虛擬現實技術在教育領域的發展思考

鐘潔 陳哲 常培俊

【摘 要】文章圍繞“保障教育公平和提升教育質量，進一步深化教育綜合改革，優化調整教育結構”這一教育改革目標的要求，分析在教育領域應用虛擬現實技術的特點和優勢。通過剖析VR教育的現狀和應用前景，重點闡明在我國推行VR教育的必要性，以及在我國實施VR教育的具體建議和執行方案。同時，結合當前VR教育研究進展，為未來VR教育描繪了“三步走”的發展方向，竭力為我國實現“促進教育公平”和“提升教育質量”這一愿景助力。

【關鍵詞】虛擬現實技術；教育；教育公平

【中圖分類號】G434 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2017）12-0101-03

1 虛擬現實技術的興起對教育發展的促進

數字時代最大的呈現是人類在現實性的生存和思維方式的基礎上，進入了用數字方式去構建事物的虛擬性的生存和思維方式。虛擬的呈現相對于使用者是一種感性的現實，但它卻是用數字化的一種表達方式，它是現實事物的數字虛擬的有現實特點的真實數字空間。它是人類科技發展的產物，一定程度上可滿足人們在不能親臨現實體驗的情況下，真實地感受現實的事物存在。虛擬現實（簡稱VR）技術的發展，給人類提供了自然和數字2個平臺，也就是現實世界和虛擬世界的生活和工作學習體驗。它使人的存在方式發生了革命性的變革。

VR技術是數字時代虛擬技術的一種呈現，它是仿真技術與計算機圖形學、人機接口技術、多媒體技術、傳感技術和網絡技術等多種技術的集合。VR技術創造出模擬環境的真實感，利用設備呈現的視覺、聽覺、觸覺的感知，具有模擬環境內物體的可操作性和虛擬環境中物體依據現實世界物理運動定律動作的特征及人體頭部轉動、眼睛、手勢等人體行為動作的自然技能。這種能體驗虛擬世界的計算機仿真系統，使人們能在計算機創建的模擬環境中，利用多源信息融合的交互式的三維動態視景和實體行為的系統仿真，使用戶沉浸在提供的環境中感受真實的體驗。

VR技術的興起正在逐步改變我們的生活方式，也將帶來一些新的突破。這幾年，它迅速地進入了各個領域，VR技術應用在工業仿真使得企業開發和模擬生產過程，降低了企業風險。VR技術在文化娛樂業中的使用，如文物古跡、游戲開發和虛擬展廳等，將文物的展現和一些文化遺產的宣揚保護提高到一個新的階段。它可以通過網絡在打的范圍內利用虛擬技術更加全面、生動、逼真地展示它們，從而使它們能脫離地域限制，實現資源共享，真正成為人類共同擁有的文化遺產。VR技術在醫學上的應用，使學生可以很容易地了解人體內部器官的結構，甚至可以對虛擬的人體模型進行手術。VR技術在各行各業危險領域的開發應急推演，將人為制造的各種危機情況環境提供給人們進行組織適應性培訓，既大大降低成本，也把原來不可能進入的環境可以虛擬提供。目前，軍事、建筑等各行各業都在大量地開發運用VR技術。但是，VR技術在各領域的使用，基本上是為了體驗和教育培訓。

VR技術在教育中的使用，突破傳統的書本和教師授課的模式，利用虛擬現實技術可以把很多抽象的講解敘述變成具體圖像的呈現。例如，表現一些空間立體化的知識、電磁場和分子結合的過程、機械運動三維展現等，使學生更加容易掌握。高校建立虛擬現實與系統仿真實驗基地、學生實習的虛擬現實系統、模擬飛行器、打破時間和空間的限制，大到宇宙天體小到原子粒子等。可以說，VR技術的興起勢必將對教育的戰略發展起到非常有意義的促進作用，它應用于教育是教育技術發展的一個飛躍。

2 VR技術在教育領域的發展是國家戰略的需要

我國的教育沿襲著古代“傳道授業解惑”的本質，經歷了從儒家文化為主導的思想教育模式到西方近代教育的教育體系構建。中華人民共和國成立以來，教育改革重心逐步從“教育普及”轉向“教育公平”和“提升教育質量”上來，各省、各市的教育機構從主管部門到基層機構都在對教學內容、課堂形式、受教育人群、選拔形式和技術應用這五大方向進行改革，積極探索實現“教育公平”和“提升教育質量”的理論與實踐方案。教育作為我國的最高戰略和重要民生事業之一，其影響廣泛性和高度復雜性導致改革進展緩慢且系統性不強。而VR技術的發展和應用對教育事業產生的影響是傳統教育手段無法實現的，特別是對教育公平的促進和教育質量的提升都將起到巨大的推動作用。

