虛擬現實技術在基礎教學中的應用
——虛擬現實課堂

北京市育英學校 羅明睿

1.引言

目前，虛擬現實題材的電影層出不窮，《頭號玩家》的上映也讓虛擬現實走入人們的視野，將虛擬現實和現實生活結合也成為現階段十分熱門的話題和研究方向，現實生活不具備人們在虛擬現實中所可以得到的需求，而虛擬現實中的極高的自由度和極強的代入性也得到人們更多的青睞和關注。虛擬現實的體驗游戲機也在各大商場中十分吃香。但現階段虛擬現實在大眾領域所展示的功能僅是基礎娛樂，將虛擬現實代入教育中也是未來研究方向，虛擬現實課堂也將成為未來主流的網絡課堂模式。

2.虛擬現實的發展歷史與背景

2.1 虛擬現實概念的定義

虛擬現實（Virtual Reality）是一種可以創建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統，利用計算機構建類似于現實生活的模型，在視覺，聽覺，觸覺進行模擬，使人類身臨其境。

2.2 虛擬現實技術的發展歷史

人類對這個概念有最初的理解和意識是在上世紀60年代，人們利用計算機仿真技術將圖片進行疊加和處理形成動畫效果，構建現實中運動模型。在上世紀90年代前后，美國首先提出了現代虛擬現實的概念。2011年Oculus開發人員、shenx、著名的吃豆人開發者巖谷徹等人提出虛擬現實的設計，并研發虛擬現實游戲機Oculus Rift。2014年首次拍攝虛擬現實記錄短片《HELP》。

2.3 虛擬現實技術在現實生活中的應用

2.3.1 VR電影

2014年由《速度與激情》系列的導演林詣彬，導演了第一部VR短片《HELP》。2016年6月，導演羅布麥克萊倫推出了全球首部限制級VR電影《ABE VR》。2016年9月中國VR電影《人工智能：伏羲覺醒》上線。該片講述了一群互聯網商界精英圍繞著人工智能“伏羲”展開爭斗的故事。2017年3月，Oculus Story Studio帶來了它們的第三部 VR 電影作品《DearAngelica》

如今vr（VR）技術在電影方面得到廣泛應用，但由于技術成形較晚，大多數作品處于創作和拍攝階段。

2.3.2 VR游戲

我憑啥吃你一刀子？我和三妮真的沒那事，你為啥非要往自己頭上扣屎盆子？你肯定是受了別人的指使。想把我這個村長搞下去。有人給你錢了是不是？

在2013年，關于VR游戲的開發者版本也被推出，而推出者正是虛擬現實行業的領軍團隊Oculus Rift。此版本具有劃時代的意義，而其售價也不菲，為300美元，僅僅在官方網站上可以買到使用權。

開發者版本的VR游戲設備出售僅僅4個月，諸多游戲就已經提供支持，其中比較具有代表性的有：“半條命2”、“軍團要塞2”、“模擬外科醫生2013”，據統計，共有20多種以發售的游戲提供支持，還有數十種正在開發中的游戲宣布對其支持。如今已有近60款游戲支持Oculus。Playstation公司于2016年推出PSVR。

2.3.3 醫學

VR技術提供人體內器官模擬，醫學VR環境不僅僅包括手術臺、手術等，還包括外科工具，如手術刀、注射器、手術鉗等，以及虛擬的人體模型和人體器官。

3.虛擬現實技術的特性

3.1 虛擬現實的代入性

虛擬現實是一個仿照外部環境的模型，使用者可利用虛擬世界獲取信息。利用視覺、聽覺、觸覺對外界世界進行直觀的判斷與感受，從而將自己置身于中就有身臨其境的感受。使用者將自己帶入虛擬環境中，在虛擬環境中做出反應、判斷并表達自己的行為。在許多方面貼近現實。

3.2 虛擬現實的交流性

虛擬現實中人們利用互聯網技術在虛擬現實環境中進行思維和語言交流，也可通過文字、圖片等方式輔助自己進行思維表達。在虛擬現實環境中，使用者直接與使用者交流，無中間環節，能提升交流的準確性和便利性。虛擬現實的交流性也體現在使用者與環境之間的交流、使用者與使用者之間的交流、虛擬環境和外界環境之間的交流。使虛擬現實環境成為一個整體。

3.3 虛擬現實的執行性

虛擬現實環境中通過計算機技術能準確地在虛擬現實環境中表達使用者的意圖，做到準確的執行。并且虛擬現實能做到和現實環境中一樣，將使用者的意圖表達的又快又準。

3.4 虛擬現實的自由性

虛擬現實較現實環境中擁有更高的自由性，使用者可在其過程中發揮自己的想象，更準確地表達自己的意圖，較現實環境下沒有了一些環境中的限制與拘束。可以在虛擬環境中自由發揮將自由程度優化至最大，擁有十分強大的遐想空間。

