虛擬現(xiàn)實(shí)在小學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

張思源

沈陽師范大學(xué)教育技術(shù)學(xué)院 沈陽 110034

虛擬現(xiàn)實(shí)在小學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

張思源

沈陽師范大學(xué)教育技術(shù)學(xué)院 沈陽 110034

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，新的教學(xué)媒體開始不斷涌現(xiàn)，教育技術(shù)領(lǐng)域出現(xiàn)一種新型教學(xué)媒體，它就是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality）。通過對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)的特征的分析，提出虛擬現(xiàn)實(shí)如何在小學(xué)教學(xué)中運(yùn)用，以及在教學(xué)中具有的意義。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；小學(xué)教學(xué)；應(yīng)用

Author’s address College of Educational Technology, Shenyang Normal University, Shenyang, China 110034

隨著科學(xué)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，教學(xué)媒體作為承載、加工和傳遞信息的介質(zhì)或工具，人們對(duì)教學(xué)媒體在教學(xué)中發(fā)揮的作用越來越重視。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一種教學(xué)媒體開始廣泛地應(yīng)用于教學(xué)過程中。它在教學(xué)過程中可以使學(xué)習(xí)者置身于另一個(gè)世界中，并且使學(xué)習(xí)者產(chǎn)生身臨其境的感覺，為學(xué)習(xí)者提供了一個(gè)新的教師和創(chuàng)新的教學(xué)方式。

1 關(guān)于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)是由美國VPL Research Inc公司的Janier在1989年造的一個(gè)詞，通常是指用頭盔顯示器和傳感手套等一系列新型交互設(shè)備構(gòu)造的一種計(jì)算機(jī)軟硬件環(huán)境。人們通過這些設(shè)施以自然的技術(shù)（如頭的轉(zhuǎn)動(dòng)、身體的運(yùn)動(dòng)等）向計(jì)算機(jī)送入各種命令，得到計(jì)算機(jī)對(duì)用戶的視覺、聽覺及觸覺等多種感官的反饋。虛擬現(xiàn)實(shí)包括舊技術(shù)，如書、戲劇、電影、管弦樂演奏，也包括新技術(shù)，如聊天室、視頻會(huì)議和視頻游戲。然而，對(duì)于在虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域從事研究工作的人來說，它的定義則更加具體。虛擬現(xiàn)實(shí)需要立體畫面（以三維的眼光去看待世界）、廣闊的視野（在劇院和電視里看電影是不同的）、以觀眾為中心的視角（當(dāng)你移動(dòng)頭或身體時(shí)，你的視角就會(huì)發(fā)生變化）、一種與視覺和聲音也許還有觸覺交互的方式。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具體特征包括3個(gè)方面。

1）沉浸性。通過設(shè)置環(huán)境，調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)者的各種感官，使其能夠全身心地投入由虛擬環(huán)境所構(gòu)建的隱性知識(shí)體系中，進(jìn)而充分開發(fā)人的潛在能力。

2）交互性。通過人—機(jī)交互手段，提高用戶與虛擬場(chǎng)景中各種對(duì)象相互作用的能力，它是人機(jī)和諧的關(guān)鍵性因素。

3）構(gòu)想性。虛擬現(xiàn)實(shí)不僅僅是學(xué)習(xí)者與機(jī)器終端的鏈接樞紐，而且可使學(xué)習(xí)者在此虛擬環(huán)境中對(duì)知識(shí)重新整理加工，拓寬自己思考問題的角度，從而產(chǎn)生新的構(gòu)想，達(dá)到由感性知識(shí)上升為理性知識(shí)的飛躍。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在小學(xué)課堂教學(xué)中的應(yīng)用

兒童與生俱來對(duì)世界有著自己獨(dú)特的感受和觀察的角度。他們活潑好動(dòng)；他們對(duì)周圍的事物充滿好奇；他們對(duì)一切充滿幻想；他們富有創(chuàng)造力和想象力……他們的學(xué)習(xí)思維過程和方式主要以形象思維為主，更喜歡游戲式的教學(xué)，這正符合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)——為學(xué)生提供一個(gè)生動(dòng)、逼真的學(xué)習(xí)環(huán)境，使其能夠成為虛擬環(huán)境的一名參與者，在虛擬環(huán)境中扮演一個(gè)角色，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和自主性。