2016年，全國人民代表大會和中國人民政治協商會議（即“兩會”）提出教育改革的重點目標在于“圍繞保障教育公平和提升教育質量，進一步深化教育綜合改革，優化調整教育結構”。而技術革命一直是推動教育發展和革新的重要因素。教育改革目的是為了促進全國各地區之間的教育公平，提高教育質量和教學管理水平，這也是VR教育力所能及之處。為了盡可能地提供相對平等受教育的機會和條件，則需提供相對平等的教育資源。VR技術作為21世紀最先進的技術手段之一，在國內外教育領域都得到了教育專家和教育從業者的極高關注及實際課堂的落地應用，從技術初期已經呈現的教育發展的促進狀態看，將在教育質量的提升和教育公平的促進中扮演重要的角色。

2016年4月14日，工信部全文發布《虛擬現實產業發展白皮書5.0》，呼吁盡快啟動虛擬現實標準化工作研究，建立標準體系，規范行業發展。《白皮書》用14 000多字講述了當前中國虛擬現實產業的發展狀況，并提出了相關政策，從國家層面上充分肯定了虛擬現實行業。VR技術的優勢在于給人予360°全方位沉浸視感，使人產生身臨其境的體驗。在教育領域，利用VR技術可以構建出與課程內容相吻合的虛擬場景，并在場景中融入與課程內容匹配的VR素材。因此，學生不僅通過視覺、觸覺直觀學習知識，更能在頭腦中構建起與知識相關聯的場景模型；同時，學生作為模擬場景中的一個角色，可以被賦予一定的任務，并在任務的驅動下完成知識的學習與理解消化。

目前，VR教育處于剛起步的階段，但在美國已出現爆發式增長的趨勢。美國的谷歌推出虛擬現實教育計劃Expeditions，該項目僅需一臺智能手機、一個廉價的Cardboard和Expeditions應用就可以實現沉浸式教育。例如，在美國費城郊外Methacton學區的一所高中，海洋課老師帶領同學們游覽了大堡礁，西班牙語老師則和大家一起去到了西班牙和墨西哥的城市中，它其實表達了VR技術在線教育發展起到遠程教育服務的作用。也就是說，VR技術教育的作用既解決生動形象使用的問題，一定程度上對于缺乏高質量教育的地區可以運用VR教育產品接收到好的教育。VR技術可以通過創建學習情景，對學習內容虛擬出形象性和趣味性的情景，更可以模擬并實現。當然，對于缺乏教育優質資源的邊緣地區，VR技術可以帶來原來只有傳統講解的視頻課程，解決他們缺少實驗器材的問題，而且通過具有真實、互動、情節化的虛擬技術獨特的魅力，解決邊遠地區以前無法解決的教育問題。學生通過網絡提供的虛擬校園、虛擬教室、虛擬實驗等，感受遠端帶來的學習支持、交流學習和寓教于樂的優良的學習環境。

VR教育的發展在國內越來越引起關注，中國的虛擬現實教育市場前景廣闊。很多學校已經開始嘗試VR教學的多種合作，北京教委已在進行將VR融入課堂的可行性研究，有多所學校開過VR公開課；成都和內蒙古等地的高校也都開設過一些簡單的VR公開課。2016年5月國家發改委印發了《國家重點專項規劃之一——“十三五”國家科技創新規劃》明確提出，“支持各級各類學校建設智慧校園，綜合利用互聯網、大數據、人工智能和虛擬現實技術探索未來教育教學新模式”。

3 VR技術在教育領域特別是教育欠發達地區的推進

人們把2016年成為虛擬現實元年，“VR+教育”成為一個熱詞，“VR+教育”被譽為教育技術發展的一個飛躍。對于教育欠發達地區，大家在這項新技術的面前都在同一起跑線，利用好這一技術，從教育界整體層面構建好發展規劃，設計好政策支持，以我為主整體開展從小學、中學到大學的VR技術提供支持的教學資源建設，利用網絡提供給所有學生的教學服務，對提高教育質量將會有很大的示范作用。

以廣西為例，廣西在教師、課程資源和資金上都較祖國東部地區有所欠缺，而VR的應用能在這3個方面起到彌補不足的作用。首先，在VR教育系統之內，知識點被碾碎式地分析講解，帶領學子進入一個主動學習的過程。因此，學校即使缺乏優秀教師，學生也能享受到最優質的教學過程。其次，VR教育系統可以源源不斷地提供課程資源，場景化的課程讓學生享受到和發達地區學子一樣走遍世界的機會，對幫助其理解世界、產生見識有著極大的引導作用。最后，在一次性購買VR設備之后，可以較低的價格不斷更新課程資源，從而實現教育的可持續發展。當然，對于這一剛剛起步的技術支持的東西，人們在認識上還存在著一些問題，沒有引起教育行業的共鳴，硬件設備在不能很好地提供沉浸式體驗和安裝調試過程復雜的狀況下，讓大家接受有個過程。此外，它沒有涉及教育的核心問題，沒有系統化的思路等。如果欠發達地區在教育領域實現彎道超車，就需要研究虛擬現實技術如何在更好地與教育本身的發展規律相結合的基礎上，制定好支持的政策和制度，設計一套支持規劃，它應該會對提高教育質量和解決教育發展不平衡的問題起到應有的作用。基于此，本文提出一些實施VR教育的設想。

