虛擬現實技術在現代教育中的運用

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摘要：隨著現代信息技術及多媒體技術的快速發展，各種各樣的以現代信息技術為依托的新型教育模式應運而生。虛擬現實技術的產生為現代教育的信息化、網絡化發展翻開了一個新的篇章。本文在闡述虛擬現實技術概念及特征的基礎上，從教學理念、教學手段、教學內容三個方面探討了虛擬現實技術在現代教育中應用的優勢及作用。最后，嘗試性提出了虛擬現實技術在現代教育中應用的具體方式，為推進虛擬現實技術在現代教育領域的應用提供有益的參考。

關鍵詞：虛擬現實技術；現代教育；遠程教育；模擬實驗

傳統的教育模式已經難以適應和滿足現代教育的需求。單一的紙質教材、單向灌輸的教學方式以及精工細作的教學內容嚴重影響教學質量的提升。在此形勢下，教育教學的改革與創新已經勢在必行。虛擬現實技術的出現及應用很好地解決了這些問題。實踐證明，基于虛擬現實技術的教育教學方式更加適應大容量快節奏的現代教育需求[1]。因而，廣大教育工作者以及相關領域研究者對虛擬現實技術高度重視，并大力推廣其在教育教學領域中的應用。

1虛擬現實技術的概念及特征

虛擬現實技術指的是利用計算機技術為學習者提供一個可感知的三維空間虛擬環境，在這個虛擬環境中學習者可以通過視覺、聽覺、觸覺相互感知和交流，產生一種身臨其境之感。虛擬現實技術作為一種以強化人機交互功能為目標的技術，整合了計算機圖形學、人機接口技術、人工智能技術以及可視化技術等多種先進技術的優勢，可以讓學習者沉浸在虛擬現實環境中，激發學習動機、增強學習體驗、實現情境學習[2-3]。具體而言，虛擬現實技術有三大突出特征：1）交互性，可以實現與自然技能十分接近的交互；2）沉浸感，可以使學習者完全沉浸在虛擬現實世界中；3）想象性，可以使現實世界中許多不存在或不易被察覺到的情景變得具體化。

2虛擬現實技術在現代教育中應用的優勢及作用

虛擬現實技術在現代教育中的應用具有很大的優勢及作用。基于虛擬現實技術的現代教育教學模式中的學習情境、學習資源和學習工具都進行了全面的革新。這種革新能夠有效作用于傳統的教學理念、教學內容以及教學手段，使之更加完善，更加符合現代教育的發展趨勢和要求[4]。需要強調的是，這種優勢及作用是不會“自我發揮”的，需要教師不斷充實自我，積極接受虛擬現實技術，更新教學理念、改進教學手段、拓展教學內容，全面提高自身的綜合素質能力。

2.1發展教學理念

我國現有的教育理念與國際上先進的教學理念相比，還存在很大的差距。虛擬現實技術的應用有助于促進我國教學理念的發展，實現與國際先進教學理念的接軌。這無論是對我國教育事業可持續發展而言，還是對推進社會主義精神文明建設而言，都具有重大現實意義[5]。從教師的角度講，虛擬現實技術的輔助教學功能是十分強大的。這就意味著教師要徹底打破傳統的“三中心”教學理念，鼓勵學生自主學習與探索。但是，這并不等同于教師在教學過程中的作用減弱了。相反，基于虛擬現實技術的教育教學模式對教師的綜合素質能力提出了更高的要求，教師不僅要學習虛擬現實技術的操作與應用，還要扮演講解者、引導者、組織者多重角色。虛擬現實技術對教師素質能力提出的要求與建構主義學習理論、情境學習理論、自我導向學習理論等并無本質區別[6][7]。由此可見，虛擬現實技術在現代教育中的應用能夠幫助教師發展教學理念，逐步與世界先進的教學理念接軌。

2.2改進教學手段

長期以來，我國教育采用以教師講解為主的教學手段，形式單一、枯燥，很難激發學生的學習興趣。虛擬現實技術的應用為我國傳統教學手段的改進提供了有利契機。在虛擬現實技術的支持下，可以充分實現人機交互，使學生的視覺、聽覺、觸覺等多種感官都參與到學習過程中。同時，應用虛擬現實技術，還可以使小組合作學習方式、競賽學習方式、在線學習方式等先進的教學方式和手段得到更高效的利用，激發學生全面參與、全程參與，實現教學手段的新突破。

2.3拓展教學內容

受傳統教學模式的桎梏，教育機構設定的教學內容是十分有限的。比如，教材內容以文字形式為主，很多東西難以表達出來。又比如，實驗教學中，基于對學生人身安全、實驗成本以及其他各種因素的考慮，僅設定了一小部分安全系數高、易操作、實驗成本低的實驗項目。這不僅不利于激發學生學習的興趣和動機，還很容易造成知識點斷裂的問題，影響學生學習的系統性、全面性和深入性。虛擬現實技術具有想象性的特征，可以把課本無法表達的教學內容通過夸張的形式變得具體化。另外，虛擬現實技術中的實驗設備都是虛擬的，而且可以重復利用，不用考慮成本的問題。總之，在虛擬現實技術的幫助下，可以把許多教材中難以表達或實驗中難以操作的教學內容具體、形象地展現出來，實現教學內容全面化、多元化，從而為學生學習提供更豐富、更完善的教學資源。

