虛擬現實技術在教育領域中的應用研究

元偉霞

（鄭州大學教育學院，河南鄭州 450000）

1 虛擬現實的概念

到目前為止，學術界對虛擬現實的定義，仁者見仁智者見智。當前，劉光然為代表的學者認為虛擬現實技術是一種由交互式計算機模擬組成的媒體形式，可以感知參與者的位置。捕獲參與者的運動信息，替換或增強一個或多個感官反饋，在模擬環境中創造精神沉浸或存在。以趙沁平為代表的學者們認為，從數字環境視角來看，虛擬現實是一個在一定范圍內在視覺、聽覺和觸覺方面高度相似的數字環境。用戶使用某些設備與數字環境中對象進行交互，以產生于真實環境相對應的直觀體驗。

該研究認為，虛擬現實是一種計算機技術，能生成一個模擬真實世界的虛擬環境 （或者直接生成一個虛構的環境），用戶對象能在這個具有沉浸感的環境中進行各種交互式的體驗。

Buea和Coiffet（1992）將虛擬現實的重要特征歸納為“3I”，Immersion、Interaction、Imagination，分別是沉浸性、交互性和想象性。

2 虛擬現實教育的理論基礎及其應用類型

2.1 理論基礎

2.1.1 建構主義學習理論

建構主義學習理論認為，學習者是對所學的主題形成或建構自己的理解，知識是以多種方式被學習者進行以獨特的、個人化的方式建構的，這種建構是通過各種真實的工具、資源、經驗和情景的方式進行的。

VR的沉浸式特征消除了參與者與計算機之間的界限，更多地為學習者提供了主動性學習和反思性學習的機會，在個人在體驗和創造的過程中，形成自己的知識框架，這個過程可以是單獨的，也可以受同伴的影響。虛擬現實教育為學習者的自我定向、自我建構、自我評價、協作學習等提供了良好的環境。因此，VR在設計教學素材和產品時應為學生提供豐富的學習素材，使學生在虛擬現實教育這個平臺環境中能夠靈活的探究，驅動他們去建構新的意義。

2.1.2 情境認知理論

情境認知理論也強調真正的學習是在一定的情境中發生的，學習者通過在情境中主動、積極的學習構建完成真實的學習任務，一方面調動個體學習的主體地位，另一方面個體建構知識的源泉也是在客觀活動中，在活動情景中。虛擬現實與教育的結合必須關注學生的認知心理，注重學生的具體經驗和對情境的理解，成功完成學習者新舊知識的同化，構建學習者的認知結構，促進認知發展。

2.1.3 模擬思維方法

模擬思維方法通常用于工程，主要有兩大類：一類是物理模擬，基于模型和活體原型之間類似的物理和化學機制的模擬方法；一類是數學模擬，模擬方法在模型和原型之間的抽象數學定律中類似。

虛擬現實與教育的結合，主要應用是物理模擬，即通過設計類似于原型的模型，并使用該模型間接研究原模型法。模擬可以在沒有簡單有效的工具的情況下展示的實驗，重現丟失的自然現象或過程。

2.2 虛擬現實技術在教育領域的應用

2.2.1 模擬訓練

虛擬現實技術應用于教學的最多最常見的便是培訓模擬，主要針對的市場是具體的行業應用的培訓市場，因為這些場景很難通過2D去模擬，視頻展示的效果也不如VR好，所以很多公司都做了安全教育這類內容。

2.2.2 科學研究實驗室

國內外非常重視虛擬現實技術在科學實驗研究中的突出優勢，在很多大學內建立實驗室來為國家進行科學研究工作，我國在虛擬現實技術領域的成果也越來越多。

2.2.3 虛擬學習環境

大多數關于國內教育技術虛擬學習環境的研究現在都停留在博客應用的象征性交換中。研究如何設計學習者之間的文本互動。虛擬現實學習環境的真正研究是研究分布式虛擬現實教學環境的發展和應用。在虛擬現實空間中，通過分子模型的虛擬體驗，進行虛擬人之間的面對面的情感交流。

3 虛擬現實技術在教育領域應用的優勢

3.1 激發學習動機，增強學習體驗

虛擬現實技術通過呈現個性化特征，豐富的媒體形式和激發對話來促進學習者的動機。虛擬現實技術可以根據適合學習者學習的環境的要求，創建逼真的場景，提供動態，高交互的設置，讓學習者表現出高度的動力和參與度。學習者，尤其是青少年學習者，習慣于這種自我表現形式，并通過他們的角色表達自己的想法和感受。

