淺淡虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用

盧強(qiáng)　童子方　李偉

【摘 要】近些年隨著計(jì)算機(jī)軟硬件的迭代更新，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，并且在教學(xué)領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。本文通過分析虛擬現(xiàn)實(shí)的現(xiàn)實(shí)特征與技術(shù)優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步闡述了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將對(duì)未來教學(xué)方式帶來的革命性變革。

【關(guān)鍵詞】虛擬現(xiàn)實(shí)；教學(xué)；應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)技VR（（ Virtual Reality）是上世紀(jì)八十年代的提出理論，由于受限于當(dāng)時(shí)信息技術(shù)的水平，使用成本過高等因素的制約，很多理念僅僅停留于概念階段，但是隨著信息技術(shù)的日新月異，硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，當(dāng)年的技術(shù)、硬件瓶頸被打破，如今，很多理論已轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)的技術(shù)成果，并廣泛的應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，如軍事、醫(yī)療、教育、空天、等高精尖端領(lǐng)域，特別是在教育方面，虛擬現(xiàn)實(shí)更是發(fā)揮著巨大的作用，使教育手段更加多元化，提高受教育者的學(xué)習(xí)效率，這一技術(shù)的出現(xiàn)必將會(huì)傳統(tǒng)教育模式帶來新一輪的變革，讓現(xiàn)代教育方式煥發(fā)出無窮的生命力。

近期，習(xí)近平主席在參加G20工商峰會(huì)時(shí)提出“創(chuàng)新是從根本上打開增長(zhǎng)之鎖的鑰匙。以互聯(lián)網(wǎng)為核心的新一輪科技和產(chǎn)業(yè)革命蓄勢(shì)待發(fā)，人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)等新技術(shù)日新月異，虛擬經(jīng)濟(jì)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)的結(jié)合，將給人們的生產(chǎn)方式和生活方式帶來革命性變化?！边@一重要觀點(diǎn)的提出讓我們更加堅(jiān)信虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)未來廣闊的前景。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是在信息化基礎(chǔ)上，使用計(jì)算機(jī)技術(shù)通過模擬真實(shí)的環(huán)境，虛擬出空間感、方位感，并同時(shí)模擬出環(huán)境中的聲音、觸感等感官刺激，營(yíng)造一種身臨其境的參與感，讓使用者產(chǎn)生感覺完全處于真實(shí)環(huán)境中的意境。

VR技術(shù)的三點(diǎn)特性：

1）沉浸

在計(jì)算機(jī)虛擬生成出如同現(xiàn)實(shí)環(huán)境的虛擬空間中，隨著使用者的腦部轉(zhuǎn)動(dòng)或身體的移動(dòng)，周圍的環(huán)境也也隨即產(chǎn)生變化，通過虛擬技術(shù)無縫結(jié)合可以讓使用者以第一視角體會(huì)到真實(shí)環(huán)境感覺。

2）交互

使用者在真實(shí)世界中的一切感知信息完全適應(yīng)用于虛擬現(xiàn)實(shí)的場(chǎng)景，首先通過場(chǎng)景中的多元信息交互，然后經(jīng)過信息反饋系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)處理，便可實(shí)時(shí)“操作”虛擬情景中的物體。

3）思維無限延展

充分發(fā)揮使用者的無限想象空間，拓寬思維，展現(xiàn)人類已知的客觀存在，同時(shí)也可以通過虛擬環(huán)境構(gòu)建出超出客觀規(guī)律的交互環(huán)境。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)現(xiàn)代教育的影響

國(guó)外專業(yè)實(shí)驗(yàn)室通過大量的數(shù)據(jù)得知人類獲取信息的途徑百分之八十五來自于視覺，百分之十來自于聽覺，其余的百分之四分別為嗅覺、觸覺和味覺?？梢娢覀儷@取知識(shí)內(nèi)容大部分源于視、聽覺的感知，虛擬教學(xué)利用視覺上的感官優(yōu)勢(shì)，同時(shí)引入全方位的觸摸感應(yīng)體驗(yàn)，使操作者沉浸其中對(duì)學(xué)習(xí)的內(nèi)容產(chǎn)生濃厚的興趣。

