5虛擬現(xiàn)實(shí)：教育技術(shù)發(fā)展的新篇章

沈陽 逯行 曾海軍

[摘? ?要] 趙沁平院士從虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)內(nèi)涵、虛擬現(xiàn)實(shí)與人工智能技術(shù)的結(jié)合、虛擬現(xiàn)實(shí)在教育培訓(xùn)中的應(yīng)用、技術(shù)實(shí)現(xiàn)路徑、未來發(fā)展趨勢(shì)幾個(gè)方面提出了諸多有價(jià)值的建議。他提出，隨著技術(shù)的發(fā)展，VR的3I特征已經(jīng)演化為4I特征;與人工智能結(jié)合可能成為終極性的教育技術(shù);VR技術(shù)構(gòu)建的智慧學(xué)習(xí)環(huán)境，應(yīng)建立在教學(xué)參與者較好的信息化素養(yǎng)基礎(chǔ)上，具備體驗(yàn)性、交互性、可信性與可評(píng)價(jià)性等特征;深度結(jié)合教與學(xué)的過程要素，給出了VR+教育應(yīng)用及研究的10個(gè)突破點(diǎn)。同時(shí)，呼吁研究者深入探討VR教育活動(dòng)中何以敬畏和堅(jiān)持的倫理問題，從倫理層面對(duì)教育管理者、產(chǎn)業(yè)界和政策制定者等相關(guān)角色進(jìn)行倫理規(guī)范。

[關(guān)鍵詞] 虛擬現(xiàn)實(shí); 教育技術(shù); 虛擬仿真實(shí)驗(yàn); 智慧教育

[中圖分類號(hào)] G434? ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A

一、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的意蘊(yùn)溯源及其發(fā)展現(xiàn)狀

訪談?wù)撸黑w院士您好！很榮幸采訪您。作為中國(guó)VR技術(shù)領(lǐng)域的第一位院士，請(qǐng)您先簡(jiǎn)要介紹一下VR技術(shù)及其特點(diǎn)。

趙沁平：我先簡(jiǎn)單談?wù)刅R的產(chǎn)生和發(fā)展的必然性。從人類探索自然界開始，模擬仿制真實(shí)世界中的對(duì)象，為人類生產(chǎn)生活所用，始終是人類實(shí)現(xiàn)進(jìn)步的一個(gè)重要方式。比如，“草船借箭”“紙船明燭照天燒”，其中都講述了古代人類用智慧進(jìn)行簡(jiǎn)單的實(shí)物仿真。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，將人類的這一追求不斷推向新的階段和高度，如機(jī)電類仿真（早期的車輛駕駛仿真）、計(jì)算機(jī)數(shù)字仿真（早期的飛行模擬器）等。隨著高性能計(jì)算、圖形圖像處理、人機(jī)交互等計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，人類模擬現(xiàn)實(shí)世界所達(dá)到的新高度就是“虛擬現(xiàn)實(shí)”。

關(guān)于VR概念的含義，具有代表性的是Wikipedia、Bryson、NASA等給出的定義。早年，我對(duì)VR是什么也給出過一種較為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)谋硎觯禾摂M現(xiàn)實(shí)是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心， 結(jié)合相關(guān)科學(xué)技術(shù)，生成與一定范圍真實(shí)/假想環(huán)境在視、聽、觸感等方面高度近似的數(shù)字化環(huán)境，用戶借助必要的裝備與數(shù)字化環(huán)境中的對(duì)象進(jìn)行交互作用、相互影響，可以產(chǎn)生親臨對(duì)應(yīng)真實(shí)環(huán)境的感受和體驗(yàn)[1]。VR具有4I特征，即沉浸感（Immersion）、交互性（Interaction）、構(gòu)想性（Imagination）和智能化（Intelligence）。早期的VR主要具有前三種特征，智能特征是隨著VR技術(shù)和人工智能技術(shù)的發(fā)展相互結(jié)合形成的。此外，常與VR同時(shí)出現(xiàn)的還有增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，AR）。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)是將計(jì)算機(jī)生成的數(shù)字化對(duì)象或環(huán)境疊加在用戶感知到的現(xiàn)實(shí)對(duì)象或環(huán)境之上，向用戶呈現(xiàn)出一種虛實(shí)混合的新環(huán)境;此外還有增強(qiáng)虛擬（Augmented Virtuality，AV）和混合現(xiàn)實(shí)（Mixed Reality， MR）等。廣義的VR包括以上三者，通常人們使用VR的狹義概念，以便于和AR、MR等其他幾類技術(shù)、設(shè)備及其不同的應(yīng)用相區(qū)分。

