虛擬現實在教育應用中的問題及改進策略

☆佟海靜 傅鋼善

（陜西師范大學新聞與傳播學院，陜西西安 710062）

一、虛擬現實技術介紹

虛擬現實技術是指運用計算機技術產生一個三維的虛擬空間，對現實世界進行仿真。它不僅提供了現實世界中事物的基本屬性，而且形成了逼真的視覺、聽覺，甚至嗅覺、觸覺等感覺效果。虛擬現實技術涉及了傳感技術、三維技術、人工智能和仿真技術等等，虛擬現實概念模型如圖1。[1]虛擬現實有四種基本類型：沉浸型、桌面型、共享型和增強現實型，[2]其特征是具有一定的交互性、能突破時空的限制、共享性、協作性和構想性。[3]

圖1 虛擬現實概念模型

虛擬現實技術的發展已經進入了一個相對穩定時期，在許多領域已經有許多相關的應用。近年來，由于網絡虛擬社區的興起，虛擬現實技術和網絡技術的結合再次受到人們的注意。本文主要分析虛擬現實技術在教育應用過程中出現的問題，并且針對這些問題提出了改進策略。

二、國內外虛擬現實技術在教育領域的應用狀況

在國外，虛擬現實技術在教學領域發展得比較早。北卡羅來納大學（UNC）的計算機系是進行虛擬現實研究最早的大學，主要研究分子建模、航空駕駛、外科手術仿真、建筑仿真等。麻省理工學院（MIT）是研究人工智能、機器人和計算機圖形學及動畫的先鋒，1985年MTI成立了媒體實驗室，進行虛擬環境的正規研究。[4]許多高校使用虛擬現實技術開發了虛擬的物理實驗室、生物實驗室，使得研究人員可以在虛擬的環境下進行各種實驗，從而降低了實驗的成本和提高了研究效率。印第安納大學應用桌面型虛擬現實技術培養學生對太陽——地球關系的理解，不但增強了學生對相關概念的理解，也大大減少了學生的錯誤認識。[5]

相比之下，國內虛擬現實技術起步比較晚，技術方面也相對落后。1996年，天津大學在SGI硬件平臺上，基于VRML國際標準，最早開發了虛擬校園，[6]隨后虛擬現實技術在理工科類專業上的應用得到了推廣，盡管虛擬現實技術的開發成本高，但在一些特定的專業領域確實取到了良好的教學效果。

三、虛擬現實在教育應用中存在的問題

虛擬現實技術在教育中的應用主要表現為基于虛擬學習環境的學習。因此，本文從兩個維度分析虛擬現實在教育應用中存在的問題：一是從虛擬現實技術本身出發來探討；二是從虛擬現實技術支持下的虛擬學習環境建設出發探討。后文的改進策略探討也分別對應這兩個方面。

（一）從虛擬現實技術角度

1.虛擬現實技術支持下的學習環境對學習者的心理產生負面影響

當教學軟件自由度過大或者娛樂性過強的時候就會對學習主體產生一系列負面影響。虛擬現實環境會讓學習者處于一個全景式、逼真的三維空間里面，有時會讓自主學習能力比較差的學生難以從虛擬環境中抽離出來，而且如果學習者長時間處于虛擬的環境中，當他回到現實中時會產生一定的落差，而這種落差可能是負面的，甚至會是危險的；而另一方面虛擬游戲會讓學習者過于沉溺，導致學習精力分散，反而影響學習效果，而且會影響學生的學習心態。

2.虛擬現實技術在教學過程中的盲目推廣

虛擬現實對于一些學習科目和領域有著相當大的輔助作用，但這并不意味著虛擬現實技術應該在教學領域進行全面、盲目的推廣。開發一套虛擬現實系統，花費的人力、物力有時是十分巨大的，所以，對于一些運用虛擬現實技術并不能起到顯著效果的學科和研究項目，就沒有必要利用虛擬現實技術來進行教學或者研究。

（二）從虛擬現實技術支持下的虛擬學習環境建設角度

1.忽視學習者的學習風格

不同的學習者，學習風格不盡相同，現在虛擬現實技術下的學習系統往往對于學習者學習風格不夠重視，處理過于單一，不能解決學習者個別的問題和特殊的學習偏好，所以，虛擬現實技術在如今提倡學習個性化的教學領域需要在學習模式個性化設置，學習活動個性化安排方面進行優化。

2.缺少導航設計

一般桌面型虛擬現實系統比較容易實現導航，但是對于比較復雜的虛擬現實系統，例如：沉浸型虛擬現實系統，或者其他注重學習環境效果的逼真度的虛擬現實學習系統，導航的實現經常被忽略，而實現起來還要注意其形式，其實現所需的技術與技巧都是比較復雜的問題。

3.缺少及時的反饋和評估

虛擬現實環境由于追求對現實模擬的逼真度，往往把技術重點放在對介入者動作的輸入處理和刺激信號的產生上，但是對于學習者的操作是否正確，學習效果如何，虛擬現實環境都很少有給予具體的及時的反饋和評價，甚至根本就缺乏評價的標準。