2.1 對(duì)教學(xué)理念的顛覆性影響

虛擬教學(xué)強(qiáng)調(diào)人的主體地位，以往的教學(xué)模式以教師為課堂的主導(dǎo)地位，學(xué)生在大多數(shù)時(shí)間為被動(dòng)的接受知識(shí)，這種“填鴨”式的教學(xué)方法極大的抹殺了知識(shí)接受者的的主動(dòng)性與創(chuàng)造性，而現(xiàn)代的教學(xué)理念要將以往的教學(xué)模式加以顛覆，虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)善于營(yíng)造一種主動(dòng)探索的學(xué)習(xí)方式，正是運(yùn)用這樣優(yōu)點(diǎn)使課堂教學(xué)形式變?yōu)橐龑?dǎo)啟發(fā)教學(xué)，實(shí)現(xiàn)教育與被教育者的完美契合，在教學(xué)過程中啟發(fā)受教育者的思路，培養(yǎng)主動(dòng)思考問題的能力，激發(fā)主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性，使學(xué)生全身心主動(dòng)投入到教學(xué)的全過程。

2.2 對(duì)教學(xué)手段的影響

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)融入現(xiàn)代教學(xué)中來，對(duì)教學(xué)的最終效果的影響是顯而易見的， 它完全不同于傳統(tǒng)教學(xué)中抽象的、單一感官的體驗(yàn)方式，通過計(jì)算機(jī)虛擬出仿佛置身于實(shí)景的更加直接、形象化的多重感官刺激，讓學(xué)生通過與虛擬環(huán)境中設(shè)置的交互場(chǎng)景，體會(huì)現(xiàn)實(shí)生活中難以營(yíng)造的真實(shí)環(huán)境，使以往晦澀、難以理解的知識(shí)點(diǎn)用活潑生動(dòng)的形式加以表達(dá)，極大拓展了學(xué)生思維創(chuàng)造能力，從而進(jìn)一步提高了受教育者學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。

2.3 對(duì)教學(xué)內(nèi)容與展現(xiàn)方式的影響

虛擬教學(xué)中教學(xué)內(nèi)容是決定性因素，而運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將這些內(nèi)容深度加工使用通俗易懂的圖像語言的形式展示出來，使受教育者通過視覺圖像來讀懂其中抽象的理論，從而進(jìn)行更深入的理解事物的本質(zhì)；教學(xué)中的展示形式不再拘泥于特定時(shí)空的的限制。有些專業(yè)著重培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的動(dòng)手實(shí)際操作能力，如：光學(xué)、電子、生物、化學(xué)、機(jī)械專業(yè)，但是受制與傳統(tǒng)教學(xué)課程模式的實(shí)地操作、時(shí)間因素等影響，并不能使參與者完全體會(huì)整個(gè)流程的全部細(xì)節(jié)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以完成現(xiàn)實(shí)生活中無法完成的實(shí)驗(yàn)或者模擬出真實(shí)環(huán)境危險(xiǎn)系數(shù)較高的場(chǎng)景，如可以讓學(xué)習(xí)者置身于外太空的視角用很短的時(shí)間可以看到宇宙中行星形成的整個(gè)過程；也可以模擬出危險(xiǎn)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程，一旦出現(xiàn)操作失誤也不會(huì)對(duì)操作者造成生理上的損害，提高實(shí)驗(yàn)的安全系數(shù)，起到深入研究細(xì)節(jié)的目的，同時(shí)也能激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)趣味，極大的提高了實(shí)驗(yàn)的教學(xué)水平。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)中依然存在若干問題

3.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)水平硬件功能相對(duì)落后

縱觀全球各大VR技術(shù)廠商在不斷在更新自己的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，國(guó)產(chǎn)的VR廠商也在迎頭跟進(jìn)，硬件與技術(shù)上不斷創(chuàng)新，但是我國(guó)VR設(shè)備受市場(chǎng)因素影響差距依然明顯，底層系統(tǒng)的技術(shù)薄弱、產(chǎn)品功能單一、內(nèi)容資源短缺、輸入信號(hào)設(shè)備核心技術(shù)不高、虛擬化軟件水平參差不齊等都制約著整個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。國(guó)外大公司在院校教育應(yīng)用較早，谷歌公司利用自身產(chǎn)品技術(shù)優(yōu)勢(shì)深度集成各類智能終端，幫助孩子提升課堂體驗(yàn)，同時(shí)與公立學(xué)院合作，免費(fèi)推廣虛擬現(xiàn)實(shí)教室，而我國(guó)進(jìn)入教育教學(xué)領(lǐng)域的公司數(shù)量有限，各個(gè)廠商之間沒有明確的統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，雖然有個(gè)別高等院校已建立了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，已經(jīng)開始著手虛擬現(xiàn)實(shí)的研究與技術(shù)開發(fā)，但是受制與硬件與技術(shù)上的瓶頸，如在顯示上達(dá)不到雙眼分辨率要求，像素塊化嚴(yán)重；使用者長(zhǎng)時(shí)間的佩戴，造成眩暈與手腳的不適；功能結(jié)構(gòu)存在缺陷，用戶親臨體驗(yàn)差；VR場(chǎng)景簡(jiǎn)單，缺乏豐富的互動(dòng)性。這些原因成為我國(guó)虛擬教學(xué)發(fā)展緩慢的重要因素。