VR的目標(biāo)和技術(shù)特點(diǎn)，使其對(duì)現(xiàn)有技術(shù)形成一定的顛覆性：它致力于突破二維顯示，實(shí)現(xiàn)各種機(jī)制的三維顯示;突破鍵盤鼠標(biāo)的傳統(tǒng)輸入方式，實(shí)現(xiàn)手、眼、行協(xié)調(diào)的人景自然交互;突破固定屏幕顯示，實(shí)現(xiàn)眼鏡式自由觀看;突破時(shí)空局限，使體驗(yàn)者沉浸在歷史或未來、宇觀或微觀的逼真虛擬環(huán)境中。VR技術(shù)的顛覆性會(huì)對(duì)人類社會(huì)和生產(chǎn)力產(chǎn)生重大影響，許多專家認(rèn)為VR是繼個(gè)人電腦、智能手機(jī)之后的新一代計(jì)算平臺(tái)，是包括教育在內(nèi)的各行業(yè)發(fā)展的新的信息支撐平臺(tái)，是互聯(lián)網(wǎng)未來的新入口和新的社交環(huán)境，也是一種新的媒體[2]。

訪談?wù)撸耗鷱?0世紀(jì)90年代初開始研究虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)至今，虛擬現(xiàn)實(shí)有了很大發(fā)展，特別是2016年VR產(chǎn)業(yè)熱，被媒體稱作“虛擬現(xiàn)實(shí)元年”。請(qǐng)您談?wù)勌摂M現(xiàn)實(shí)的主要應(yīng)用和對(duì)相關(guān)行業(yè)發(fā)展帶來的影響。

趙沁平：所謂的“虛擬現(xiàn)實(shí)元年”，實(shí)際上是VR技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，一些新技術(shù)產(chǎn)品進(jìn)入大眾消費(fèi)領(lǐng)域，新技術(shù)、新產(chǎn)品帶來的新鮮體驗(yàn)促成了新的大眾消費(fèi)市場(chǎng)，巨大的商機(jī)引起產(chǎn)業(yè)界、投資界以及媒體的關(guān)注。因此，2016年應(yīng)該是“虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)元年”。實(shí)際上，早在30多年前，VR就在多個(gè)行業(yè)開始了高端應(yīng)用，如今已經(jīng)在軍事、制造、醫(yī)療、教育等領(lǐng)域取得了很多應(yīng)用成果。現(xiàn)在，“VR+”已經(jīng)成為一個(gè)行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。

軍事是應(yīng)用VR比較早的一個(gè)領(lǐng)域?，F(xiàn)在VR技術(shù)已經(jīng)全面應(yīng)用于美軍各軍兵種及聯(lián)合作戰(zhàn)訓(xùn)練，作戰(zhàn)規(guī)劃、預(yù)演和決策。進(jìn)入21世紀(jì)，行動(dòng)更復(fù)雜、節(jié)奏更快速、空間更廣闊的未來戰(zhàn)爭(zhēng)，對(duì)VR技術(shù)提出了更新、更高的需求。VR技術(shù)應(yīng)用于裝備制造，產(chǎn)生了許多新的制造技術(shù)，如沉浸式設(shè)計(jì)、虛擬樣機(jī)與評(píng)價(jià)、虛擬組裝、AR裝拆導(dǎo)引，以及裝備操作維護(hù)培訓(xùn)等。1992年，波音777的管線布局設(shè)計(jì)采用VR技術(shù)，縮短研發(fā)周期50%，降低成本60%。近年來，在制造業(yè)界興起的數(shù)字孿生，將VR技術(shù)應(yīng)用于裝備從設(shè)計(jì)到操作培訓(xùn)、售后服務(wù)的整個(gè)生命周期。醫(yī)療健康是VR技術(shù)具有廣闊應(yīng)用前景的領(lǐng)域。為了降低手術(shù)技能培訓(xùn)對(duì)動(dòng)物活體、尸體的依賴，并提高技能培訓(xùn)的有效性，如口腔手術(shù)模擬器、腹腔鏡手術(shù)模擬器等VR智能醫(yī)教系統(tǒng)已經(jīng)批量應(yīng)用于醫(yī)學(xué)教學(xué)中;虛擬人體器官和虛擬人體的研究取得進(jìn)展，將成為全新的醫(yī)藥研究、轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)和醫(yī)學(xué)教育培訓(xùn)的新平臺(tái)，為手術(shù)規(guī)劃、手術(shù)預(yù)演與評(píng)價(jià)、手術(shù)導(dǎo)航以及新藥研發(fā)提供實(shí)驗(yàn)支撐，對(duì)醫(yī)藥行業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生顛覆性影響[3]。