虛擬現(xiàn)實(shí)是一種非常有價(jià)值的呈現(xiàn)工具，打破傳統(tǒng)課堂教學(xué)中教師單一講授的模式，它不像教科書或錄像帶以固定的順序來呈現(xiàn)資料，在虛擬現(xiàn)實(shí)中學(xué)生可以根據(jù)自己已有經(jīng)驗(yàn)選擇以任何順序來體驗(yàn)主題。通過虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境能看到系統(tǒng)是如何隨著時(shí)間變化的，并且操縱這個(gè)系統(tǒng)來探索這些變化會(huì)產(chǎn)生什么效果，使置身于虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境的學(xué)生感覺自己是利用自己的感受與主題進(jìn)行交互的。

2.1 三維模擬呈現(xiàn)課堂教學(xué)中需要實(shí)地觀察但受條件限制無法親臨的空間 小學(xué)階段的學(xué)生對(duì)知識(shí)的接受渴望更加接近生活，然而課堂教學(xué)時(shí)間和空間卻極為有限，這勢(shì)必會(huì)造成課堂所授知識(shí)與實(shí)際生活的脫節(jié)。這就要求在小學(xué)課堂教學(xué)中教師除了對(duì)純理論知識(shí)的講述之外還要配合學(xué)生相應(yīng)的實(shí)踐，有時(shí)可能需要向?qū)W生展示一些實(shí)際的空間。但由于條件的限制，不可能讓學(xué)生進(jìn)入這些空間。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)則解決了這一問題，為教師課堂教學(xué)提供了更恰當(dāng)?shù)某尸F(xiàn)機(jī)會(huì)，它引導(dǎo)學(xué)生通過親手操縱了解和感受虛擬現(xiàn)實(shí)營造的環(huán)境。

例如在課堂中，教師通過提供虛擬的勘探森林場(chǎng)景，讓學(xué)生戴上一個(gè)特殊的耳機(jī)和手套，通過電腦屏幕轉(zhuǎn)為三維空間、交互式的環(huán)境，為學(xué)生營造一種與到附近的森林觀察動(dòng)植物和了解森林環(huán)境相似的經(jīng)歷和身臨其境的感覺。學(xué)生處在一個(gè)視覺和觸覺上都類似真實(shí)世界的一個(gè)模擬環(huán)境中，在這里教師可以設(shè)計(jì)他們將發(fā)現(xiàn)什么并觀察到什么，這樣教師就可以對(duì)低年級(jí)的學(xué)生進(jìn)行簡(jiǎn)單解說，為高年級(jí)的學(xué)生進(jìn)行逐步復(fù)雜的解說。這樣不僅能夠吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，還能夠使學(xué)生對(duì)觀察到的事物和現(xiàn)象產(chǎn)生更加深刻的理解。

2.2 再現(xiàn)生活中無法觀察到的自然現(xiàn)象或變化過程，描述抽象概念 對(duì)于真實(shí)生活中的很多現(xiàn)象和事物，如太陽系的運(yùn)動(dòng)、神秘的太空、微小的動(dòng)物、細(xì)菌的活動(dòng)、人體血液流動(dòng)以及人體器官等，都是很難利用肉眼觀察到的，只能根據(jù)書本的介紹在頭腦中形成大體的印象，而無法親自去感受。運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以對(duì)這些現(xiàn)象和事物進(jìn)行模擬。它允許學(xué)習(xí)者以不同的比例和形態(tài)看待事物，使學(xué)習(xí)者成為擁有不同能力或特征的其他人或物，如會(huì)飛的鳥、蜿蜒的河、沿著血流流動(dòng)的血紅細(xì)胞，抑或是飄浮在太空中的羽毛去體會(huì)失重狀態(tài)下的感受。

