高林

（黑龍江教師發展學院 黑龍江省哈爾濱市 150080）

VR虛擬現實技術在教育教學領域中的應用，可謂充分發揮出了虛擬現實技術的巨大優勢與作用，實現了教育領域的立體化、全方位發展，這對進一步推動教育行業的良好發展有著十分巨大的作用。為此，越來越多的教育工作者加強了對VR虛擬現實技術的研究，以期借助VR虛擬現實技術引入更加多樣化的教學手段，改變原本枯燥乏味的傳統教學方式，激發學生的學習興趣，提高教學內容的互動性以及教師的工作效率，尤其現在5G 的到來，為VR虛擬現實技術提供技術保障，使其可以更好地應用到教育領域當中。也正因如此，做好VR虛擬現實技術在教育教學領域中的應用則具有十分重要的現實意義。鑒于此以下筆者在梳理了相關參考文獻的基礎上，從多個角度入手就VR虛擬現實技術在教育教學領域中的應用展開綜合闡述，以期為VR虛擬現實技術在教育教學領域的應用研究做出有益的參考與借鑒。

1 VR虛擬現實技術的概念

VR虛擬現實技術本身是一種結合了計算機、多媒體、仿真圖像等多種電子技術于一身，而形成的一種新興的計算機技術。VR虛擬現實技術主要由虛物實化、實物虛化、計算機處理高性能技術這三個方面組成。其中，模型構建、聲音定位以及視覺、空間跟蹤等可謂是VR虛擬現實最為關鍵的技術。而正是這些關鍵技術的運用，使得VR虛擬現實技術能夠通過計算機仿真系統，建立起一個具有極強仿真效果的虛擬世界，實現用戶對虛擬環境的檢測與操作。所以說，VR虛擬現實技術是一個十分具有挑戰性的交互技術。具體而言：模型構建技術是構建虛擬世界的技術基礎，主要是利用計算機在虛擬世界之中打造一個現實世界的物體，并且保留了這個物體本身的物理屬性；聲音定位主要是利用不同聲源所具備的傳輸特點，對虛擬環境中的聲音加以定位跟蹤；視覺跟蹤主要借助視頻攝像機達到X-Y 平面陣列，根據周圍的光或者是跟蹤光在投影平面中產生的投影，對被跟蹤對象的實際方向與位置實施計算，進而使用戶在虛擬環境中獲得真實的感官享受；空間跟蹤主要是借助交互設備以及空間傳感器，對用戶在虛擬世界中的方向與位置進行確定。

也正因如此，在某種程度上VR虛擬現實技術能夠借助計算機形成十分逼真的虛擬世界，這個虛擬世界的真實感足以迷糊人們的感官。這種迷惑行為會使很多用戶沉浸在虛擬環境中，這就是VR虛擬現實技術打造的沉浸感。而打造沉浸感的根本目的，就是為了讓用戶能夠集中注意力，基于此種目標VR虛擬現實技術必須要具備三種技術要素，如圖1所示。通過這幾種技術要素的相互關聯、相互作用，恰恰能夠給予用戶一種存在意識，認為自己就存在于這個虛擬環境自重，從而產生更為強烈的沉浸感。

為此，近些年來國內外專家均都加強了對VR虛擬現實技術的關注，也進一步加快了VR虛擬現實技術的蓬勃發展，以至于現如今的VR虛擬現實技術被廣泛應用到各個科學研究領域之中。特別是在教育教學領域中憑借著其獨有的特征，獲得了較大的發展并取得了十分不錯的成績。

圖1：VR虛擬現實技術的要素

2 虛擬教學概念

虛擬教學是基于現代人才培養觀念，將傳統教學與信息技術相互結合，而形成的一種新型教學模式，以促使人類進入到虛擬空間內執行教育活動。也正因如此，在虛擬環境中開展的所有教、學活動，都可以稱之為是虛擬教學。

如若從狹義的角度對虛擬教學進行分析，則可以將虛擬教學定義為在教育領域中充分借助于VR虛擬現實技術，打造一個虛擬學習環境，并且在這個虛擬學習環境中再現客觀現實，進而通過逼真的模擬操作使學生們利用感官感受來獲得更多的知識信息，最大限度的激發與調動學生們的學習熱情，開拓學生的新思維與創造力。同時，虛擬教學也有助于延伸教學空間，擴充教學資源。所以，教師利用VR虛擬現實技術進行教育教學活動具有十分重要的現實意義。而這種嶄新的教育教學模式，正是教育領域的重要革命，是推動我國教育發展的巨大助力。

