VR技術(shù)在開放教育資源建設(shè)中的應(yīng)用*

李慧娟

江蘇開放大學 南京 210036

0 引言

開放教育依賴于學習資源的設(shè)計和傳送。由于沒有傳統(tǒng)的教師或教授面對面教學，資源建設(shè)在開放教育發(fā)展中占據(jù)重要作用。2021年10月19日工業(yè)和信息化部中國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院發(fā)布了《虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書（2021年）》，分析了虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀、特點及趨勢，預(yù)計虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)將進入新一輪爆發(fā)增長期[1]。科技的迅猛發(fā)展，為教育教學提供了全新的可能。VR（Virtual Reality虛擬現(xiàn)實）是一種能夠使人以沉浸的方式進入和體驗人為創(chuàng)造的虛擬世界的計算機仿真技術(shù)[2]。VR技術(shù)融合應(yīng)用新型顯示、傳感器、眼動儀、人工智能和大數(shù)據(jù)等多領(lǐng)域技術(shù)，能夠拓展人類的感知邊界，改變商業(yè)形態(tài)和服務(wù)模式[3]。隨著VR技術(shù)的發(fā)展與普及，如何將VR技術(shù)應(yīng)用于開放教育資源建設(shè)是本文研究的方向。

1 開放教育資源建設(shè)的現(xiàn)狀

目前，我國共享開放的學習資源是海量的，涉及面非常廣泛，支持平臺多樣，給學習者帶來了更多選擇，大大提升了學習者的體驗[4]。而隨著學習者學習需求的不斷提升，開放教育資源將不斷面臨形式更新和內(nèi)容更新。現(xiàn)有開放教育資源表現(xiàn)形式主要集中在二維層面，如通過傳統(tǒng)的圖像、文字、音頻、視頻等形式呈現(xiàn)教學內(nèi)容，資源更多呈現(xiàn)出單向的模式，缺乏一定的互動性；在智慧教育的趨勢下，教育資源建設(shè)應(yīng)該避免形式單一，確保每個學習者都能夠找到適合自己的資源形式。同時各個國家都在利用最新的科技手段，探尋發(fā)展開放教育資源新形式，開放教育資源將向多元化的形態(tài)轉(zhuǎn)變。

在資源內(nèi)容上，還存在著重復(fù)建設(shè)、相對過剩、與實踐相脫節(jié)、高質(zhì)量的開放教育資源還不具備量的優(yōu)勢的情況。隨著時間的推移、研究的深入，需要定期對資源內(nèi)涵進行調(diào)整。另外，開放教育更多依賴于網(wǎng)絡(luò)教學，這就導(dǎo)致學習者在網(wǎng)絡(luò)課堂中注意力較難集中，無法像在線下學習時那樣投入，學生需要能夠更具吸引力和幫助注意力保持的開放教育資源。

2 VR技術(shù)在開放教育資源建設(shè)中的優(yōu)勢

2.1 VR技術(shù)的特征

VR技術(shù)具有沉浸感、交互性、構(gòu)想性3個關(guān)鍵特性。

沉浸感是指參與者借助交互設(shè)備，存在于虛擬環(huán)境中的真實程度。VR技術(shù)可以生成一個非常逼真的虛幻世界，讓使用者產(chǎn)生了類似于身處現(xiàn)實世界的感覺。這個世界看上去、聽起來都是如此真實，操縱、運動的感覺是如此的逼真，以至于參與者能完全地沉浸其中。

交互性是指參與者可以對虛擬環(huán)境中設(shè)備、物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度[5]。通過使用專門的設(shè)備，參與者可以產(chǎn)生真實的使用效果，參與者不僅可以利用電腦鍵盤、鼠標進行交互，而且能夠通過特殊頭盔、數(shù)據(jù)手套等傳感設(shè)備進行交互。使用者通過自身的語言、身體運動或動作等自然技能，就能對虛擬環(huán)境中的對象進行考察或操作。