我們可以看到，VR在這些行業(yè)的應(yīng)用，拓展了人類的感知能力，改變了這些行業(yè)的產(chǎn)品形態(tài)和服務(wù)模式，使這些行業(yè)得到升級(jí)換代式的發(fā)展。教育也是VR的一個(gè)極有生命力的應(yīng)用領(lǐng)域，VR是新的強(qiáng)大的教育技術(shù)。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)與人工智能相結(jié)合可能構(gòu)成

終極性的教育技術(shù)訪談?wù)撸耗鷦偛耪fVR技術(shù)是新的強(qiáng)大的教育技術(shù)，是智慧教育的重要構(gòu)成技術(shù)，依據(jù)是什么呢？

趙沁平：教育技術(shù)的內(nèi)涵和外延，隨著時(shí)代的發(fā)展會(huì)有一個(gè)不斷豐富和更迭的過程。早期的教育技術(shù)主要體現(xiàn)在實(shí)物教學(xué)模型和相關(guān)教學(xué)輔助器具的設(shè)計(jì)和制作。計(jì)算機(jī)、信息技術(shù)的發(fā)展，特別是互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)的出現(xiàn)，開創(chuàng)了教育技術(shù)的新領(lǐng)域，進(jìn)入教育信息化發(fā)展的新篇章。

計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)為教育信息化提供了平臺(tái)，VR則可以為教育教學(xué)情景設(shè)計(jì)、展示和教學(xué)的實(shí)施提供全新的平臺(tái)和手段。VR校園是智慧校園的基礎(chǔ)，可以隨時(shí)隨地線上漫游體驗(yàn)校園及其開放場(chǎng)所，對(duì)校園進(jìn)行全景安全監(jiān)控等;VR應(yīng)用于教育教學(xué)，可以通過情境創(chuàng)設(shè)，使教師、學(xué)習(xí)者和參與者投入到可感知的逼真的學(xué)習(xí)環(huán)境中，如微觀世界的分子、原子運(yùn)動(dòng);人體三維器官及組織、循環(huán)系統(tǒng);太空、太陽系;重大歷史事件的場(chǎng)景等，在合理的認(rèn)知負(fù)荷下，提升學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、投入度和學(xué)習(xí)績(jī)效;基于VR技術(shù)可以進(jìn)行可交互的實(shí)驗(yàn)教學(xué)和技能訓(xùn)練，特別是危險(xiǎn)性高的一些實(shí)驗(yàn)操作（如某些物理電磁實(shí)驗(yàn)、激光實(shí)驗(yàn)、易燃易爆化學(xué)物質(zhì)合成實(shí)驗(yàn)）或者現(xiàn)實(shí)生活中不可能真實(shí)開展的實(shí)驗(yàn)（如人體解剖、高空作業(yè)、體驗(yàn)相對(duì)論世界和黑洞等），從而大幅度提高學(xué)習(xí)的體驗(yàn)，強(qiáng)化“具身學(xué)習(xí)”，加速知識(shí)的建構(gòu)。例如，目前，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革進(jìn)程中，教育部大力推進(jìn)的國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，利用網(wǎng)上做虛擬交互實(shí)驗(yàn)的方式，降低對(duì)實(shí)體實(shí)驗(yàn)室的依賴，就解決了許多因現(xiàn)實(shí)條件、資源不均衡等導(dǎo)致的實(shí)驗(yàn)教學(xué)問題。此外，VR/AR圖書的出現(xiàn)，將傳統(tǒng)紙質(zhì)圖書內(nèi)容動(dòng)態(tài)地、立體化地呈現(xiàn)給讀者，形成對(duì)傳統(tǒng)閱讀方式的顛覆，極大地提升了圖書的閱讀沉浸感和理解效果?，F(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了一些VR/AR教育類圖書，收到較好效果，這將對(duì)未來的教學(xué)用書和教學(xué)方式產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響[4]。