3 VR虛擬現實技術在教育教學領域中的應用

3.1 在虛擬實驗室中VR虛擬現實技術的應用

利用VR虛擬現實技術能夠打造出一個十分逼真的虛擬實驗環境，進而使學生們在虛擬實驗環境之中實現情景化目標。最早美國大學就是將VR虛擬現實技術應用到人體解剖學中以搭建虛擬實驗室，并通過直播的方式讓學生觀看癌癥手術的全部過程。自此之后，其他國家也相繼開始應用VR虛擬現實技術搭建虛擬實驗室。而近些年來，國家支持我國一些大學也開始積極的利用VR虛擬現實技術，搭建與開發屬于自己的虛擬實驗系統，以此降低不同教育教學領域在實驗過程中可能發生的危險系數與成本。如在飛機駕駛的虛擬教學中，可以通過VR虛擬現實技術進行模擬操作，以避免學生因不夠熟練駕駛而發生的意外墜機事故。與此同時，依托VR虛擬現實技術還可以依據不同的教學活動搭建不同類型的虛擬訓練場景，設置教學所需的訓練模式，實現訓練技能的重復操作，以便于學生能夠在虛擬環境之中通過反復訓練熟練的掌握相關技能。這恰恰有利于降低教育教學經費的實際投入，更好的節約教學實驗資源，實現資源的最大化利用。

3.2 在虛擬教學中VR虛擬現實技術的應用

VR虛擬現實技術在虛擬教學中的應用，有利于教育教學模式的創新，有利于教育教學內容的擴充。這是因為VR虛擬現實技術的應用能夠優化教學過程，使教學內容更加生動、形象的表現出來，以此提升教育教學工作效率。同時，借助于VR虛擬現實技術還能夠真實再現情景化學習，并人機互動來提升學生們的學習興趣，這為保障教育教學質量起到了至關重要的意義。如在數學、化學以及物理等學科中借助VR虛擬現實技術，能夠構建出課堂教學所需的實物模型，以幫助學生更好的了解與學習較為抽象化的概念。也就是K12，特別是在虛擬環境中，學生可以對構建的實物模型進行隨意的拆解與移動，進而實現各個角度的細致化觀察，加強自身對三維物體的印象，為后續知識點的學習打下良好的基礎，通過虛擬操作完成實驗內容與考試，尤其針對危險的實驗，可以大大提升安全性；在很多學科的學習過程中往往會涉及到很多的歷史事件，而借助于VR虛擬現實技術恰恰能夠讓學生參與到這些歷史事件中，如親身經歷并且感受到歷史文明，勢必會大大提高學生們的學習效果。

3.3 在虛擬數字化校園中VR虛擬現實技術的應用

近些年來網絡教育早已受到社會各界的高度關注與青睞，也正因如此各大高校也積極響應時代的發展潮流，引入新技術構建校園網站，打造虛擬校園，以實現校園教學、教務、生活的三維立體化發展，讓學生能夠更加自由的學習與獲取。尤其是以分布式虛擬校園系統構建的遠程教育，以及分校區校園環境的相關設置，更是借助了VR虛擬現實技術才得以實現的遠程虛擬教學，這種教學方式更有利于全民教育工作的開展，能夠直接幫助更多的社會人員參與到高等素質教育的學習之中。特別是虛擬教學環境的搭建，能夠為學習者營造出一個更加生動、更加逼真的學習環境，使學習者真正參與到虛擬環境中，以此彌補遠程教育在交互環節上的不足，真心實現教育教學工作的全面化、有效化。

4 VR虛擬現實技術在教育教學領域中面對的挑戰與建議

4.1 VR虛擬現實技術在教育教學領域中面對的挑戰

4.1.1 硬件配置與虛擬現實要求差距較大

對于VR虛擬現實技術而言，缺乏感性化的原始豐富性是其不可避免的一個重要局限問題。也正因如此，VR虛擬現實技術的應用就對硬件技術提出了相對較高的要求。然而現如今的市場，最缺乏的就是成熟的VR 產品。尤其是在教學課堂中不集成顯示器——頭戴式VR 是最常見的存在，只需要在VR 設備中放入配有VR 軟件的移動終端，使用者便可以參與到課堂教學中，成本低廉。但是這種VR 教學的最大缺陷就在于顯示分辨率相對較低，會在一定程度上對使用者的沉浸式體驗造成不好的影響，且缺乏使用者的感官反饋，長期使用下去還會給使用者帶來身體上的不適，所以說VR虛擬現實技術在教育教學領域中的應用中，還需要不斷的進步，提高硬件配置，降低成本，提供最佳的用戶體驗，才是發展重點。

