淺談虛擬現實在教育中的應用前景

張青霞

【摘 要】本文就虛擬現實教育若干問題給予分析，淺談其特點及教學模式，從而對其在教育中的應用前景進行探討。

【關鍵詞】網絡教育；學習過程；虛擬現實教育

一、網絡教育的發展狀況

隨著Internet在我國的日益普及、網絡教育在我國也迅速發展起來。有學者將我國的網絡教育分成以下四類：

1、同步式網絡教育。這種教育的教學內容與過程與具體的中小學教學過程緊密結合，實際上是基礎教育領域中課堂教學的延伸。如北京重點中學101中學與高拓電子公司聯合推出的“101中學遠程教育網”就是這樣一個例子。學生每周可從網上接收101中學一周的同步教育內容、疑難問題解答及模擬試題。目前已聯網教授包括初一至高三年級的數學、物理、化學、語文、外語，全部由一線骨干教師提供內容。師生之間可以通過電子郵件提問和答疑。

2、學歷式網絡教育。目前教育部已經批準清華大學、北京郵電大學、浙江大學、湖南大學四所通過網絡開展本科學歷和研究生學歷的教育。這類教育由于有文憑的號召力量，且能夠解決成人教育受時空限制太多的問題，現在發展也非常快。

3、益智式網絡教育。這類網絡教育著眼于發展學生興趣愛好，它是通過設計一個個問題，讓學生自主參與解決問題的過程，并在這個過程中學習知識，發展技能。但這種網絡教育在我國還較少。

4、培訓式網絡教育。這種網絡教育的目標是使學習者快速形成某種技能，學到某種實用知識。它的課程實具較強的實用性、職業傾向性。與現在的職業技術教育相類似。在如今競爭激烈、知識更新換代迅速的信息時代，這種網絡教育本應得到迅速發展，但遺憾的是，相對同步式與學歷式網絡教育，它的發展非常緩慢。

通過以上介紹，我們不難發現我國網絡教育發展存在以下幾個問題：

（1）網絡教育主要面向基礎教育，而高等教育、職業技術教育和繼續教育領域不夠完善。

（2）網絡教育只是傳統課堂教育在遠程教育的簡單延伸，在網上的教學內容只是教師在課堂上的講義，授課的形式由在同一教室的教師講，學生聽變成在不同對方教師講，學生聽。學生在授課中仍舊處于被動地，網絡教育所具有的交互性、協作性。信息量大的優點沒有充分發揮；

（3）網上的絕大多數教學內容是為了應付考試服務的，針對各種考試如中考、高考、托福、GRE進行輔導，提供大量的模擬題讓學生訓練，這其實成了一種變相的題庫；

（4）受應試教育影響較深最能體現網絡教育特點的第三種、第四種類型在我國發展緩慢，網絡教育的優勢并非真正體現。

二、虛擬現實教育

1984年美國的Willian·Gibson在一本名為Newromancerd的書中，幻想人類可以漫游于計算機模擬生成的世界之中，并第一次使用了Virtual Reality（虛擬現實，簡稱VR）一詞。對于VR的概念，計算機科學家Isadale在1993年在Internet網上給出的概念比較精煉：虛擬現實是人類與計算機和極其復雜的數據進行交互的一種方法。

VR的特點及類型，理想的VR系統應具有如下幾個特點：

·多媒體信息感知性。VR系統具有感知視、聽、觸、嗅、味多種信息的能力；

·沉浸性。用戶將感覺不到身體所處的外部環境而“融合”到虛擬世界中去；

·交互性。用戶通過三維交互設備直接控制虛擬世界中的對象；

·自主性。VR世界中的物體可按各自的模型和規則自主運動。

雖然在理論上VR系統應具有上述的特征，但由于實現時各種條件的限制而有所差異。根據交互界面的不同，可將VR系統分為幾種不同的類型：

（1）世界之窗（Window on World Systems-WoW）：這種系統使用普通的計算機監視器來顯示虛擬世界，用戶通過鍵盤、鼠標來控制在虛擬世界中的運動，如同通過窗戶觀察世界一樣。這是目前應用最多、實現最方便、最經濟的一類VR系統。

（2）視頻映射（Video Mapping）：這是WoW系統的一個變種，它使用視頻輸入設備將用戶的身影與虛擬世界的圖像合成在一起，用戶通過監視器來觀察自身與世界的交互。