3.1 構建VR教育系統

理想的VR教育系統可以參考美國教育心理學者吉爾福德（J.P.Guilford）提出的智力三維結構模型理論，即從知識（Knowledge）、能力（Ability）和思維方法（Think Method）3個方面對學習者提供良好的學習體驗，簡稱KAT教學體系。其中，知識是指在學習過程中需記憶、識別和理解的教學內容。能力是指人在運用知識解決問題中需要具備的基本能力。思維方法是指人在兼具知識和能力，研究具體的科學方法或解決問題的思維過程。

VR教育系統針對課堂教學的標準制定授課流程，對課堂教學的環節進行科學管理，最大限度地提升學生在課堂教學環節的學習效果。通過參考比較東西方教育中課堂的基本特點和環節，KAT可根據面向學生的種類和真實學情做個性化組合。同時，為解決教師對學生學習效果評估的難題，KAT課堂教學流程中結合VR特點定制研發課堂評測環節，最大限度地解決教師授課后對學生學習效果評估的問題。

3.2 VR課堂具體執行方案建議

3.2.1 建立大數據中心和VR課程庫中心

以VR教育為契機，在教育廳建立教學大數據中心，與教育部信息中心對接。基于VR的教學大數據中心將從教學全過程建立學生終身學習檔案，從微觀層面而言，檢測分析學生從初學、練習到測試反饋的全面記錄數據；從宏觀角度而言，可以采用不同權限對不同城市、區域、學校、教學階段的學生情況進行橫向及縱向數據獲取、分析和評估，真正形成教育的閉環反饋，為不同地區制定針對性的教育計劃提供夯實有效的數據支撐。

3.2.2 先試點后推行

VR作為教育的最新科技手段，優勢毋庸置疑。但就實際情況而言，普通學校對在教學中應用新技術還需有—個適應過程。因此，建議各教育部門分階段開始進行試點工作：第一階段，選擇在本地區范圍內師生資源優質且對新技術接受程度較高的中學進行試點工作；第二階段，選擇3～5所等量的中小學進行嘗試探索；第三階段，選擇一個邊遠地區作為VR教育試點；第四階段，總結前3個階段的試驗結果，再驗證其他城市推行應用的可行性。

3.3 VR教育發展前景

VR將對教育領域產生深刻的變革，推動促進教育公平，提升教學效果和管理水平。但這一切更需要更加系統的頂層設計和開明的政策支持及強有力的資金保障。通過VR的科技手段推動教育改革，擯棄傳統填鴨式的粗放教學和管理模式；培養以知識、能力和思維三維體系的高素質人才為目標，推動終身學習制度，從而在世界范圍內起到積極的示范作用。

我們在對VR教育各項技術的深入研究過程中，逐步將VR教育分為3個發展階段。第一個階段是人與知識的交互，即人在VR中對每個片段知識點進行學習。包含3個層次：一是簡單VR視頻演示，二是低交互，三是高交互。第二個階段是人與場景的交互，即在一個全沉浸場景里包含一個有場景邏輯的完整知識體系，使師生可以真正實現知識的3D可視化和不同學科之間的串聯、流動、遷移和相互應用。這不僅是一種教學方法的改變，更是一種思維方式的革新。第三個階段，我們認為VR教育會成為一個深度交互的遠程多人協作平臺，也是在線教育的未來。到這個階段，VR教育對文字、圖片、PPT和視頻等多種教學手段進行有效整合，對單獨學習和分組學習等多種教學方式進行全面融合，實現人與人、人與知識和人與場景所有要素之間的深度互動，從而真正實現跨越時空的線上教育這一宏偉目標。

參 考 文 獻

[1]陳志良.虛擬：人類中介系統的革命[J].中國人民大學學報，2000（4）.

[2]陳丁鴻，當教育遇上虛擬現實[EB/OL].http：//blog.sina.com.cn/s/blog_63ccff2e0102vfmm.html，2015-03-16.

[3]張雨忻.一篇文章讀懂中國VR產業全景圖[EB/OL].http：//socialbeta.com/t/report-geekpark-insight-china-vr-industry-2016，2016-03-29.

[責任編輯：鐘聲賢]