虛擬現實技術在教育領域應用探究

吳冰 閻瑞華

隨著社會的發展，科技成為當前的第一生產力。一些高新技術已經逐漸融入了人們的生活中。曾經被人們認為仿佛是神話故事一樣的技術，已經出現，而近些年，最炙手可熱的，就是VR技術的出現。VR技術也叫虛擬現實技術，它的出現極大的豐富了人們的生活。但是當前的VR技術還存在著一些小眾化，器械昂貴等特點。本文就是通過探究虛擬現實技術的特點，來淺析，虛擬現實技術能夠有效的在教育中實現應用。

隨著科技的發展，高新技術層出不窮。原本人們認為不可能實現的事情，在如今的社會，幾乎都已經完成。在1930年，電影問世的時候，就有人做過調查：電影出現了聲音會怎么樣？人們一致認為，沒有人喜歡看有聲音的電影。但是隨著科技的進步，電影不僅出現了聲音，還變成了彩色的，立體的。人們對電影的視覺體驗也越來越挑剔。虛擬現實技術一經問世，就應用在了電影領域，讓電影進入了一個新的紀元。其主要的原因就是虛擬現實技術能夠對現實進行極為真實的再現。于是，教育界的人開始思考，這種技術是否能夠應用在教育之中。如果能夠通過虛擬現實技術，真實的再現一些畫面，那么教育的一些難題，將不復存在。

一、什么是虛擬現實技術

虛擬現實作為學術術語最早源于薩瑟蘭的論文“The Ultimate Display”。該論文從計算機顯示和人機交互兩個層面提出虛擬現實世界的思想，推動計算機圖形圖像等技術的發展和頭盔顯示器、數據手套等人機交互設備的研究。虛擬現實能夠通過計算機、圖形工作站以及其他相關設備生成逼真的三維多感官環境，使參與者感覺身臨其境，同時環境也會對參與者的行為產生相應反饋，從而達到人與環境的深度融合和交互。

布爾代亞和夸弗托（Burdea&Coifet，1992）將虛擬現實的重要特征歸納為“3I”，即沉浸性（Immersion）、交互性（Interaction）、想象性（Imagination）。

1）沉浸性：指逼真、身臨其境的感覺。用戶借助特殊的輸入/輸出設備，與虛擬世界進行自然的交互，虛擬現實技術為用戶提供視覺、聽覺、觸覺等感官模擬，用戶如同身臨其境一般。

2）交互性：指用戶感知與操作環境。傳統的人機交互通過鼠標鍵盤與計算機交互，虛擬現實的交互通過傳感器與虛擬環境的任何物體以最自然的 方式進行交互。用戶對虛擬環境內的物體進行操作體驗，如在真實環境一樣。例如，用戶可以真實感受到物體的下落；手握虛擬杠鈴，用戶會感受到重力和握力。

3）想象性：也指創造性，指用戶能在虛擬環境中根據自己與物體的交互行為，通過聯想、邏輯推斷等思維過程，對未來進行想象的能力。虛擬環境的創建也是由設計者想象出來的，既可能是真實現象的重現，也可以是自身想象的結果。

虛擬現實技術一般簡稱為VR，其主要的效果就是能夠通過計算機營造一個虛擬的情景，而使用者在這個虛擬的情景中，能夠通過自己的感知來和計算機進行一個交流。簡單的講，就是在進行操作的時候，電腦根據的你的第一視角進行畫面的調整，讓一切虛擬的東西看起來更加的真實，來得到一種身臨其境的感覺。在當前的情況下，最受歡迎的就是VR游戲，它能夠消除傳統游戲帶來的第三人稱感，讓游戲玩家覺得自己切實處于這個情景之中，極大的增強游戲的體驗性。而對于一些有身體問題的玩家，也能夠通過VR技術，讓玩家切實的體驗到過山車，跳樓機等刺激項目的快感。而且國外的一些企業也通過VR來實現建筑工程的設計，讓設計者能夠具體的了解到其設計的樓房具體情況是什么樣，更好的輔助工業的完成。

二、虛擬現實技術在教育中的潛力

（一）激發學習動機，增強學習體驗

一般來說，學習動機分內部動機和外部動機。內部動機源于學習者對活動本身產生的愉悅感及滿 意度。虛擬現實技術通過呈現個性化特征、豐富多彩的媒體形式和刺激性的對話促進學習者的學習動機。大量案例證明，虛擬現實可以給學習者帶來放松、愉悅、感興趣等積極情緒，激發學習內部動機。

（二）實現情境學習，促進知識遷移

情境學習理論認為知識是學習者在一定情境中主動建構的，強調知識與情境之間動態地相互作用。根據赫林頓和奧利弗（Heringgton&Oliver，2011）的認識，情境學習環境有以下特點：1）提供反映知識可以運用于真實生活的情境；2）提供真實的活動；3）為學習者提供獲知專家思考和解決問題過程的機會；4）提供多角色以及多視角選擇；5）支持知識 的協同構建；6）關鍵時刻提供學習支架；7）對學習 環節進行針對性反思；8）清晰地表達；9）對基于任務的學習進行綜合評估。