例如在地球是圓形的研究中，教師試圖幫助一年級(jí)和二年級(jí)學(xué)生了解地球的形狀，將他們行走其上看起來扁平的地球和從太空看到的圓形的地球相對(duì)應(yīng)。這很難從通常每天行走的地球表面的一小塊上獲悉，事實(shí)上，這些對(duì)地球了解的表面現(xiàn)象妨礙了學(xué)生試圖了解地球的真正形狀。教師可以使用虛擬現(xiàn)實(shí)將學(xué)生帶入一個(gè)圓形的小行星上，而不是試圖把他們已有的扁平模型轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)圓模型。虛擬現(xiàn)實(shí)可以使學(xué)生相信他們真的走在小行星上，這樣他們就知道在小球體上行走的感覺。然后在一個(gè)小塑料模型和一個(gè)地球儀的幫助下使學(xué)生了解地球也是一樣的，只是大了一些。

2.3 三維模型仿真演示 在傳統(tǒng)實(shí)際課堂教學(xué)中，多媒體課件所展示的事物大多是平面的、靜態(tài)的，處于小學(xué)階段的學(xué)生很難把屏幕靜止的事物與真實(shí)形象結(jié)合起來。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)則解決了課堂教學(xué)中的這一難題，通過友好的人機(jī)交互界面和三維立體圖像，把真實(shí)的事物展示給學(xué)生，學(xué)生可以通過多角度觀察，也可以對(duì)其放大和縮小以適應(yīng)不同的需要。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在小學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

在教學(xué)中，許多昂貴的實(shí)驗(yàn)、培訓(xùn)器材，由于受價(jià)格的限制而無法普及，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)從根本上解決實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的這些問題。各個(gè)學(xué)科通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建立虛擬實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生可以走進(jìn)這個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)室自由地做實(shí)驗(yàn)，身臨其境般地操作虛擬儀器，操作結(jié)果可以通過儀表顯示和身體的感受反饋給學(xué)生，來判斷操作是否正確，無須擔(dān)心實(shí)驗(yàn)設(shè)備的損壞和欠缺。不消耗器材，也不受時(shí)間、場(chǎng)地等外界條件限制，可重復(fù)操作，可謂資源取之不盡，用之不竭，并可以隨時(shí)更新。此外，虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)具有絕對(duì)的安全性，可以避免由于學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中操作不當(dāng)引起的潛在威脅。

4 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在小學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用前景展望

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)正掀開其神秘的面紗，逐漸走進(jìn)教學(xué)，充分解決現(xiàn)代小學(xué)課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的教學(xué)方式單一、資源不足等問題。徹底改變小學(xué)教學(xué)的傳統(tǒng)課堂枯燥單一的教學(xué)模式，改善教學(xué)資源，使學(xué)生在虛擬的環(huán)境中，通過真實(shí)的體驗(yàn)融入其中。學(xué)生通過自我導(dǎo)向來探索學(xué)習(xí)，進(jìn)而真正成為學(xué)習(xí)的主體，提高學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)環(huán)境的控制，激發(fā)對(duì)學(xué)習(xí)的積極性。

目前，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的硬件設(shè)備仍比較昂貴，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也尚未能普及。但是，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，以及硬件設(shè)備價(jià)格的不斷降低，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一種新型的教育媒體，以其自身強(qiáng)大的教學(xué)優(yōu)勢(shì)和潛力，將會(huì)逐漸受到教育工作者的重視和青睞，這種新的媒體必將廣泛應(yīng)用于教學(xué)，推動(dòng)小學(xué)教學(xué)改革的全面發(fā)展。

[1]吳玲達(dá),老松楊,魏迎梅.多媒體技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2003

[2]姚芳.淺析虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高職教學(xué)中的應(yīng)用[J].吉林工程技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào),2009(01)

[3]惲如偉.中學(xué)物理虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)軟件的設(shè)計(jì)與思考[J].中國電化教育,2003(4)

[4]Johnson A.VR as Instructional Technology: the CAVE as Classroom[EB/OL].http://www.evl.uic.edu/aej/papers/ harlemchapter.pdf

Application of Virtual Reality in Primary Teaching//

Zhang Siyuan

With the rapid development of the computer technology and information technology, the new teaching media have begun to emerge constantly. The new type of instructional media have been emerged in educational technology area, it is virtual reality technology. Through analyse the characteristics of virtual reality, this article put forward on how to use in primary school teaching and the significance of teaching.

virtual reality; teaching-primary; application

G434

B

1671-489X(2010)06-0103-02

10.3969 /j.issn.1671-489X.2010.06.103