構(gòu)想性是指VR技術(shù)中的環(huán)境、任務(wù)、設(shè)備、機器都是虛擬的，是根據(jù)需求人為設(shè)計出來的，它不僅能將真實存在的環(huán)境完美再現(xiàn)，還可以根據(jù)設(shè)計者的創(chuàng)意創(chuàng)造出現(xiàn)實世界上不存在的環(huán)境。相較于呆板的圖紙，VR構(gòu)造的虛擬情景會更加生動和強大。

2.2 開放教育資源建設(shè)中使用VR技術(shù)的優(yōu)勢

當前的開放教育資源以圖文、視頻、音頻為主，雖然滿足了人人、時時、處處的學習需求，但師生之間缺少交互感和真實的臨場感，而VR技術(shù)通過虛擬建模的方式，不僅豐富了資源的形式，還能搭建更為真實的學習環(huán)境。VR技術(shù)在開放教育資源建設(shè)中體現(xiàn)出獨有的優(yōu)勢。

2.2.1 避免教學實驗課程中的風險

在傳統(tǒng)的實驗課程中，教師往往通過視頻的方式，展示實驗操作的具體方法，演示操作流程。學習者很多情況下受限于現(xiàn)實條件，無法直接進行操作。通過VR技術(shù)，一方面可以為學習者搭建一個虛擬的學習環(huán)境，讓學習者可以在虛擬的實驗環(huán)境中進行操作。另一方面，虛擬實驗室可以在盡可能真實的模擬實驗情況下，避免爆炸、有毒物質(zhì)、誤操作等因素給學習者帶來的傷害，避免真實實驗帶來的危險。

2.2.2 突破了時空限制

傳統(tǒng)的視頻、圖文資源對于時間、空間的展現(xiàn)有限，而通過VR技術(shù)能夠重構(gòu)出歷史場景、建筑構(gòu)造等，突破時間和空間的限制，幫助學習者構(gòu)建知識，拓展教學維度，提升教學質(zhì)量。

2.2.3 提供多樣化的學習環(huán)境

VR技術(shù)可以給學習者搭建更具人性化和學習氛圍的學習環(huán)境，運用VR技術(shù)可以根據(jù)學習者的個體差異，設(shè)計出不同的物體和場景，如通過VR技術(shù)模擬教學內(nèi)容中的人物和相關(guān)的教學場景。而且學習者可以根據(jù)自己的學習進度情況，調(diào)整自己的學習節(jié)奏。對特定場景的模擬，也可以讓學生產(chǎn)生身臨其境的體驗，激發(fā)學習者的學習興趣和學習積極性。開放教育中學習者的學習活動并不是在傳統(tǒng)的教室中進行，VR技術(shù)可以通過虛擬教室提供更貼近生活的教學環(huán)境，讓學習者能夠在更加生活化的場景中進行學習，提高了學習者參與學習活動的情境性與直觀性；

2.2.4 提升教學活動效果

VR技術(shù)的沉浸性特點可以讓學習者產(chǎn)生身臨其境的感覺，能有效提升教學活動的效果，使學習者更感興趣并能沉浸其中，讓學習能更加主動參與到學習活動中。情境學習理論認為知識是學習者在一定情境中主動建構(gòu)的，強調(diào)知識與情境之間動態(tài)的相互作用。而VR技術(shù)可以近乎完美地支持情境學習。通過提供豐富的感知線索、真實的學習情境、及時并多感覺的反饋，幫助學習者滿足情境學習的需要，提升學習效果。

3 VR教育資源的分類及應(yīng)用

VR教育資源的形式和種類是多樣的，根據(jù)VR教育資源的表現(xiàn)形式和具體應(yīng)用，將VR教育資源分為全景展示型、體驗訓(xùn)練型、平臺支持型三類。