3.2 不同使用群體感觸呈現(xiàn)差異化

根據(jù)哥德堡大學(xué)VR教育報(bào)告顯示，由本校不同專業(yè)20名學(xué)生和5名教育工作者組成的調(diào)查中，通過佩戴虛擬現(xiàn)實(shí)裝備進(jìn)行學(xué)習(xí)，然后調(diào)查者統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)大多數(shù)的使用者認(rèn)為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)與使用者本身的專業(yè)知識(shí)水平的提高有著非常大的促進(jìn)作用，當(dāng)然有部分的調(diào)查者表示“沒有發(fā)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用很有趣”。功能體驗(yàn)不夠完善，不同年齡段的使用個(gè)體的認(rèn)知程度還沒有達(dá)到完全接受這種新的教學(xué)方式的程度，調(diào)查發(fā)現(xiàn)年輕的受教育者往往容易被新奇的虛擬場(chǎng)景所吸引，而年長(zhǎng)的使用者則對(duì)于這種新的學(xué)習(xí)方式上有些顧忌，使用體驗(yàn)相對(duì)大打折扣，所以在教育中我們還不能以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)取代現(xiàn)實(shí)中的傳統(tǒng)教育方式，虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)應(yīng)該成為教學(xué)中的一種新的輔助方法，應(yīng)該使兩者得到完美的的結(jié)合。

3.3 教學(xué)“大數(shù)據(jù)”資源內(nèi)容匱乏

如今很多教育單位在平時(shí)教學(xué)音、視頻資源的收集上重視程度不夠。這種情況會(huì)隨著未來虛擬現(xiàn)實(shí)在教育中的逐步廣泛應(yīng)用而得以改善。一套完整的虛擬教學(xué)系統(tǒng)要有海量豐富的視頻、音頻、圖像等天量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)作支撐，系統(tǒng)通過判斷使用者對(duì)虛擬場(chǎng)景內(nèi)的互動(dòng)這些數(shù)據(jù)的識(shí)別、比對(duì)、分析、重構(gòu)后最終反饋出相應(yīng)的多維影像，這樣大量的數(shù)據(jù)就需要建立在所有的學(xué)科理論知識(shí)基礎(chǔ)之上，平時(shí)就注重受教育者課時(shí)知識(shí)的積累，對(duì)所學(xué)知識(shí)掌握情況的反饋，科學(xué)運(yùn)用教學(xué)系統(tǒng)記錄受教育者的學(xué)習(xí)情況，以大數(shù)據(jù)模式將這些同構(gòu)和異構(gòu)數(shù)據(jù)重建為更加具象更加容易理解的可視化數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)的實(shí)用效益得到最大轉(zhuǎn)化。

3.4 網(wǎng)絡(luò)健康狀態(tài)影響VR教學(xué)效果

分布式的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)打破了傳統(tǒng)固定空間的限制，讓處在不同地理位置的使用者同時(shí)“進(jìn)入”一個(gè)共同的虛擬空間內(nèi)，共同完成一項(xiàng)或者多項(xiàng)的協(xié)同任務(wù)，在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中會(huì)產(chǎn)生大量的交互數(shù)據(jù)，當(dāng)使用者出現(xiàn)同時(shí)上線，網(wǎng)絡(luò)帶寬就被這些數(shù)據(jù)同時(shí)擠占，服務(wù)器因頻繁訪問而出現(xiàn)無法響應(yīng)，這時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)個(gè)別用戶無法正常登錄的現(xiàn)象，從而嚴(yán)重影響了使用者的參與感受。

4 虛擬現(xiàn)實(shí)在未來教學(xué)中的前景

不可否認(rèn)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在在教育教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用還未能達(dá)到我們的預(yù)期，但是隨著科技的發(fā)展，硬件的更新?lián)Q代，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)不斷進(jìn)步、軟件應(yīng)用的持續(xù)豐富，重要的是內(nèi)容制作者要轉(zhuǎn)變以往頭腦意識(shí)思維，需要不斷的開拓與嘗試，讓虛擬現(xiàn)實(shí)作為一種全新的媒體教學(xué)方式，使受教育的個(gè)體得到個(gè)性化教育，這樣一種新的教學(xué)方式必將為未來教學(xué)帶來不可估量的作用。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：田吉捷]