3.2 實現情境學習，促進知識遷移

情境學習理論認為，知識是在某些情境下由學習者積極構建的，強調知識與語境之間的動態互動。根據Herrington和Oliver的說法，情境學習環境具有以下特征：提供反映可應用于現實生活的知識的情境；提供真實的活動；為學習者提供了解專家思考和解決問題過程的機會；提供多角色以及多視角選擇；支持知識的協同構建等。

3.3 不同專業背景，交互式學習平臺

在虛擬現實技術教育中，虛擬現實實驗室用于提高學生的實踐知識，提高他們獨立解決問題的能力。虛擬現實技術可以幫助學生將理論知識應用于實際工程問題，同時降低構建實際模型的成本。鼓勵學生釋放他們的創造力并評估他們解決問題的能力。特別是對于世界著名大學的開放課程，除了使用互聯網技術，VR技術還可以用來引導學生進入國際頂尖大學的課堂和實驗。

4 虛擬現實技術在教育領域應用中面臨的挑戰

4.1 硬件配置問題

缺乏感性具體的原始豐富性是虛擬現實技術難以避免的一種局限，其抽象理性的對象化過程，因此，這就對硬件技術提出了更高的要求，而目前，市場上最常見的就是缺乏成熟的產品。在新的傳感機制，采集和物理建模方法，高速圖形圖像處理，人工智能等領域，存在許多亟待解決的問題，需要進一步改進三維建模技術。虛擬現實產品的價格和功能也存在矛盾，功能越多，價格越高，購買的人越少，價格低，功能簡化，體驗差。因此，如果虛擬現實技術想要不斷前進，以最低的成本提供最佳的用戶體驗是產品更新換代的核心和必要方式。

4.2 教學內容問題

虛擬現實教育與游戲不同，虛擬現實教育更注重內容。通常，VR課程的制作需要遵循一定的步驟來制作，至少包含課程設計、情節交互策劃、場景及角色設計、動畫設計、美術制作、音特效制作、資源整合和技術實現等方面，其工作量和工作的精細度都超出一般工作的10倍不止。再加上VR的制作成本高，另一方面基于現在的硬件和內容體驗都還不是很好，所以，該行業仍處于種子用戶培訓的早期階段，用戶群太小，無法使內容團隊無法盈利。出于這兩個原因，很少有團隊真正開展虛擬現實教育并得到每個人的認可，目前全國虛擬現實教育系列產品的生產商還比較少，而且因為燒錢，大多不做內容，轉做硬件設備。

5 虛擬現實技術在教育應用中實現的路徑

5.1 國家政策層面

為提高虛擬現實技術在教育領域的開發應用整體進程的效益，突出教育需求導向，應該由政府主導，建立產學研結合的虛擬現實教育應用實證研究體系。現在全國各地都對VR加大了扶持力度，政府應充分利用法律和政策手段支持虛擬現實教育的發展，通過政策和經費支持虛擬現實教育應用產業的關鍵技術研發；鼓勵專項課題立項支持；建立多學科的研究團隊，支持面向特定學科的教學系統構建與應用示范。

5.2 VR產業方面

虛擬現實技術的研發和內容制作創新，企業無疑代表了“最先進的生產力”。但VR應用于教育，這不單單是技術問題，它改變了社會文化，是教育領域的一場革命。涉及教育變革，在產品設計的時候就要考慮很多因素。如前文所述，VR具有體驗、實驗、訓練等多種多樣的教育功能，每一項教育功能對教師都提出了很高的要求。VR教育軟件的構建應該基于開放性。只有共享和開放的聯盟機制才能吸引許多開發人員通過開放的基礎技術提供源源不斷的共享資源。

5.3 學校和教師要精于學習

一方面，教師自己要更新陳舊觀念，學習新技術，對于新的授課工具要充分地進行體驗和了解，做一個好的學習者；另一方面，教師是最了解學生學習“痛點”的人，基于此，教師更要從學生的學習發展出發，思考在技術輔助下的教學活動設計，在選擇VR教學素材，學習產品的時候，學校和教師也要做好把關人、過濾網的作用，將適合同學們的，優秀的產品設計留下，反之則要拒之門外。

6 結語

虛擬現實技術是教育教學技術的新方向，已經成為非常具有前景性的教學手段，它在培養個性化創新人才方面發揮著重要作用。當前在北京、上海等一線城市中，虛擬現實技術在教育上的應用已經得到了實踐的檢驗。在當今信息化、智能化、自動化的今天，教育智能化是大勢所趨。隨著虛擬現實的逐漸普及，虛擬現實技術必將改變學生的生活，激發教育教學活力。