綜上可見，通過VR技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)任何設(shè)想的教育教學(xué)環(huán)境，使學(xué)習(xí)者沉浸式體驗(yàn)學(xué)習(xí)對(duì)象和教學(xué)過程，拓展并深化教育信息化的維度和內(nèi)容，同時(shí)，會(huì)催生新的教育教學(xué)模式和方法。因此，可以說VR開啟了一種全新的教育技術(shù)。

訪談?wù)撸耗嗄昵爸赋鯲R與AI相互滲透融合是必然趨勢(shì)，VR的特征已經(jīng)由3I發(fā)展為4I，VR+AI可能成為終極性教育技術(shù)。為什么會(huì)有如此判斷？您認(rèn)為VR+AI對(duì)未來教育會(huì)帶來什么影響？

趙沁平：VR和AI技術(shù)有天然的關(guān)系，且呈現(xiàn)出“你中有我、我中有你”的融合趨勢(shì)。隨著VR應(yīng)用不斷拓展深化，越來越多地需要表現(xiàn)VR環(huán)境中各種自主個(gè)體和群體對(duì)象的信念、愿望、意圖等高層次精神狀態(tài)和復(fù)雜行為，于是引入了AI中關(guān)于Agent的建模方法。此外，隨著VR技術(shù)和AI技術(shù)的不斷發(fā)展與相互滲透，VR交互的智能化和VR對(duì)象及內(nèi)容生產(chǎn)的智能化、自動(dòng)化也在不斷增強(qiáng)。VR與AI的這種融合，非常適用于分布式虛擬仿真條件下的教育場(chǎng)景應(yīng)用?？梢詫?shí)現(xiàn)虛擬課堂、虛擬實(shí)驗(yàn)、虛擬培訓(xùn)場(chǎng)景中的智能化交互，促進(jìn)高階的探究式、自適應(yīng)學(xué)習(xí)，對(duì)未來教育產(chǎn)生深刻影響。

已經(jīng)出現(xiàn)和將要出現(xiàn)的VR+AI教育應(yīng)用系統(tǒng)，采用大數(shù)據(jù)分析，可以實(shí)現(xiàn)VR+AI輔助的以學(xué)生為中心的情景化、個(gè)性化學(xué)習(xí)，使得“因材施教”成為可能。VR與AI、云計(jì)算等技術(shù)的結(jié)合，可以構(gòu)造虛擬類人教師，并可以實(shí)現(xiàn)學(xué)生在類人教師陪伴、指導(dǎo)下的泛在學(xué)習(xí)。作為人工智能與新聞采編融合的產(chǎn)物，我國(guó)首個(gè)AI合成的主播“新小萌”已經(jīng)出現(xiàn)在兩會(huì)會(huì)場(chǎng)，進(jìn)行新聞報(bào)道。能夠自動(dòng)完成語音識(shí)別，回答多種類型知識(shí)問題的智能機(jī)器人大量上市，帶給人們智能化教學(xué)的初步體驗(yàn)。相信不久的將來，足以亂真的類人教師就能夠和學(xué)生進(jìn)行實(shí)時(shí)交互、開展教學(xué)活動(dòng)，其海量知識(shí)和快速解題速度可成為人類教師的搭檔，或部分取代人類教師。從此種意義上講，VR+AI將成為終極性教育技術(shù)。再繼續(xù)發(fā)展，就是將各種電腦芯片直接植入人腦，但這已不是教育技術(shù)，而是人工智能領(lǐng)域的腦機(jī)技術(shù)了。

訪談?wù)撸篤R/AR應(yīng)用教育的場(chǎng)景是廣泛的，在終身學(xué)習(xí)的時(shí)代，您認(rèn)為依托VR/AR技術(shù)構(gòu)建的學(xué)習(xí)環(huán)境是怎樣的？應(yīng)具備哪些基本特性？