3虛擬現實技術在現代教育中應用的具體方式

3.1自主探索學習

傳統的學習模式受到時間和空間的嚴格限制，學生只能在固定的時間和地點接受知識傳授。在現代信息技術的支持下，學習者可以通過網絡平臺接受在線教育，但是這種在線教育的人機交互性比較差，很難激發學生的學習興趣。虛擬現實技術在現代教育中的應用可以加強人機交互，促進學生以更大的熱情投入到自主學習和研究探索中。無論是在校學生，還是已經步入職場的人，或是接受特殊教育的殘障人士，只要有學習需求和動機，都可以通過網絡平臺自主探索學習。而且，在虛擬現實技術的支持下，學習者在網絡平臺的學習體驗就如同“身臨其境”一般。學習者可以跟著自己的學習思路和學習進度自主選擇教學內容、會話情境，大大提高學習的自主性，進而提高學習效率。

3.2模擬實驗學習

現實的實驗中有一些高成本或高危性的實驗是很難操作的，利用虛擬現實技術可以把實際生活中許多不便操作或不易操作的實驗演示出來，讓一些深奧晦澀的知識直觀地呈現在學生面前。這不僅有利于激發學生的學習興趣，而且還有助于引導學生在“逼真”的學習場景中加深對知識的理解和記憶。比如，化學實驗中一些容易引發爆炸、燃燒等現象的實驗，在學校實驗室是不具備操作條件的，通過模擬實驗學習可以讓學生“親自見證”這些高危實驗過程及現象。又比如，地理中的地殼運用，僅憑教師的講解，學生是很難理解地殼運動的原理的，在模式實驗室中可以把整個地殼運動的過程清晰、直觀地展現出來，讓學生通過對地殼運動現象的觀察深刻理解這一知識點的本質內容。同時，對于一些實驗內容比較復雜，需要長時間觀察和記錄的實驗，可以通過虛擬實驗室“精剪”出來，不僅讓學習者直觀地看到了整個實驗變化過程，而且還大大節省了學生的學習時間和精力，提高學習效果。目前，虛擬實驗室在物理化等理科教育中的應用已經逐漸普及，并取得良好的教學效果。但其在文科領域中的應用還很少，有待相關領域研究者繼續發掘虛擬現實技術的潛力，加大其在文科教學領域的應用。另外不得不提的是，虛擬軍事訓練場，其與虛擬實驗室的功能大同小異，通過構建真實的對抗訓練環境，對學習者進行軍事訓練。

3.3遠程開放學習

遠程開放教育主要以現代信息技術及多媒體技術為教學手段，其改變了傳統的教師面授的教學模式，受教育者通過衛星電視直播或計算機網絡進行學習，也可以下載教學資料自學。經過長時間探索，我國的遠程開放教育已經頗具規模，并取得了一定的成效。但是目前遠程開放教育教學資源管理平臺和網絡教學資源整體上種類繁多、形態各異、互不兼容。因此，政府相關部門和遠程開放教育機構致力于“云計算”整合技術的研究，吸收和引進國內外先進的網絡技術，優化遠程開放教育教學資源體系結構。筆者認為，在遠程開放教育教學資源整合研究中應加大對虛擬現實技術的研究和應用。隨著互聯網行業的發展，計算機網絡技術水平大幅度提高，人們對網絡服務器的數量和性能方面的要求也明顯提高。然而，由于開發新的服務器造價過高，開發起來并不容易。面對人們對計算機資源高計算水平的迫切需求，利用現有計算機資源的合作來代替開發高端服務器的獨立計算能力的想法產生，這就是最初的“云計算”理念。云計算技術的工作原理是把數量龐大的中端、甚至低端的計算機資源組合到一起，形成一個規模巨大的資源服務平臺。用戶不用考慮資源服務平臺內部是如何運作的，只需要訪問客戶端就能獲取相應的資源服務。而且可以按使用費用隨時獲取，靈活性強、成本低廉。但是，“云計算”技術的應用只能提高遠程教育資源的開放性和共享性，并不能改變教學資源的形式。基于虛擬現實技術的遠程開放教育系統可以進一步豐富教學資源形式，學習者可以通過多種感官感知虛擬世界中的一切，從而完全沉浸在這個虛擬世界中，強化學習體驗，提高學習效果。

4結語

虛擬現實技術在現代教育中的應用優勢是有目共睹的。隨著現代教育的信息化、智能化發展，虛擬現實技術必將得到更廣泛的應用。可以預見，在未來的教育教學領域中，虛擬實驗室、虛擬教室、虛擬訓練場等基于虛擬現實技術的教育模式將發揮巨大的潛力，為現代教育發展注入全新的活力。但是，虛擬現實技術在現代教育領域中的應用并不是一蹴而就的，需要經過長期的探索與實踐。尤其是對虛擬現實技術在現代教育中應用的關鍵技術，比如動態環境建模技術、三維圖形生成技術、系統集成技術等，還有待進一步改進和完善。這需要相關領域研究者加強研究。同時，廣大教育工作者也要與時俱進，以虛心的態度認真學習和應用這一新技術。

參考文獻：

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[4]季長清．基于移動云計算的遠程教育模式研究[J].吉林省教育學院學報,2011,27(1):135-136．

[5]朱丹.基于虛擬現實的MOOC教學交互模式的研究與系統實現[D].西南交通大學,2015.

[6]鄒玲.虛擬現實技術在現代遠程教育中的應用研究[J].繼續教育,2017(4):39.

[7]王艷春,張曙.網絡環境下基于虛擬現實技術的虛擬實驗室的研究[J].齊齊哈爾大學學報:自然科學版,2007(1):22.220

作者：任海鵬 鄧春紅 孫宇 單位：安徽機電職業技術學院信息工程系統