傳統教學備受批判的主要原因，是傳統教學 離具體真實的情境，導致學生知識遷移能力不足，遷移率低、遷移意識不強。情境學習致力于解決這種挑戰，通過設置與生活情境類似的情境，促進學習的 發生。虛擬現實技術支持情境學習的發生。虛擬現實技術能夠提供豐富的感知線索以及多通道（如聽覺、視覺、觸覺等）的反饋，幫助學習者將虛擬情境 的所學遷移到真實生活中，滿足情境學習的需要（Huang&Liaw.，2011）。周明全（2016）教授認為，虛擬現實是促進教育變革的重要技術。虛擬現實能解決教學內容和知識的可視化，增強學習的沉浸感，增加師生、生生及學生與環境之間的交互。

三、虛擬現實技術在教育中的運用

在教育中，虛擬現實技術是當前研究的一個重點。尤其是在一些帶有危險性的課程中，虛擬現實技術被認為可以很好的解決這種情況。以生物課程為例，學校不可能讓老師帶領學生走近去觀察活生生的老虎或者獅子等帶有很強攻擊性，而且極為兇猛的動物。這既是為了學生的安全考慮，也是因為學校根本無法將這些動物引入課堂。但是虛擬現實技術卻可以在計算機平臺中生產一個動物的模型，這個動物的模型一切數據都符合真正的動物，包括其各項指標和行為。學生就可以通過虛擬現實設備進行觀察甚至虛擬觸摸。這就讓課程可以很好的進行，而且學生也會覺得其非常具有趣味性。同時，一些危險的項目還能夠通過輸入失敗案例讓學生們切實的體驗到實驗失敗會發生的危險是什么樣，能夠更加有效的警示學生。

其具體的案例就是，在北京的一所小學公開課上，學生們通過虛擬現實技術進行了一次全新的航天科。學生們可以根據自己的想法在太空中遨游，按照自己的喜好去觀察和觸摸每一顆星體。這大大的提高了學生的興趣，同時也能激發學生的創造力和想象力。所謂，有所見才能有所思，就是這個道理。只有真正的看到了，觸摸了，才能引發思考。這是原本的課本知識根本不可能做到的。也是虛擬現實技術所獨有的特色。

四、虛擬現實技術在教育中的應用

1.中小學美術領域

中小學美術教育的目的除了讓學生有一定的藝術常識外，更主要是給學生建立審美意識。情景學習是學習者在一定情境中主動建構的，強調知識與情境之間動態的相互作用。學生在虛擬現實中學習，往往伴隨著角色扮演。或許學生可以扮演成張擇端《清明上河圖》中的某一個人，游走于畫中，體會十二世紀北宋汴京的城市面貌和當時社會各階層人民的生活狀況，體會當時房屋、橋梁、城樓等建筑特色。新課改下美術學科教材課例豐富、形式多樣，容量大，通過虛擬現實技術，能更好地引導學生進行藝術創新，培育學生的審美意識。

2.化學實驗課領域

化學課程通常伴隨著一些實驗，這些實驗通常具備著一定的危險性。因此虛擬現實技術的引入是非常重要的。學生們可以通過虛擬現實技術切身的進行化學實驗。無論成功或者失敗都已經不重要，重要的是學生可以鍛煉自己的實踐能力。而且失敗事件的發生也不是一件壞事，它可以更好的讓學生知道，自己的失誤發生在哪里，從而在下次試驗中注意。這種以自我為中心的實驗，遠比老師的示范更容易讓學生理解知識點。

五、虛擬現實技術在教育中面臨的挑戰

虛擬現實技術在當前最主要的問題就是設備的價格高昂，根本不是一些經費緊張的學校能夠承擔的起的。所以想要讓虛擬現實技術加入學生的生活中，就需要虛擬現實器械的價格降低才能做到，或者國家提供專項的經費輔助購買。否則，虛擬現實技術引入課堂，還需要一定的時間。另一個制約虛擬現實引入課堂的因素就是教師方面的因素。一些學校存在著老師年齡過大，思想觀念難以跟上的情況。他們會固執的認為學生在使用虛擬現實設備的時候，更多的是玩樂，而不是學習。對于這種情況，就需要老師們先接受這種技術。

隨著科技的發展，教育的改革是必然的。而虛擬現實技術，或許是一個巨大的轉折點。我國應當注重這方面的問題，大力改進，才能更好的完成教學改革。

基金項目：黑龍江省高等教育教學改革項目[JG2013010

513]；佳木斯大學教育教學研究項目[2016JW2004]。

（作者單位：佳木斯大學）