趙沁平：終身學(xué)習(xí)非常重要，建設(shè)終身學(xué)習(xí)體系和環(huán)境是我國(guó)的基本國(guó)策，我對(duì)此研究不多。不過，我深信隨著5G、AI、互聯(lián)網(wǎng)VR、邊緣VR/AR等技術(shù)的發(fā)展，VR將成為互聯(lián)網(wǎng)的新入口和新的社交環(huán)境，從而使終身學(xué)習(xí)體系的內(nèi)涵和效能得到豐富和提升。

首先，VR/AR的重要特征是交互，強(qiáng)調(diào)用戶體驗(yàn)，在教育的語境中，就是注重通過多感知通道、自然化的交互來全面提升學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。作為一名教育工作者，我深有體會(huì)，教師在設(shè)計(jì)傳統(tǒng)課堂教學(xué)時(shí)，都會(huì)考慮學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的感受和體驗(yàn)，但限于傳統(tǒng)教學(xué)環(huán)境和條件，只能通過語言表達(dá)、互動(dòng)問答和實(shí)物展示等方法進(jìn)行課堂教學(xué)。而VR/AR學(xué)習(xí)環(huán)境可以真正成就“翻轉(zhuǎn)課堂”，使得教學(xué)過程以學(xué)習(xí)者為中心，學(xué)習(xí)者可以發(fā)揮主體作用，充分體驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，并與之進(jìn)行交互。學(xué)習(xí)者還可以圍繞教師提出的某一個(gè)問題，分小組協(xié)作探究，得出開放性的答案。整個(gè)課堂是“活”的，而不是事先預(yù)定好的“規(guī)程”。所以，VR技術(shù)構(gòu)建的智慧學(xué)習(xí)環(huán)境，應(yīng)該建立在教學(xué)參與者較好的信息化素養(yǎng)基礎(chǔ)上，具備體驗(yàn)性強(qiáng)、交互性強(qiáng)的特征。其次是可信性與可評(píng)價(jià)性。一個(gè)完善的VR學(xué)習(xí)環(huán)境和一門好的VR課程必須由VR研發(fā)人員和教師密切合作、充分溝通，共同完成。真正有效的VR/AR教學(xué)資源和學(xué)習(xí)環(huán)境應(yīng)當(dāng)具有可信性和可評(píng)價(jià)性?？尚判允侵竀R教學(xué)環(huán)境中各種VR對(duì)象模型及其對(duì)交互響應(yīng)的可信度，也即與相應(yīng)真實(shí)事物的吻合程度，可信性度量是目前VR研究領(lǐng)域尚未完全解決好的一個(gè)問題。

許多難以建模的復(fù)雜事物，將其影響因素簡(jiǎn)化后都可以進(jìn)行建模，現(xiàn)有的絕大多數(shù)VR教育應(yīng)用對(duì)象模型都是簡(jiǎn)化后得到的。問題是，將事物簡(jiǎn)化以后得到的模型在多大程度上可信，在什么范圍可用，這就是VR對(duì)象模型的可信性的評(píng)價(jià)度量問題。與此相關(guān)的問題是，應(yīng)該如何結(jié)合具體的VR教育應(yīng)用，確定對(duì)模型可信性的期望值，以及平衡模型的復(fù)雜性和可用性兩者的關(guān)系?？稍u(píng)價(jià)性是指對(duì)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)體驗(yàn)、學(xué)習(xí)投入度和學(xué)習(xí)績(jī)效等的自主量化評(píng)價(jià)。這也是目前AI領(lǐng)域的重要研究?jī)?nèi)容，比如，通過眼動(dòng)追蹤技術(shù)對(duì)學(xué)習(xí)者的學(xué)情進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)和反饋等。

三、“VR+教育”應(yīng)用系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)及未來發(fā)展趨勢(shì)

訪談?wù)撸簩?shí)現(xiàn)一個(gè)VR教育系統(tǒng)需要掌握哪些技術(shù)？還存在哪些有待解決和發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)問題？

