論虛擬現實技術及其在高職院校網絡教學中的應用

摘 要：網絡虛擬現實技術日趨成熟，但目前在網絡教學中的應用并不廣泛。本文通過教學實踐和相關的研究，提出了針對不同的教學內容和教學設計所采用的相應網絡虛擬現實技術，旨在探討網絡虛擬現實的相關理論及其在網絡教學中的應用價值。

關鍵詞：虛擬現實技術 高職院校 網絡教學

隨著科學技術的迅速發展，虛擬現實技術逐漸為各界人士所關注，現已廣泛應用于航空、航天、醫學實習、娛樂、游戲、教育等許多領域，尤其給網絡教學帶來了新的教學手段，大大提高了網絡教學質量。因此，充分認識虛擬現實技術在網絡教學中的重要性，研究虛擬現實技術的特點及其應用，從而進一步促進網絡教學的發展，已成為當前網絡教學中的一個重要課題。

一、網絡虛擬現實及其類型

（一）網絡虛擬現實的含義

虛擬現實又稱臨境技術，最早由美國的T.Lanier創造并使用，指的是通過多媒體與仿真技術相結合，生成逼真的視、聽、觸覺一體化的虛擬現實，用戶以自然的方式與虛擬環境中的個體進行體驗和交互作用，從而產生身臨其境的感受和體驗的一種新型的網絡技術。創建和體驗這種虛擬環境需要包括計算機圖形學、圖像處理和模式識別、AI計算、人機交互技術、虛擬現實與通常的CAD系統所產生的模型，虛擬現實不同于傳統的三維動畫。它是一個開放、互動的環境，操作者成為虛擬環境中的一員，進行實時交互感知，并操作虛擬世界中的各種對象，從而獲得身臨其境的感受和體會。因此，借助網絡的虛擬現實技術，教師（操作者）可以通過人的動作來與虛擬環境學生交互（如肢體運動、手勢等），此時虛擬的實體不是客觀存在的，是計算機通過相應的算法來生成的，因此，虛擬現實需要依靠專門的傳感設備（如頭盔、數據手套、力學反饋器等）來進行交互作用。

（二）網絡虛擬現實的類型

虛擬現實系統按功能可分為沉浸型虛擬現實系統、簡易型虛擬現實系統和共享型虛擬現實系統三種類型。其中，沉浸型虛擬現實系統是一種人為的虛擬環境，這種虛擬環境是通過計算機圖形構成的三維數字模型，編制到計算機中去產生逼真的“虛擬環境”，從而使得用戶在視覺上產生一種沉浸于虛擬環境的感覺。但是用戶必須頭戴頭盔、手帶數據手套等傳感跟蹤設備，才能不受干擾地沉浸其中，所以成本非常高。而簡易型虛擬現實系統的結構簡單、價格低廉，容易推廣。例如Quick Time VR就是只需用照相機對某場景進行360度的全方位的拍攝，然后用戶可以在普通計算機上利用鼠標、鍵盤感受所虛擬的環境。共享型虛擬現實系統則是指將不同地區的用戶用互聯網聯結起來，對一個虛擬空間共享。

二、虛擬現實在網絡教學中的作用

（一）避免網絡教學中的不真實感

在網絡教學中，由于缺乏生動形象的講授，學生很難長時間內集中精力學習，得不到好的教學效果。利用虛擬現實系統可以彌補這方面的不足，學生可以在逼真的視、聽、觸覺一體化的虛擬環境中進行有效的學習，用自然的方式在虛擬環境中與同學交流、討論和向教師請教，從而更好地理解教學的內容，達到教學目標。

（二）虛擬人物形象

在網絡教學中，利用虛擬現實系統虛擬各種人物形象時可以根據實際情況具析。例如：想讓學生“向雷鋒同志學習”，就可以虛擬一個雷鋒，創設一個“偽真實”的人性化的環境，使遠程學生能夠在自然親切的氣氛中與雷鋒進行交流，感化他們，達到真正的思想教育的目的。

（三）徹底打破了時間、空間的限制

利用虛擬現實技術可以徹底打破時間限制：遠程學生可以根據自己的情況比較自由地選擇進程，安排自己的學習計劃和學習進度，可以在很短的時間內把一些需要幾十年甚至幾百年才能看到的現象或事物呈現給學生。虛擬現實技術還可以打破空間限制，大到宇宙，小到原子粒子，遠程學生都可以進入其內部進行仔細的觀察，使學生自己去認識事物發展的內在規律，培養他們自主學習、自己構建知識的能力。這些是電視錄像媒體和實物媒體所無法比擬的。

（四）避免真實實驗操作所帶來的各種危險

在傳統教學中，對于那些有危險性的或對人的身體健康有害的實驗，都是通過電視錄像等媒體進行演示的，學生無法真實地感受，不能完全地掌握透徹。而虛擬現實技術則可以克服這一點，解除學生的顧慮。學生可以觀察遠程的專家在虛擬環境中進行實驗，也可以自己親自去嘗試，培養自己的動手能力。例如剛剛學會駕駛的學生，可以在虛擬環境中進行反復練習，這樣就可以避免由于生疏而造成的意外的交通事故。

