近十年虛擬現(xiàn)實技術在教育領域的相關研究論文綜述

　　摘要：對2000—2009年近十年間虛擬現(xiàn)實技術在教育、教學領域相關應用的189篇文獻采用內容分析法進行了梳理與統(tǒng)計，在數(shù)據(jù)分析的基礎上得出目前該技術在教育領域的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢，并指出研究中存在的一些問題。
　　關鍵詞：教育領域；虛擬現(xiàn)實；內容分析
　　
　　虛擬現(xiàn)實是繼多媒體、計算機網(wǎng)絡之后，在教育領域內最具有應用前景的“明星”技術，它能夠運用計算機對現(xiàn)實世界進行模擬仿真，從而能較好地解決學習媒體的情景化及自然交互性的要求，為教育教學注入新的活力。虛擬現(xiàn)實領域發(fā)展至今，已逾十年，研究取得了豐碩的成果。筆者通過對當前研究者在教育領域中虛擬現(xiàn)實的研究現(xiàn)狀的分析，從理論層面和技術應用角度探討了虛擬現(xiàn)實的相關研究特征和發(fā)展趨勢，以期為進一步的研究與實踐提供參考。
　　1研究方法與數(shù)據(jù)
　　1.1研究方法與工具
　　本文的研究方法采用內容分析法，它是進行教育技術學研究的一種專門方法，是對傳播內容做客觀而又系統(tǒng)的量化并加以描述的一種研究方法。內容分析實際上是以預先設計的類目表格為依據(jù)，以系統(tǒng)、客觀和量化的方式，對信息內容加以歸類統(tǒng)計，并根據(jù)類別項目的統(tǒng)計數(shù)字，做出敘述性的說明[1]。
　　1.2資料來源
　　本研究資料來源于中國學術期刊全文數(shù)據(jù)庫，限定時間為2000—2009年，按主題“虛擬現(xiàn)實”進行檢索，結果有將近2萬余條。為此，我們從《中國電化教育》、《電化教育研究》、《中國遠程教育》、《現(xiàn)代教育技術》、《開放教育研究》、《遠程教育雜志》、《中國教育信息化》、《系統(tǒng)仿真學報》、《計算機仿真》、《計算機輔助設計與圖形學學報》十類期刊中，統(tǒng)計與虛擬現(xiàn)實在教育領域的研究相關的文章。以輸入“虛擬現(xiàn)實”為主題，在上述期刊中共搜到文章943篇(教育技術類147篇，計算機類796篇)，其中與本研究工作密切相關的文章有189篇(教育技術類99篇，計算機類90篇)。本研究將從研究內容、發(fā)表時間等幾個維度對這些論文進行劃分，并以此為類目進行內容分析。
　　2研究過程與數(shù)據(jù)分析
　　2.1內容分析過程
　　本研究以檢索到的相關的189篇文章作為內容分析的樣本，并按照理論研究、學習環(huán)境與學習資源等對其進行分類，為了將信息全部包含在分類中，特增加其他一欄。根據(jù)需要，以篇為分析單元并組成三人小組進行分析評判，結果如表1所示。
　　2.2研究數(shù)據(jù)與情況分析
　　根據(jù)不同年度和類別對樣本進行分類和統(tǒng)計，可得到如表1所示的數(shù)據(jù)(表1)。
　　結合表1，根據(jù)已劃分的類目對其進行分類和統(tǒng)計，得到圖1。從該圖可以看出，本領域內學術論文的研究內容主要集中在虛擬學習資源建設方面，在2000—2009年間所有論文中，有69篇論文是與學習資源建設相關，占論文總數(shù)的37%。另外，在理論研究和學習環(huán)境研究方面也是研究者們關注的焦點，分別占論文總數(shù)的16%和20%。顯而易見，理論、學習環(huán)境和資源建設三大方面的研究是虛擬現(xiàn)實技術在教育領域研究的重心。