3.1 全景展示型VR教育資源

全景展示型VR教育資源就是通過展示某些事物或環(huán)境的全貌，幫助學習者系統(tǒng)地習得知識。它主要應(yīng)用于展示現(xiàn)實生活中較難現(xiàn)場觀察到的事物或場景，通過虛擬技術(shù)讓學習者可以在虛擬空間中進行全方位參觀，形成立體感知。常見的全景展示型VR教育資源有路線展示圖、數(shù)字博物館、科普體驗室等場景。另一方面用來將抽象的理論進行形象化的展示，通過直觀展示加深學習者對知識的理解。如通過VR演示汽油機模型中由化學能轉(zhuǎn)化為機械能的做功沖程，詳細觀察轉(zhuǎn)化原理；化學VR中如何找到H元素和O元素，來組成一個水分子等。

3.1.1 全景展示型VR教育資源案例

我們以“VR科普角”這一教育資源為例詳細進行介紹，“VR科普角”是針對科普教育的知識點，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)和虛擬現(xiàn)實設(shè)備，以VR科普資源為基礎(chǔ)，打破傳統(tǒng)科普教育課的形式，為學習者提供沉浸式的科普知識學習和體驗，實現(xiàn)自主性學習、探究式學習等各種個性化教學方式，提升學生的學習興趣。此項目中包含豐富的教育資源，為學習者創(chuàng)設(shè)真實的教育環(huán)境，打造高度開放、可交互、沉浸式的內(nèi)容事件，加深體驗者對事件發(fā)展的理解。如“林則徐--單銜上疏”這個資源，如圖1所示。

圖1 “林則徐--單銜上疏”資源展示

進入郊外資源，可以體驗在清道光年間，大雨帶來的特大水災(zāi)導(dǎo)致農(nóng)田顆粒無收，林則徐到郊外視察，關(guān)懷百姓，安排賑災(zāi)事宜。在此過程中，通過背景音樂、音效、文字展示，配合故事敘事，讓場景更加真實，學習者更容易沉浸其中。

通過視覺錨點的跟隨，進入到衙門資源，體驗林則徐在衙門內(nèi)與眾多官員商討賑災(zāi)計策，決議要獨自上書朝廷為民請愿的場景。進入府內(nèi)資源，可體驗林則徐不顧衙役的勸阻，執(zhí)意要上書反映災(zāi)區(qū)慘況，雨夜在書桌奮筆疾書的場景。進入賞析資源，可以體驗以卷畫形式還原的林則徐賑災(zāi)時的心路歷程，以及表彰林則徐為民族為人民恪盡職守、興利除弊的高尚品格。

在全部資源體驗完成后，會自動返回前一頁面，可重新選擇進入進行再次體驗。可以幫助學習者全面、真實地了解整個事件的發(fā)生過程。

3.1.2 全景展示型VR教育資源設(shè)計

此類VR教育資源具有學習內(nèi)容豐富、學習環(huán)境真實輕松的特點，可以支持學習者進行自主探究學習，以體驗的方式讓學習者參與其中，多感官的參與能有效加強學習者的記憶、輔助認知。

全景展示類VR教育資源在設(shè)計時要注意具備完整的空間感和情景性，讓學習者能夠產(chǎn)生身臨其境的臨場感。在此類資源的建設(shè)中，要特別注意場景的真實還原。場景越真實，學習者的沉浸感越強。所以在虛擬場景的構(gòu)建中，坐標體系應(yīng)該與真實世界相匹配，物體間的比例關(guān)系要準確。同時在場景中可以加入音效、環(huán)境聲、故事等元素，使場景內(nèi)容更加豐富，兼具學習引導(dǎo)的作用。在交互過程中，可以有意識地進行反饋設(shè)計，如在VR資源中，設(shè)計一個視覺錨點，通過視覺錨點觸發(fā)不同的效果，如在安全教育VR資源中，學習者通過轉(zhuǎn)動頭部在房間中尋找滅火設(shè)備，當視覺錨點在正確的物品上短暫停留時，鏡頭拉近，自動拾起此物品。通過學習者的視線跟隨，增強環(huán)境交互的真實感。讓學習者可以有選擇性地參與學習，充分體現(xiàn)學習者的主觀能動性。

