沉浸式體驗設計在教學中的應用

石家莊市第一中學19班 張杏林

沉浸式體驗設計在教學中的應用

石家莊市第一中學19班 張杏林

虛擬現實技術VR隨著現代科技的進步應運而生，并逐漸得到廣泛應用，它能有效解決學習中情景化及自然交互性的要求，因此，在教育教學中有著極大的應用前景，未來必將更多地參與到我們的教學過程中，成為行之有效的教學輔助手段。

沉浸式體驗；教學；應用

前言

人們利用虛擬現實技術VR可以創造出虛擬環境并置身其中，呈現信息是教育過程中的重要環節，虛擬現實技術可以有效呈現知識信息，能夠在不同的學科領域中給人們提供無限的體驗，以此使學生學習知識的過程得到鞏固[1]。

一、虛擬現實技術

VR也叫沉浸式多媒體或者計算機模擬現實，是21世紀重要的發展學科，極大地影響著人們的日常生活，它依托計算機圖形學、傳感器技術、人工智能技術等，旨在增強人機交互性，從而實現視覺、聽覺、嗅覺、觸覺的真實體驗。虛擬現實學習環境的核心技術是虛擬現實以及可視化技術。分析數據的可視化表達以及人機交互性，在虛擬現實學習環境中，用戶的沉浸感會得到有效增強。

交互性、沉浸感、想象力是虛擬現實技術的三大特征。其中，交互性是用戶在虛擬環境中操控對象的程度以及獲得反饋的自然程度[2]。沉浸感就是用戶在虛擬環境中感受到的真實程度，虛擬現實的漫游功能是其得以實現的基礎，用戶可以從自己的角度投入其中。想象力是用戶在虛擬世界中以自己獲取的各種信息以及自身在系統中的行為為依據，經過邏輯判斷、推理等思維過程，根據系統運行狀態的變化展開想象。

二、虛擬現實系統的類型

（一）沉浸式虛擬現實系統

用戶只有戴上傳感跟蹤裝置才可以實現與虛擬世界的交互，例如立體頭盔顯示器、數據手套、數據衣服等穿戴式設備，以及不穿在身上的傳感設備。這種系統能通過隔離用戶的視覺、聽覺與外界的聯系，使用戶避免外界的干擾，全身心投入到虛擬現實中。不同用途的體驗器都會使用戶產生身臨其境的感覺。例如在思想品德、安全教育教學中，學生對社會公德、法律知識以及安全教育中的緊急避險（火災、地震等）不能深刻理解，往往感到枯燥、茫然。運用虛擬現實技術，可以讓學生有身臨其境的感覺，不但樂于學，更能在理解中學、在游戲中學，有利于養成良好的公德習慣和掌握有效的避險方法，在火災、地震等災害發生時，避免驚慌失措，進而及時有效的逃離，防止人身事故的發生。在一些農村邊遠學校，沒有網球場、足球場或其他完善的場地、訓練設備設施，或者因為長時間霧霾及其他極端天氣，影響了他們的體育鍛煉，可以有效利用虛擬現實技術，足不出戶，就能讓學生們掌握標準的訓練動作，有效增強身體素質。

（二）桌面虛擬現實系統

桌面虛擬現實系統也叫做窗口中的VR。利用一般的微機就能實現，成本相對較低，功能也相對簡單，在計算機輔助設計、計算機輔助制造、桌面游戲等應用最多。

（三）分布式虛擬現實系統

分布式虛擬現實系統是沉浸虛擬現實的進一步發展，將分布在各個地方的沉浸虛擬現實系統，依托互聯網進行有效連接，從而使某種用途得以實現。例如因特網上的多人游戲MUD就是這類系統的典型應用。

（四）混合現實系統

混合現實系統將真實環境與虛擬環境相結合，不僅使構成復雜真實環境的開銷降低，還可以在對實際物體進行操作的過程中，感受到亦真亦幻的境界。

三、虛擬現實技術在教學中的作用

（一）避免教學實驗中的危害

在物理、化學實驗教學中，有許多難于理解，不易操作的實驗，比如物理教學中的核裂變、化學教學中電子運行以及存在有毒、有害、爆炸等風險的實驗，這些無法直接觀察、或對人體健康有危害的概念及實驗，通常是以映像、圖片的方式進行教學，學生不會直接參與到實驗中，因而理解不深。在虛擬現實技術支持下，讓學生去有效理解、熟練掌握，這種產生危害的顧慮將會消除：在虛擬實驗環境中，學生能夠放心地“操作”各種具有危險性的實驗，進而加深了對所學知識的理解。