　　其次，考慮到關注該領域的主要研究者是計算機專業(yè)和教育技術學專業(yè)的相關研究人員，我們首先將期刊論文按學科進行分類，然后在此基礎上，根據(jù)專業(yè)期刊類別進一步細化，得到表2。從近年來期刊對領域的關注度來看，計算機類期刊關注度比教育技術
　　類稍高。由表2我們得出如圖2所示的期刊年度論文數(shù)量統(tǒng)計曲線，圖2的小計1(教育技術類雜志)曲線表明，從2000—2002年論文數(shù)量漸增，2003—2006年進入低迷期，2007年又逐漸興起相關研究；從小計2(計算機類雜志)可以看出，2001年是研究高峰，2002—2005年也有所回落，2006年有所增強，2007—2009年間研究程度也一般。從論文發(fā)表總量看，由2000年的12篇增長到2009年的31篇。總體來說，在2000—2009年間，虛擬現(xiàn)實技術在教育領域的研究進展與Gartner Group[2]提出的“新技術宣傳曲線”是一致的，即發(fā)展中技術的見報程度，隨時間的發(fā)展遵循一定的模式。
　　圖2期刊年度數(shù)量統(tǒng)計
　　第三，虛擬現(xiàn)實領域的研究內容非常豐富，根據(jù)領域類研究論文的內容，我們將虛擬現(xiàn)實的相關研究內容歸納為理論基礎、概述類、應用效果、虛擬校園、虛擬教室、虛擬實驗室、虛擬演播室、仿真教學平臺、學科教學、開發(fā)工具、遠程教育、分布式VR、虛擬學社、漫游系統(tǒng)、教育游戲、企業(yè)培訓和虛擬博物館等17類。近十年來，其研究內容和論文數(shù)量呈現(xiàn)關系如圖3所示。從研究內容上看，在近十年的研究進程中，虛擬現(xiàn)實在學科教學中的應用始終是人們關注的最多的。研究內容排前三的分別是學科教學、虛擬實驗室、仿真教學平臺。在頭3年中，人們對虛擬現(xiàn)實理論方面研究還不多。虛擬演播室和虛擬學社方面的研究論文相對較少，虛擬演播室的相關論文僅在
　　2001年有1篇，虛擬學社方面的論文直到2007年才開始出現(xiàn)。值得關注的是，隨著教育游戲的興起，虛擬現(xiàn)實也滲入到了游戲領域，2006年開始后陸續(xù)已有教育游戲和虛擬現(xiàn)實相關的論文。2006至2009年，研究范圍已發(fā)展到教育游戲、虛擬學社、虛擬博物館價等各個領域。
　　圖32000—2009年各領域研究論文總量
　　第四，通過考察論文的發(fā)表時間和研究內容的關系(表3)，我們可以看出，虛擬現(xiàn)實的應用效果逐漸得到了研究者的關注。任何一項新技術剛開始人們僅僅關注技術本身，但隨著技術的成熟，研究者把視角轉移到了學習效果上。從2003年開始已有2篇相關的文章，2007年1篇，到了2008年升至3篇，2009年有2篇。
　　3主要的研究結論
　　3.1研究現(xiàn)狀
　　目前在教育領域研究應用的虛擬現(xiàn)實技術基本是屬于桌面級虛擬現(xiàn)實類型。所謂桌面級虛擬現(xiàn)實[3]，是指用PC機和低端工作站進行模擬仿真的虛擬現(xiàn)實技術，將計算機屏幕用作用戶觀察虛擬境界的一個窗口，使用簡單的外部設備(如鼠標)來觀察360°范圍內的虛擬世界，并操縱虛擬場景中的各種物體。它是一種純軟件解決方案，我們可以應用VRML語言、全景環(huán)視技術、Java語言等技術來實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實，是一種提供初步虛擬現(xiàn)實體驗的技術，其最鮮明的特點就是開發(fā)成本低，使用簡單，便于推廣。由于這樣的特點，使得虛擬現(xiàn)實在教育領域中的廣泛應用成為可能。
