhǎng)時(shí)間佩戴虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)設(shè)備，會(huì)讓學(xué)生產(chǎn)生頭暈?zāi)垦５牟涣几惺埽@也是需要重點(diǎn)考慮的問題。

4 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在基礎(chǔ)教育階段應(yīng)用的對(duì)策

對(duì)于上述問題，主要可以從以下幾方面進(jìn)行強(qiáng)化，以規(guī)避或解決問題。

4.1 增強(qiáng)師生情感交流的課堂實(shí)施環(huán)節(jié)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在一定程度上能夠提高課堂教學(xué)的精彩程度，但不能取代教師在課程教學(xué)中的地位。同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生與教師的情感交流也是基礎(chǔ)教育階段學(xué)生成長(zhǎng)的關(guān)鍵因素之一。因此，在進(jìn)行課堂教學(xué)實(shí)施時(shí)，教師可以增強(qiáng)與學(xué)生進(jìn)行交流的互動(dòng)環(huán)節(jié)。例如，當(dāng)學(xué)生進(jìn)入虛擬情境時(shí)，教師可以通過各個(gè)學(xué)生的表情、動(dòng)作來判斷學(xué)生的學(xué)習(xí)掌握程度；當(dāng)學(xué)生走出虛擬情境后，教師可以鼓勵(lì)學(xué)生積極發(fā)表自己的看法和感受，既不使用標(biāo)準(zhǔn)答案限制學(xué)生的回答，也不對(duì)學(xué)生個(gè)性化的知識(shí)解讀進(jìn)行批判。要在有限的課堂教學(xué)時(shí)間里，設(shè)計(jì)有效的沉浸學(xué)習(xí)與交流互動(dòng)環(huán)節(jié)，以保證師生在課堂教學(xué)中的情感交流。

4.2 不斷提升教師虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)資源開發(fā)水平與應(yīng)用水平

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一種新興的信息技術(shù)手段，對(duì)教師確實(shí)提出了較高的要求，不僅需要提升自己的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用水平，在一定程度上還需要提升自己的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)資源開發(fā)水平。由于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在制作虛擬環(huán)境方面的復(fù)雜度，讓基礎(chǔ)教育階段的教師們?cè)谑褂脩B(tài)度上也較為保守。因此，需要相關(guān)研究機(jī)構(gòu)、企業(yè)或有關(guān)高校，加大對(duì)基礎(chǔ)教育的幫扶力度，建立師資培養(yǎng)培訓(xùn)幫扶與合作機(jī)制。這既可以在小學(xué)或幼兒園需要時(shí)為他們提供虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的資源開發(fā)合作，也可以在課余或科研時(shí)間為小學(xué)或幼兒園提供一系列的培訓(xùn)或講座。同時(shí)，在相關(guān)課程中提供一些設(shè)備，以提升基礎(chǔ)教育階段師資在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)資源開發(fā)與應(yīng)用的水平。

4.3 借助已有的虛擬現(xiàn)實(shí)軟件技術(shù)平臺(tái)

由于虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的價(jià)格太過高昂，小學(xué)或幼兒園為降低教學(xué)成本，也可改變?cè)O(shè)備的使用形式，即只進(jìn)行部分軟件設(shè)備的購置，或是借助一些已有的虛擬現(xiàn)實(shí)軟件技術(shù)平臺(tái)，構(gòu)造所能滿足需要的虛擬場(chǎng)景。教師只需通過移動(dòng)設(shè)備如手機(jī)、平板等，即可構(gòu)建虛擬場(chǎng)景，讓學(xué)生可以進(jìn)行仿真交互，從而滿足教學(xué)需要，同時(shí)也降低了教學(xué)成本。

5 結(jié)語

綜上所述，雖然現(xiàn)階段在應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)方面還存在著一些問題以及爭(zhēng)議，但隨著技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，不僅對(duì)教師的信息素養(yǎng)提出了更高的要求，對(duì)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)也提出了一定要求，這些問題最終都將得以解決，基礎(chǔ)教育的生動(dòng)性與精彩程度也將出現(xiàn)新的變化。