3.2 體驗訓(xùn)練型VR教育資源

體驗訓(xùn)練型VR教育資源是利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，構(gòu)建一個三維虛擬的實驗實訓(xùn)場景。學習者在此場景中，通過佩戴數(shù)據(jù)手套、頭戴式設(shè)備、三維控制設(shè)備、力量反饋設(shè)備等，運用動作捕捉、位置追蹤等手段，實現(xiàn)與虛擬場景之間的交互。

體驗訓(xùn)練型VR教育資源多應(yīng)用于各種危險環(huán)境、操作對象在現(xiàn)實中難以獲得、實操訓(xùn)練成本高、新設(shè)備和新產(chǎn)品的實驗驗證等情景，如外科手術(shù)訓(xùn)練、空間站維修訓(xùn)練、各類物化實驗、機械設(shè)備拼裝、特殊技能訓(xùn)練等。

3.2.1 體驗訓(xùn)練型VR教育資源案例

以“高空救貓”這一教育資源為例詳細進行介紹，如圖2所示。

圖2 “高空救貓”資源展示

“高空救貓”是讓學習者體驗如何在高空開展救援任務(wù)并發(fā)現(xiàn)常見的問題。此項目需要佩戴VR頭盔、耳機、手持2支VR手柄。啟動VR高空救貓程序后，學習者的初始位置應(yīng)處于電梯內(nèi)。通過手柄扳手，電梯將上升至20層高空。到達高空后，電梯門打開，可看到懸于高空的木板上，有需要救援的小貓，玩家可走向小貓，體驗高空救援的全過程。

3.2.2 體驗訓(xùn)練型VR教育資源設(shè)計

體驗訓(xùn)練型VR教育資源可大幅縮減成本，提高技術(shù)習得的效率，而VR技術(shù)的沉浸性和交互性，可以使學習者全身心地投入學習環(huán)境中去，十分適用于對學習者技能的培養(yǎng)。

體驗訓(xùn)練型VR教育資源在設(shè)計時，首先，要求設(shè)備的精準性高，如果展示項目中包含手柄等互動設(shè)備，要注意保持虛擬場景和真實場景的一致性，如在虛擬場景中出現(xiàn)的手柄，在大小、轉(zhuǎn)動方向、拾取動作上應(yīng)與現(xiàn)實中的一致。根據(jù)具體要求，也可以采用真實手部模型進行替代，大小比例應(yīng)與現(xiàn)實場景中一致，避免給學習者的自我認知造成困惑。其次，要充分評估學習者參與其中的行為，預(yù)估出學習者的姿勢、動作、參照物比例等，針對學習者不同的行為采用不同的設(shè)計策略。在虛擬環(huán)境中設(shè)置合適的參照物，根據(jù)參照物設(shè)計虛擬場景中的物體、空間比例，如果在虛擬環(huán)境中比例失調(diào)會極大地影響學習者的沉浸體驗，甚至會產(chǎn)生不適的感覺。最后，要符合認知習慣，提供多感官、自然性的交互，所有的交互行為都應(yīng)具有動作開始和結(jié)束的暗示，提供實時、持續(xù)的反饋。

3.3 平臺支持型VR教育資源

2007年UNESCO進一步明確和擴展了開放教育資源定義，指基于互聯(lián)網(wǎng)，以教育和研究為目的，可供自由、開放使用的數(shù)字化資源，包括內(nèi)容和相關(guān)技術(shù)工具[6]。平臺支持型VR教育資源即指即具有平臺特性，同時能實現(xiàn)虛擬化物體和場景搭建的全流程支持。此類資源最常用于設(shè)計類課程，方便學習者快速驗證自己的設(shè)計思路和想法，打破傳統(tǒng)教學方式，通過沉浸式虛擬現(xiàn)實技術(shù)為教育教學帶來全新的亮點。提高學習者興趣及動手設(shè)計能力，同時能夠幫助教師更直觀檢驗學習者的學習成果，進行學習評價及反饋。