三、虛擬現實技術在網絡教學中的應用

虛擬現實技術是利用計算機生成的一種虛擬的環境，學習者以參與者的身份進入虛擬環境，對逼真形象的學習內容進行有效地學習，有利于調動學生學習的積極性，解決教學的重點、難點，實現學習者與該環境直接進行自然交互的作用。

（一）網絡虛擬現實技術的特點

網絡虛擬現實技術具有存在感、真實性、交互性、多感知性和自主性等特點。其中，存在感又稱臨場感，是指利用計算機產生三維立體圖像，只需帶上視覺頭盔、數據手套等設備，就會使用戶感覺到作為主角存在于瀏覽器中所呈現的虛擬環境中。使用者與虛擬環境中的對象進行交互，就如同在真實的世界中一樣，而且使用者的每一個動作都與虛擬環境中的圖像相關聯。一切都那么逼真，就好像身在其中一樣的感受。真實性是指虛擬環境中的一切物體運動都接近符合物理定律，所以只有虛擬出來的學習內容符合真實的情況，才能不偏離正確的教育軌道。交互性是指虛擬環境中用戶幾乎是以自然的方式進行交互的，他們可以用鼠標、顯示器等輸入、輸出設備進行交互，也可以用數據手套等傳感跟蹤器進行交互。用戶（學生）用自身的語言、動作等方式對模擬環境內的物體的可操作程度和從環境中得到反饋的自然程度很高。多感知性是指在虛擬環境中，使用者可以用視、聽、觸覺等多種感知器官。理想的虛擬現實應該具有人所具有的感知功能。自主性則是指虛擬環境中物體依據物理定律動作的程度。

（二）虛擬現實技術在網絡教學中的應用

由于虛擬現實技術的上述特點，它在網絡教學中有著特殊的應用領域和作用。

首先是應用于知識的學習。在網絡教學中，利用虛擬現實技術表達教學內容，既可以使學生在瀏覽中觀察到實際生活中無法看到的或不易觀察到的自然現象或事物，為學生提供生動、逼真的感性學習材料，并提供極為自然的理想模型，又可以利用虛擬現實技術把那些抽象性強的概念和理論形象化、具體化、使學生對抽象事物或現象的理解加深。

其次是應用于探索創造。通過網絡虛擬現實技術，可以對學生學習過程中所提供的各種假設模型進行模擬，通過虛擬現實系統也可以直觀形象地觀察到這一假設所產生的結果或效果。這有利于培養學生自主、主動地提出假設，并進行相關的模擬，很有可能研究出新的結果。這種探索式的學習方式，有利于激發學生的創造性思維，進行主動地探索性學習，培養創新能力。

第三是應用于虛擬實驗。利用虛擬現實技術可以建立各種網上虛擬實驗，把那些不易察覺、需要反應時間長、有危險的、需要成本較高的實驗放在各個相關的網上虛擬實驗室中完成實驗，使學生能夠在實驗后獨立地總結各種自然現象或運動變遷等現象產生的原因及導致的結果，提高網絡教學中實驗的教學效率。

第四是應用于技能培訓。網絡虛擬現實技術具有的存在感和交互性的特點，使學生作為學習環境的直接參與者，沉浸在逼真的虛擬環境中，以自然的方式進行交互，這非常有利于學生進行技能培訓。學生可以全身心地投入到接近真實的虛擬環境中做各種各樣的技能培訓，更容易掌握訓練的技能、技巧及突發事件的補救措施。在真實環境中那些有危險的各種訓練，可以在虛擬的訓練系統中重復練習而無任何危險，直到熟練掌握技能為止。

總之，虛擬現實技術作為新興的科學技術，在高職院校的網絡教學中發揮著越來越大的作用，也給高職院校網絡教學的發展提供了一個極好的機遇。在網絡教學中應用虛擬現實，其最大優越性是將現實社會中那些變化周期過長、危險性高、代價昂貴的現象和事物可以多次靈活多樣地在短時間內出現，為遠程學生的探索和體驗提供了更為便利的條件。所以，高職院校應該充分認識到虛擬現實在網絡教學，甚至更多的領域，尤其是實習實訓課程的實施帶來的優勢，兼顧社會的實際情況，有目的地利用虛擬現實來支持教學，做到虛擬現實與網絡教學的整合，達到教學效果的最優化。

參考文獻：

［1］楊景武.基于平面圖像的虛擬技術在解剖實驗教學中應用［M］.《現代教育技術》雜志社，2004，（14）.

［2］韋有雙等.虛擬現實與系統仿真［N］.北京國防工業出版社，2004.

［3］張劍平.現代教育技術理論與應用.北京高教出版社，2003.8.

［4］郭光友，魏吉慶等.現代教育技術應用基礎.科學出版社，2000.8.

［5］余勝全等.基于靜態圖像的虛擬現實技術及其在教育領域中的應用.

［6］汪成為等.靈境技術的理論、實現與應用.清華大學出版社，1996年.

［7］曾建超，俞志和.虛擬現實技術及其應用［M］.清華大學出版社，1996年.