（3）沉浸式系統（Immersive System）：這種系統完全將用戶的視角及感覺包容在虛擬世界內部，用戶所看到、聽到、碰到乃至聞到和嘗到的都是虛擬世界中的物體。這是最理想的VR系統。這種系統的一種方法就是用多個投影顯示建造一個“洞穴”或房間，觀察者站在其中。

（4）遙控系統（Teleprescence）：這種系統不同與完全由計算機生成虛擬世界的系統，它是真實世界的反映。這種技術是把真實世界中的遠程傳感器與操作者的感覺聯系起來。比如用在異地帶有攝像機的機器人處理危險情況，醫生用窺鏡做手術等。

（5）混合系統（Mixed Reality）是遙控系統和VR系統的集成。這種技術將計算機生成的圖像與真實世界的圖像合成在一起。比如醫生在做外科手術時看到的可能是預先用CT掃描獲得的圖像與實時超聲波掃描圖像的疊加圖像；或者戰斗機駕駛員看到的是地圖與數據的合成圖像等。

三、虛擬現實在教育中的應用前景

進入90年代，虛擬現實技術發展很快，并從一種研究工具走向實際應用領域。由于虛擬現實能提供一種豐富我們日常的學習、生活的經驗，它在人類活動的各項領域如建筑、考古、藝術、娛樂、運動、航空、醫學、軍事及教育等領域將會起著重要作用。在虛擬現實的學習中，高水平的交互作用和個別化提高了學生的學習興趣，學生不僅僅當一個觀察者，還是一個積極的參與者。美國學者斯圖爾特和托馬斯于1991年列出了虛擬現實在教育中的八大用途：

·探索學生用其它方法不能接近的現有的地方和事物；

·探索如果沒有大小和時間的改變，就不能有效測量的真實事物；

·創造具有可變特性的地方和事物；

·通過一個有共同興趣的全球俱樂部與居住在遙遠地方的人相互交流，或者與來自世界各地的學生在課外自修項目上進行合作；

·在想象的空間與真實的人進行交流以支持重復的設計；

·以非現實的方式與真實的人相互交流；

·創造和操作數據結構和數學的功能等抽象概念的表征；

·與參加模擬談判的代表，不同人生觀的歷史人物代表的虛擬的人進行交流。

在這方面，西方發達國家的一些實踐展示了VR在教育領域中令人鼓舞的應用前景。由于技術先進、設備昂貴，目前在我國這方面的研究與實踐還都集中于軍事與仿真領域。下面略舉幾例VR在教育中的應用。

美國在卡羅琳大學的虛擬技術教育實驗室發明了一種虛擬現實系統用來教兒童區分他們家里安全的和危險的地位。代頓大學研究所組織設計了一個被稱為“女孩子能做任何事情”的采用虛擬現實方法的程序，用來激發鼓勵青春期女孩子為將來的職業做準備。“虛擬樂隊”為音樂學院指揮專業的學生解決了實踐太少的苦惱，只要你佩戴一種磁性的傳感器，隨著你指揮動作的變化就會產生相應的演奏效果。1995年在Internet上曾經進行了一個引起世界性轟動的教育課題：“虛擬青蛙解剖”。在這個虛擬實驗室里，你可以用虛擬手術刀一層層地分離青蛙，觀察它的肌肉和骨骼組織，與真正的解剖實驗幾乎一樣，但沒有嗆人的藥水味。同時為了能更詳盡地觀察，你還能夠任意調整觀察角度，放大或縮小圖像。……

類似的例子還很多。許多以往無法或較難演示的實驗或工程過程，現在都可以通過虛擬現實學習系統來實現。相信在不遠的將來，虛擬現實教學系統將是教育教學的一個新方向。教師和學生能以新的、有效的方式對學習環境進行操作和控制。隨著這些系統越來越便宜，它們的應用將會可能和可行，教學也將更個別化。

【參考文獻】

[1]肖樹滋主編：《電化教育概論》，北京師范大學出版社；

[2]珍妮特·沃期，戈登·德萊頓著《學習的革命》，顧瑞榮，陳標，許靜譯，上海三聯書店；

[3]陳淑英著：《視聽媒體與方法在教學上的應用之研究》，文景出版社印行；

[4]韋有雙、王飛、馮允成：《虛擬現實與系統仿真》，1999.4.