3.3.1 平臺支持型VR教育資源案例

我們以“101VR室內(nèi)設(shè)計教學平臺”為例詳細進行介紹。“101VR室內(nèi)設(shè)計教學平臺”將VR技術(shù)與室內(nèi)設(shè)計相結(jié)合，提供室內(nèi)設(shè)計專業(yè)教學、實訓(xùn)整體解決方案。平臺核心功能包括習作鑒賞、案例分發(fā)、師生交互、智能備課、自動作業(yè)收發(fā)以及“所見即所得”的可視化設(shè)計呈現(xiàn)，同時可將作品一鍵轉(zhuǎn)換為虛擬現(xiàn)實全景模式，通過VR設(shè)備創(chuàng)造虛擬體驗空間，如圖3所示。

圖3 “101VR室內(nèi)設(shè)計教學平臺”資源界面展示

學習者通過沉浸式體驗逼真的室內(nèi)裝修效果，激發(fā)創(chuàng)造性思維，更好地理解和掌握設(shè)計技能。平臺以U3D引擎為基礎(chǔ)底層，支持一鍵導(dǎo)入戶型圖，生成3D房間模型，實時渲染可快速生成裝修成品圖。內(nèi)含3D資源，支持獨立調(diào)用、再組裝，并且可對單一的建裝資源做進一步的個性化設(shè)計，實現(xiàn)資源的復(fù)用。可以快速實現(xiàn)房屋3D模型的建立，所有的建裝資源支持獨立調(diào)用、再組裝和對單一的建裝資源的個性化設(shè)計。

平臺所有的3D設(shè)計方案都一鍵轉(zhuǎn)為虛擬現(xiàn)實全景模式，只需戴上VR眼鏡，即可在虛擬現(xiàn)實的設(shè)計全景中，進行真實的空間合理化布局檢驗、交通流線檢驗等，能夠直觀地了解建筑結(jié)構(gòu)與圖紙施工效果，快速預(yù)見問題。

平臺提供豐富的案例資源，案例與課程搭配，直觀呈現(xiàn)設(shè)計理念，快速掌握設(shè)計技能。平臺提供系統(tǒng)的配套教材知識體系、覆蓋綜合性的教學與實訓(xùn)功能，101教育PPT、作業(yè)系統(tǒng)，IM實現(xiàn)課堂內(nèi)外無縫連接；案例分享便于示范教學，激發(fā)創(chuàng)作靈感；實訓(xùn)與作業(yè)讓學習向注重實踐、注重動手、注重過程、注重創(chuàng)意實現(xiàn)方面發(fā)展。

教師在進行室內(nèi)設(shè)計授課時，可以運用平臺提供的大量不同類型的資源作為案例進行講解，并可以選擇將案例輸出到VR進行360度全景的體驗，可以更好地讓學習者理解授課內(nèi)容。學習者可以通過平臺進行作品分享，對應(yīng)班級組織成員可以進行查看和鑒賞。

3.3.2 平臺支持型VR教育資源設(shè)計

此類VR教育資源具有平臺支持性，所以應(yīng)包含多種形式教學資源庫及實用教學工具，可開放、共享、兼容多種教學設(shè)備和教學資源，包括移動設(shè)備、頭戴式VR設(shè)備、MR設(shè)備、桌面式交互設(shè)備、白板、大屏等。VR平臺應(yīng)集成多種硬件及AI系統(tǒng)，讓師生會聚于VR中，營造趨近真實的互動體驗，充分發(fā)揮VR的教學支撐作用。研究發(fā)現(xiàn)教育平臺的感知易用性對感知有用性呈正相關(guān)，開發(fā)VR教育平臺時，要考慮平臺的易用性，注重學習者的操作難度，滿足學習者沉浸感的需求，提供沉浸式場景。提供充足的虛擬場景庫、虛擬物件庫、訓(xùn)練考核庫等資源，可以實現(xiàn)考核網(wǎng)絡(luò)化。建立個人檔案，為學習者的精細化管理提供依據(jù)。

4 VR技術(shù)在開放教育資源應(yīng)用中的困境

4.1 較高的技術(shù)挑戰(zhàn)