趙沁平：設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)一個(gè)VR教育系統(tǒng)和實(shí)現(xiàn)一般VR系統(tǒng)一樣，大體需要數(shù)據(jù)采集、分析建模、繪制呈現(xiàn)、傳感交互四個(gè)方面的技術(shù)。第一，數(shù)據(jù)是VR建模和構(gòu)建VR教育系統(tǒng)的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)獲取設(shè)備有VR通用型和領(lǐng)域?qū)Ｓ眯蛢纱箢?，前者如照相、攝像、3D激光掃描等，后者如醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的CT、核磁等。數(shù)據(jù)獲取的準(zhǔn)確性直接決定了VR技術(shù)在教育等各行業(yè)的應(yīng)用效果。第二，建模是現(xiàn)實(shí)世界中的對(duì)象在計(jì)算機(jī)數(shù)字空間中的數(shù)據(jù)表示。就是利用數(shù)學(xué)、物理以及各種數(shù)字化技術(shù)將現(xiàn)實(shí)世界中的對(duì)象及其相互關(guān)系、相互作用及動(dòng)態(tài)變化規(guī)律映射到數(shù)字空間中的靜、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)表達(dá)。第三，虛擬環(huán)境對(duì)象的呈現(xiàn)和感知，包括視覺、聽覺、觸覺、嗅/味覺等多個(gè)方面。VR呈現(xiàn)技術(shù)將虛擬環(huán)境中的各種對(duì)象模型通過不同的表現(xiàn)形式和方法繪制在輸出設(shè)備上，以沉浸方式呈現(xiàn)給用戶。表現(xiàn)方法和對(duì)象模型與輸出設(shè)備直接相關(guān)。第四，人對(duì)虛擬世界中對(duì)象的操作，以及虛擬世界中對(duì)象對(duì)人的感知和反饋，也就是VR的自然交互問題。上述四個(gè)方面的技術(shù)均涉及硬件裝置（如數(shù)據(jù)采集、頭戴顯示、裸眼3D、定位跟蹤、體感交互設(shè)備等）、芯片器件（如GPU、PPU、專用芯片、傳感器等）、軟件平臺(tái)（如圖形引擎、物理引擎、建模、視頻圖像處理等）、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，以及不同學(xué)科教學(xué)中的VR內(nèi)容設(shè)計(jì)與制作。VR是多學(xué)科高度融合交叉的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。

囿于人類認(rèn)識(shí)世界的局限性以及現(xiàn)實(shí)環(huán)境形態(tài)的復(fù)雜性、變化的無限性，數(shù)據(jù)獲取、建模、交互等成為VR領(lǐng)域永不枯竭的研究熱點(diǎn)。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，VR技術(shù)取得巨大進(jìn)步，但是仍然存在許多有待解決的問題，同時(shí)，新的問題也在不斷涌現(xiàn)。對(duì)于VR教育教學(xué)系統(tǒng)及應(yīng)用來說，如下一些問題的進(jìn)一步突破會(huì)帶來VR+教育的巨大發(fā)展：VR教育應(yīng)用的需求調(diào)研分析、基于VR的教學(xué)方案及學(xué)習(xí)活動(dòng)創(chuàng)意設(shè)計(jì)、與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的新概念數(shù)據(jù)獲取機(jī)制與設(shè)備、與學(xué)習(xí)過程相關(guān)的新交互機(jī)制與設(shè)備、多源數(shù)據(jù)/模型的無縫融合、學(xué)習(xí)對(duì)象的物理、生理建模以及對(duì)象的自由交互與實(shí)時(shí)逼真響應(yīng)、教育教學(xué)應(yīng)用中人的行為模型、模型的可信性度量、VR教育教學(xué)應(yīng)用效果的評(píng)價(jià)[5]。

訪談?wù)撸?G的普及將解除制約VR發(fā)展的數(shù)據(jù)傳輸瓶頸，您認(rèn)為VR在教育領(lǐng)域的一些重要平臺(tái)和關(guān)鍵技術(shù)將取得哪些突破性進(jìn)展？