4.1.2 教學內容匱乏

與VR 虛擬游戲不同，VR虛擬現實技術在教育教學領域中的應用對內容更加看重。可以說每一堂VR 課程的制作都需要遵循規定的步驟逐一進行制作，至少需要包含課程、動畫、美術、角色等設計工作以及情節交互策劃，資源整合等諸多工作，這些工作無論是工作量，還是對工作精細程度要求，都要遠遠的高于一般的課程制作。再加之，VR 制作成本往往相對較高，而現如今的硬件與內容體驗感受均不是很好，也就導致了VR 客戶群相對較為局限，在某種意義上VR 教育內容根本無法為團隊帶來實際的盈利。所以，基本此種情況很少有團隊會專門研究并且開發虛擬教育，且現如今的虛擬教育也并無法得到所有教育團體的認可，以至于VR 教育系列產品相對較少。

4.2 VR虛擬現實技術在教育教學領域中的建議

（1）從國家政策的層面推動VR虛擬現實技術在教育教學中的應用。只有提高VR虛擬現實技術在教育教學領域中的整體效益，才能夠使VR虛擬現實技術的教育需求導向得以突出，在教育教學領域得以普及化發展。尤其疫情期間助推了線上教學，全球都在開展網絡教學，VR 及線上信息化手段正在發揮越來越重要的作用。隨著疫情常態化發展，不管是小學還是大學都可以是采用線上和線下多種教學模式，而VR虛擬現實技術則是起到助推作用。所以，筆者認為應該由政府為主導，構建產學研相結合的虛擬教學研究體系。也就說充分利用法律與政策手段，加大對VR虛擬現實技術的扶持力度，鼓勵學校進行教學模式改革，鼓勵高校多支持虛擬現實實訓室的建設和申報專項課題的研究，以發揮應用示范的作用。

（2）從VR 產業方面推動VR虛擬現實技術在教育教學中的應用。VR虛擬現實技術本身就代表著最先進的科學技術，可以說VR虛擬現實技術在教育教學領域中的應用，不單單改變了社會文化，更是教育界的一場巨大革命，所以在VR 產品的設計上，就必須要考慮到諸多的影響因素。尤其是前文中詳細闡述了VR虛擬現實技術的特點，這也就決定了在構建VR 教育軟件上必須要基于開放性，以共聯盟機制吸引更多的開放人員，從VR 產業上提供源源不斷的后續力量，促進VR 教育的良好發展。

（3）從教師自身層面推動VR虛擬現實技術在教育教學中的應用。教師不僅是VR虛擬現實技術的直接使用者，更是最了解學生痛點的指導者。所以，要想更好的推廣VR虛擬現實技術的應用，教師首先應該打破自身的陳舊觀念，積極的響應并且學習VR虛擬現實技術，充分掌握該項技術在教育教學領域中的應用，進而最大限度的發揮出VR 教育的優勢。同時，教師應該從學生的實際需求出發，基于VR虛擬現實技術的輔助做好教學活動的設計，做好VR 素材的把關與過濾，從而為學生的實際使用留下優秀的產品。

正是因為VR虛擬現實技術能夠構建起一個十分逼真的虛擬現實環境，使學生們在這個虛擬環境之中順利達成情景化目標，實現不同教育活動的虛擬技能訓練。所以說VR虛擬現實技術在教育教學領域中的應用，儼然已經成為推動教育領域發展與進步的重要工具。尤其是在在信息化與智能化高速發展的今天，全面鋪開5G建設，VR虛擬現實技術在教育教學領域中的應用早已是大勢所趨，眾望所歸。所以，在今后的教育教學工作中，更要加強VR虛擬現實技術與傳統教學模式的有機融合，使虛擬教學越來越大眾化、普及化，全面加快我國教育現代化的建設進程。