相較于其他教育資源，VR教育資源設(shè)計和開發(fā)的門檻高，對設(shè)備的依賴性較大。VR資源需要頭顯的分辨率至少要達到 4k，有的甚至有更高的畫質(zhì)要求，當分辨率不足夠大時，會在一定程度上產(chǎn)生眩暈感，影響沉浸式的體驗感；很多VR資源外表看起來很吸引人，但內(nèi)容卻不如人意，其主要原因就是設(shè)計者在教育教學理論積累和經(jīng)驗方面的欠缺。因此，VR教育資源的開發(fā)，除了需要開發(fā)者有很強的創(chuàng)新能力和設(shè)計能力，還要具備一定的教育教學學科背景。

4.2 對教師提出新要求

VR教育資源在教學過程中呈現(xiàn)獨有的優(yōu)勢，但在虛擬環(huán)境中，會提供多樣的功能以及豐富的場景，這些可能會成為學習者的干擾信息，影響學習者對于學習內(nèi)容的注意。同時VR技術(shù)具有沉浸性的體驗感，往往包含了多元信息傳送方式，比如說在一個虛擬場景中會通過聲音、文字、圖像、力感等多種方式傳達教學信息。但是多渠道的信息傳遞和多感官刺激，容易對學習者造成認知負荷，所以在進行教學設(shè)計的時候，教師要特別注意避免信息冗余和注意分散等問題。在活動設(shè)計中要特別注意對學生注意力保持的設(shè)計。同時在VR教育資源的使用中，教師較難監(jiān)控教育過程的開展，所以在整個過程中，如何時時監(jiān)管學習者的行為，形成有效的形成性評價，也需要教師進行引導(dǎo)和干預(yù)。

同時，應(yīng)用VR技術(shù)開展教育教學，本來應(yīng)用性就極強，對教師的素質(zhì)要求很高，而目前還缺乏系統(tǒng)有效的VR技術(shù)培訓(xùn)，而培養(yǎng)一批既懂VR技術(shù)，又擅長開放教育教學模式的教師將成為關(guān)鍵。

4.3 資源評價缺失

在開放教育VR資源建設(shè)中，對什么是優(yōu)質(zhì)的VR教育資源，如何長期、可持續(xù)地推進VR教育資源的建設(shè)，如何評價VR教育資源建設(shè)帶來的成效等問題尚沒有明確的標準和規(guī)劃。標準的缺失導(dǎo)致質(zhì)量得不到應(yīng)用的保障，這樣就無法客觀、全面地對VR教育資源的質(zhì)量進行評價。導(dǎo)致目前VR教育資源建設(shè)質(zhì)量參差不齊，不能更好地服務(wù)于學習者需求。

4.4 比較高昂的費用支出

要將VR技術(shù)投入開放教育中使用，那就必然要購買相應(yīng)的VR產(chǎn)品和設(shè)備，這將直接導(dǎo)致教學成本的提高。除了硬件價格昂貴外，頭戴設(shè)備等的兼容還比較差，有時同一品牌的產(chǎn)品對于不同應(yīng)用都存在不兼容的現(xiàn)象。同時，絕大部分的VR產(chǎn)品的功能與價格成正比關(guān)系，即功能越完善，成本也越高，而價格相對較低的VR產(chǎn)品，其性能也比較差，導(dǎo)致學生體驗也不好[7]。

5 結(jié)束語

雖然目前VR在教育資源建設(shè)的應(yīng)用上還存在一些困難，但是VR技術(shù)在教育中的作用和優(yōu)勢愈加凸顯。未來是智能教育時代，技術(shù)支持高質(zhì)量的教育教學是必然趨勢。將VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)與開放教育資源建設(shè)深度融合，開發(fā)出符合學習者特色、滿足學習者需求的教學資源，將是“VR+開放教育”的主要著力點。相信VR教育資源將促使學生主動獲取更多的知識與技能，使開放教育能夠得到更長遠發(fā)展。