趙沁平：5G的普及，將解除制約VR發(fā)展的數(shù)據(jù)傳輸瓶頸，VR教育領(lǐng)域的一些重要平臺(tái)和關(guān)鍵技術(shù)將取得突破性進(jìn)展。目前，進(jìn)入校園課堂的VR教學(xué)應(yīng)用產(chǎn)品，能做到的主要是對(duì)一些科普內(nèi)容的VR體驗(yàn)，能夠真正深入進(jìn)行課程教學(xué)的并不多，且缺少有效性評(píng)價(jià)。其原因是多方面的，除了前面談到的許多核心關(guān)鍵技術(shù)尚需突破以外，VR教學(xué)內(nèi)容需要快速從云端向大量智能終端傳輸也是一個(gè)重要問題。5G的出現(xiàn)使這一問題迎刃而解，大體量、多內(nèi)容、高質(zhì)量的VR教育云平臺(tái)和基于邊緣VR計(jì)算的“AR/VR智能終端”將得以快速發(fā)展;相應(yīng)的教育內(nèi)容構(gòu)成數(shù)據(jù)和對(duì)象單元模型庫會(huì)大量出現(xiàn)，以滿足不斷增長(zhǎng)的VR教育教學(xué)資源建設(shè)和內(nèi)容開發(fā)需求。這又進(jìn)一步帶動(dòng)新概念數(shù)據(jù)獲取機(jī)制與設(shè)備、高度自然的VR/AR交互，以及多源數(shù)據(jù)—模型的無縫融合、設(shè)備實(shí)時(shí)逼真響應(yīng)等技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)交互式學(xué)習(xí)。大量?jī)?yōu)質(zhì)VR教育教學(xué)系統(tǒng)在教育教學(xué)過程中的應(yīng)用，會(huì)催生基于VR教育環(huán)境的教學(xué)方法，推動(dòng)教育改革的發(fā)展。

訪談?wù)撸禾摂M和現(xiàn)實(shí)之間的對(duì)象高度融合，將隨著技術(shù)的飛速發(fā)展變得虛實(shí)難辨。AI存在倫理問題，那么VR呢？可以采取何種VR教育應(yīng)用的倫理構(gòu)建原則？

趙沁平：隨著VR教育應(yīng)用的多樣化，所帶來的一些倫理問題也日漸引起人們的重視。AI技術(shù)在教育中的應(yīng)用所帶來的倫理問題是顯而易見的，例如，AI教學(xué)機(jī)器的身份與權(quán)力邊界認(rèn)定等。對(duì)于VR教育應(yīng)用來說，我認(rèn)為首先值得研究的是對(duì)VR教育受眾的心理影響和可能的負(fù)面作用。例如，對(duì)幼兒來說，在他們需要接觸現(xiàn)實(shí)世界、與同伴交流互動(dòng)的發(fā)育階段，采用VR教育環(huán)境和手段是否會(huì)產(chǎn)生負(fù)面作用？虛擬環(huán)境的發(fā)展是否會(huì)加重“宅害”，帶來一定的社會(huì)問題？所以，我一直希望教育界的學(xué)者們未雨綢繆，開展VR心理學(xué)和VR社會(huì)學(xué)研究。

同時(shí)，也要對(duì)VR教育應(yīng)用可能帶來的倫理問題進(jìn)行研究，明確其可能產(chǎn)生的倫理失范以及導(dǎo)致倫理失范的根源。VR教育可能表現(xiàn)出內(nèi)容與形式的致癮性、虛實(shí)邊界模糊導(dǎo)致道德失范、VR教育活動(dòng)忽視人的主體性等問題，不可避免地會(huì)涉及技術(shù)層面和人類主體性層面的倫理問題，如虛擬世界中生命的有限性與無限性、虛擬教育活動(dòng)主體的尊嚴(yán)與生命性、虛擬世界中的主體認(rèn)同與本體性安全、數(shù)據(jù)隱私安全等倫理問題。此外，當(dāng)前的VR教學(xué)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)不成熟，虛擬和現(xiàn)實(shí)的偏差導(dǎo)致了學(xué)習(xí)者謬誤，即虛擬和真實(shí)之間的失切性導(dǎo)致學(xué)習(xí)者產(chǎn)生認(rèn)知偏差，比如，虛擬情境與真實(shí)世界參數(shù)表征的差異性，導(dǎo)致學(xué)習(xí)者對(duì)客觀知識(shí)的記憶性錯(cuò)誤、操作經(jīng)驗(yàn)結(jié)果分析的錯(cuò)誤等。這就需要在VR應(yīng)用于教育時(shí)，深入探討VR教育活動(dòng)中何以敬畏和堅(jiān)持的倫理問題，對(duì)教育管理者、產(chǎn)業(yè)界和政策制定者等相關(guān)角色進(jìn)行倫理規(guī)范。

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[5] 趙沁平. 虛擬現(xiàn)實(shí)中的10個(gè)科學(xué)技術(shù)問題[J]. 中國(guó)科學(xué)：信息科學(xué)，2017，46（6）：800-803.