4.虛擬現實技術在基礎教育方面的應用

4.1 基礎教育和虛擬現實技術的結合

虛擬現實課堂是基于虛擬現實技術在基礎教育領域上的一個創新的模式。主要的授課方式和傳統課堂相似，采用課堂授課模式，由一位老師帶領學生在虛擬現實的環境中進行學習。老師教授的內容和相應環境上傳至虛擬現實環境之中，學生在上課時通過相應設備進入虛擬現實環境中進行學習。比如老師想在課堂中進行化學試驗，以氫氣在純氧之中燃燒為例，教師可以通過科技手段在虛擬現實空間中對實驗建立模型，并且準確地在虛擬現實空間中表達出來，以便學生的實踐學習，并使實驗簡潔。虛擬現實課堂可以理解為對傳統形式課堂的改造和加工，是通過科技手段對傳統課堂簡化優化之后的新興教育模式。

4.2 學生在虛擬現實課堂中的表現

學生較傳統課堂在虛擬現實課堂中會更加便捷地獲取知識，并且可以通過虛擬現實課堂中的模擬實驗對一些無法在現實生活中完成的試驗進行理解，例如物理中小球在光滑的平面上運動，而現實中無法獲取到光滑平面，因此對學生造成一些困擾和誤解。再可說基礎化學教育階段化學中有對危險系數很高且高中實驗室很難精確完成的試驗，如上文提到的氫氣在純氧環境中的燃燒，學生可通過虛擬現實技術在虛擬現實課堂中完成操作加深理解。虛擬現實課堂基于互聯網，但相比于傳統網絡授課模式，學生在虛擬現實課堂中自由度更高，更利于學生理解，有助于學生專注地、高效地完成相應任務的學習和理解，虛擬現實課堂較于網絡傳統教學也有利于監督和輔導。

4.3 知識在虛擬現實課堂中的傳播

虛擬現實課堂中知識主要通過互聯網進行傳播，主要傳播方式是通過虛擬現實環境將二維畫面變為三維或者四維，并加以語言的輔助進行授課。教師通過設備進入虛擬現實環境中發出指令，學生利用設備進入虛擬現實環境獲取將信息進行處理。

5.虛擬現實教育的優點與不足

5.1 虛擬現實課堂的優點

5.1.1 機動性強

虛擬現實課堂只需要一個設備進入虛擬現實環境之中。而設備隨著科技的進步將得到提升。最理想的設備便是VR眼鏡。學生可以在家中或者外出的路上戴上眼鏡便可進入課堂進行學習，而老師授課也僅需戴上眼鏡授課。如果學生在學習環境中遇到問題可隨時進入虛擬現實環境中進行解答。做到想學就能學，機動性非常強。

5.1.2 課堂效率高

虛擬現實課堂擁有更高的自由度和代入性，學生自由程度優化至最大，擁有十分強大的遐想空間，因此學生能在此環境中充分發揮，并且能將自己帶入環境之中方便學習交流。而且虛擬現實課堂中的師生交流頻率會高于常規網絡授課模式，保證學生有效學習的時間，也會提高學習效率。

5.1.3 方便監督

虛擬現實課堂中老師可以看到學生的行動，更加準確地獲取學生是否理解或者掌握所授課的相關信息，有利于師生之間的交流表達，方便老師監督和幫助學生獲取知識。

5.2 虛擬現實課堂的不足

5.2.1 成本過高

能夠支持虛擬現實課堂模式的虛擬現實的裝備在5000元至10000元不等，對于普通的家庭來講，價位偏高。而且建立龐大的虛擬現實系統和對各種知識試驗在虛擬現實環境中的模擬、虛擬現實課堂的測評、維護、監管都需要不菲的資金維持。

5.2.2 技術問題

現階段虛擬現實裝備沒有能達到提供便捷的設備進行虛擬現實課堂。其次虛擬現實課堂需要龐大的系統，實際上對此上是空白。

6.虛擬現實課堂的前景展望

在技術到達虛擬現實課堂時，虛擬現實課堂可在市級示范學校進行定點試驗，結合網絡教學進行試講。社會上需對此進行宣傳和認可，國家有相應政策的支持，虛擬現實課堂可被普及。虛擬現實課堂將取代傳統的網絡授課模式，并且在學校的基礎教學中與傳統教育相輔相成。