四、虛擬現實在教育應用中的改進策略

針對虛擬現實在教育應用中存在的問題，筆者提出了以下幾個方面的改進策略。

（一）虛擬現實技術支持下的場景設計和控制

虛擬現實技術支持下的學習系統強調學習者在學習過程中對所學知識意義的主動建構，以及對情境的主動探索。在虛擬現實中，學習者作為學習過程中的主體，使用一個虛擬角色參與虛擬世界的教學活動，虛擬現實系統提供與現實世界相同或者是相似的學習體驗和真實感。但是，虛擬現實系統往往自由度過大，提供的虛擬環境和虛擬游戲娛樂性過強，并且虛擬世界和現實世界畢竟存在差別，在學習過程中學習者容易偏離學習目標，造成學習效果不理想等問題。所以，虛擬現實系統的設計要能讓學習者在自覺進行意義建構的同時緊扣教學目標，因此，一方面虛擬現實系統設計要提高系統友好性，關注用戶體驗，引起學習者的學習興趣；另一方面應建立有效的管理機制和評價反饋機制，提醒學生區分虛擬與現實的界限。

（二）虛擬學習環境的個性化設計

1.學習者學習風格分析

要設計個性化的學習系統，必須對不同學習者的學習風格進行分析。學習者學習風格一直是教育心理學里面一個熱門的研究課題。它是學習者在知識構建過程中的個體特征的表征，包括對知識構建的方法和策略，對其過程的習慣或者傾向，主要包括學習者的生理、心理和社會三個層面的組成要素。

2.虛擬學習系統個性化設計

（1）設計應考慮學習者的學習偏好。虛擬現實系統應清楚學習者的學習偏好，能讓學習者設置一些系統參數，如：學習資源的呈現形式、課程推薦和學習難度的設置，系統按照學習者的偏好提供學習資源和給予指導，以提高學習者的興趣和學習的動機，保證學習者學習的積極性。

（2）設計應遵從學習者的學習路徑和智力發展水平。虛擬現實系統通過記錄學習者的學習軌跡，對學習者的學習經歷進行跟蹤和分析，從而清楚學習者的智力發展水平，在此基礎上為學習者提供合適的個性化的學習資源。

（3）為學習者提供個性化的評價方式。對于不清楚自己學習水平的學生，利用評價手段來安排學習者的活動、資源和學習目標、學習任務，是確保學習質量的一個重要輔助手段。

3.導航設計策略

虛擬現實學習系統給學習者提供了一個相對自由的學習空間，學習者可以在這個空間中自由探索，具有一定的自由度。這一點與建構主義倡導的以學生的“學”為主的教學觀點相符，可以充分調動學習者的積極性和主動性，促進其知識結構的積極建構。但在虛擬學習環境中，需要導航設計來引導學習者的行為，防止學習者在學習的過程中迷失方向，所以，虛擬現實的導航設計對于指導學習者具有重要的意義。

（1）用導航增進用戶對虛擬現實系統的認識。對于剛剛接觸虛擬現實系統的用戶來說，一個簡單的介紹和引導是很有必要的，它能幫助用戶對系統形成初步的認識，而不至于對于整個系統完全沒有認識感到茫然和不知所措。這個介紹應簡單而不累贅，只要讓學習者明白該系統的設計目標和意義，從而對系統的整體結構有個初步了解即可。

（2）虛擬場景導航。當學習者身處某個場景時，為讓其能夠快速地掌握重點知識從而達到預定的教學目標，應對學習者在場景中的行為進行一定的引導，為其提供一些指導性的反饋和幫助。如：使用平面結構設置導航信息；使用動畫的形式設置導航信息；利用視點切換進行導航；利用漢字貼圖進行導航。

五、總結

虛擬現實技術是計算機領域的熱門話題，也因為其自身的優勢而在教育領域得到發展和推廣。然而，虛擬現實技術應用于教學的過程中卻存在不少問題。本文對虛擬現實技術在學習者學習過程中產生的問題進行分析，并且提出了虛擬現實設計和使用過程中的改進策略。但是本文還缺少具體的虛擬現實系統案例支撐，只是從理論角度探討了虛擬學習系統的教學應用相關問題，要全面解決虛擬現實技術應用于教育教學中的問題，還需要繼續進行更深層次的研究。

[1]張璇.虛擬現實技術在實驗教學中應用的探討[J].益陽職業技術學院學報,2009,(2):64－66.

[2]劉振華.虛擬現實技術在教育領域的應用研究[J].濱州職業學院學報,2006,(3):38－41.

[3]徐輝，馬秀峰.虛擬現實教育應用探析[J].山西師范大學學報(自然科學版)研究生論文專刊，2010,24(S1):95－97.

[4]惲如偉.虛擬現實的教學應用及簡易虛擬學習環境設計[D].江蘇:南京師范大學,2005.

[5]郭天太.虛擬現實技術在高等教育中的應用及其意義[J].寧波大學學報(教育科學版),2006,(1):103－106.

[6]梁華勇.虛擬現實技術及其在高校中的應用[J].廣東培正學院學報,2005,(4):61－64.

[7]陳曉慧,王月萍.基于學習風格的個性化網絡課程教學設計[J].中小學電教,2010,(6):9－12.