（二）破除時空的局限性

在虛擬現實技術的支持下，空間的局限性將被破除，無論是宇宙天體還是原子、粒子，學生都能深入它們的內部實際觀察。例如在虛擬發電廠內部，學生通過對各個發電機組部件及其相互聯系的考察，能夠切實了解整個發電過程。這一點電視錄像媒體以及實物媒體都達不到良好的效果。虛擬現實技術也能將時間的局限性打破，那些必須經過幾十年甚至上百年才能觀察到的變化過程，在虛擬現實技術下，只需要較短的時間就能使學生觀察得到。例如對于孟德爾遺傳這一生物學定律，當使用果蠅進行實驗時，常常需要長達幾個月，可是運用虛擬技術只要一堂課就能得到有效解決。又如學生在政治、歷史的學習中，他們對傳統的政治、歷史枯燥的填鴨式教學膩煩，并不能去理解和系統的記憶，運用沉浸式教學模式，可以讓學生與歷史、政治人物、事件親密接觸，加強理解和記憶。

四、虛擬現實技術在教學中的應用

虛擬現實技術作為一種新媒體形態，因為其具有一定的技術門檻、經濟成本、學習成本，所以當前傳統虛擬現實設備還沒有得到大規模的普及，在課堂教學中運用虛擬現實技術仍然處于嘗試階段，那些經濟實力較強的組織、高等院校等才具備購買完整的教學虛擬現實解決方案，同此對相應地配套教學資源進行有效開發，這些都制約了虛擬現實技術在教學中的應用[3]。

隨著移動互聯網的普及以及頭戴式虛擬現實眼鏡價格的降低，以智能手機和VR顯示器為基礎的沉浸式教學方案以其低成本、便攜式以及部分或完全沉浸式體驗使其得到有效推廣，其中沉浸式虛擬現實以及混合現實前景更為廣闊。根據沉浸式虛擬VR技術，國外有Ocular Rift等只要與電腦有效結合即可使用，在我國則有暴風魔鏡，只要與智能手機相聯系就能體驗。利用混合現實技術運用的設備有微軟的Hololens全息頭盔、谷歌的Magic Leap設備。以智能手機為硬件設備，結合優質3D音視頻資源或者學習型應用軟件，通過虛擬現實眼鏡的方案，極大促進了虛擬現實教學的實現。但是廠家出于對商業利益的考量，這種方案的應用范圍還不廣泛。

（一）具體應用

1、虛擬教學

在虛擬現實技術的支持下，教師教學將更加方便，學生也能擁有更加豐富的學習資料和學習方式。例如在數理化教學中，因為存在很多抽象概念，使得教師口頭講授和學生學習時都存在一定困難，直接影響教學效果。而學生在虛擬環境下觀察，會增強自身理解掌握問題的能力。在英語教學中，如果脫離實際情境，將會出現學生死記硬背的現象，這會導致學生的學習興趣和熱情下降。因為這種情況下，學生沒有辦法體驗具體場景，語言是孤立的，學習的效果也就大大降低，在沉浸式虛擬技術的支持下，會形成一種逼真的國外生活交際場景，學生在其中可以進行有效學習，教師只要提供輔助語音解釋、文化講解等就可以達到良好的效果。

2、虛擬實驗

在虛擬現實技術的支持下，可以成立各種虛擬實驗室，隨著教學內容的變化，對虛擬設備進行適當更換，這種方法不但能有效節約成本，還可以促進實踐訓練與技術發展相適應，對學生來說，在生動逼真的學習環境下，學習的興趣和效果也會大大提高。

3、虛擬校園

與傳統的遠程教育相比，虛擬現實技術可以使學生身處一種生動逼真的學習環境中，并在其中扮演重要角色，真正成為學習的主人；充分調動學生的學習積極性，對重點、難點等進行有效突破。

（二）應用進展

虛擬現實技術支持學習環境的創設，支持技能實訓，促進語言學習，支持特殊兒童教育。其中虛擬環境的創設有虛擬仿真環境設計、構建主義活動設計、學習體驗設計。例如洛倫佐專門針對七至十二歲的自閉癥兒童，有效設計了沉浸式虛擬現實系統，運用這一系統，他們能夠在公共場合進行社交訓練；同時利用計算機系統自動確定他們的情緒狀態，相應進行訓練方案調整。

虛擬現實技術在技術、教學方面仍然面臨著一定的挑戰，但隨著對這一技術的日益發展和完善，使其在教學中的應用更加深入和有效。

五、結語

虛擬現實技術以其獨特的優勢，在教育教學中的應用，能夠有效突破教育教學中存在的瓶頸，為開拓教學方式的多元化提供了新的視角，使傳統教學格局得以拓展，教學發展有了新的實現平臺和發展空間。

[1]李鴻.虛擬現實技術在教育中的應用[J].大家,2010,3:264-264.

[2]謝承霖,周涵粟.虛擬現實技術在教育中的應用[J].儷人:教師,2015,3: 267-267.

[3]臘國慶.虛擬現實技術在教育中的應用研究[J].宿州教育學院學報,2015,3:93-94.