　　正如其他新興技術一樣，虛擬現(xiàn)實技術也是許多相關學科領域交叉、集成的產(chǎn)物。雖然該領域的潛力是巨大的，應用前景是廣闊的，但仍存在著許多尚未解決的理論問題和有待克服的技術障礙。
　　1) 缺乏需求分析。教育本身強調“因材施教”，可現(xiàn)在大多利用虛擬現(xiàn)實技術制作的平臺、資源(課程、課件、虛擬實驗室平臺)都缺乏對學習者的個性分析，這些資源差不多可以說是“演示型”課件的翻版，這樣不利于學生的個性化發(fā)展。
　　2) 缺乏應用效果研究。對虛擬現(xiàn)實技術在教學中的應用效果研究不夠，很多都是追新，從某種意義上說實用意義不是很大。最近，人們才開始對虛擬現(xiàn)實教學應用效果有所關注，尤其是教育技術工作者，這是因為我們在教育中應用、推廣信息技術的主要目的只有一個，那就是促進有效學習。
　　3) 技術本身的缺陷。盡管虛擬現(xiàn)實技術有著“21世紀的明星技術”的美譽，在虛擬仿真情境中進行觀察和交互可促進知識的學習，促進自主創(chuàng)新。虛擬實驗室避免了真實實驗或操作帶來的各種危險等。但它本身仍存在一定的不足，即使它的沉浸程度很高，與真實環(huán)境相比，仍是無法取代的，畢竟“人—機交互”缺乏情感等因素，有些學習者無法適應虛擬世界。
　　
　　3.2發(fā)展趨勢
　　隨著虛擬現(xiàn)實技術的不斷深入，其發(fā)展主要呈現(xiàn)以下幾種趨勢：
　　第一，從研究的廣度上，可以看到研究范圍由最初的集中于學習資源與學習環(huán)境的構建的研究擴展到教育游戲、虛擬學習社區(qū)、虛擬校園、培訓、效果評價等各個方面，研究覆蓋面不斷擴大。
　　第二，研究的重心也在發(fā)生著變化，對技術在教育中的應用效果的反思受到廣泛的重視，尤其是教育技術研究者的重視。在開發(fā)了大量資源及平臺之后，如何實現(xiàn)資源的共享，如何實現(xiàn)資源的有效利用，如何對資源進行評價，如何消除信息孤島問題受到人們的重視。因此，教育技術類期刊中很大一部分論文都是對技術應用于教育的反思。
　　第三，虛擬學習資源建設方面主要是教學設計和系統(tǒng)架構，很多論文關注開發(fā)工具的使用。一部分文章已經(jīng)開始研究虛擬現(xiàn)實和網(wǎng)絡技術的融合，隨著網(wǎng)絡技術的發(fā)展，通過網(wǎng)絡開展虛擬實驗目前正越來越被人們所重視。網(wǎng)上虛擬實驗室不僅為實驗類課程的教學改革及現(xiàn)代遠程教育提供了技術支持，還為學習者開拓思維，積極創(chuàng)新提供了新的平臺，也是人們對已有概念進行深化和獲取新知識的有力工具。例如，目前已經(jīng)有不少學科的虛擬實驗室網(wǎng)站，所包含的內容也十分豐富。利用網(wǎng)上虛擬實驗室，無論學生還是教師，都可以不受時空限制，自由地進入虛擬實驗室去體驗學習的快樂。
　　另外，虛擬現(xiàn)實技術在理論基礎方面，越來越強調教學系統(tǒng)設計理論的應用；在教學應用方面，強調
　　網(wǎng)絡教學模式的探索和研究；在技術上，強調場景建模、bcb21bb79eef9a8c4a74296f5b4f752f虛擬效果等技術的攻關；在開發(fā)中，強調操作便捷、學科特點突出，研制開放、協(xié)作的仿真平臺。
　　4結語
　　通過上述分析，我們得出如下結論：目前虛擬現(xiàn)實技術在教育領域的研究熱點仍是虛擬資源的建設研發(fā)和虛擬學習環(huán)境的研究。在開發(fā)方面，新的教育理念、教育方式等新的學習設計思想將成為指導虛擬環(huán)境構建和資源開發(fā)的理論基礎，而Web2.0、分布式理論技術等新技術的發(fā)展也必將為虛擬平臺的開發(fā)提供新的動力支持。
　　參考文獻：
　　[1]