淺談虛擬現(xiàn)實在教育中的應(yīng)用前景

張青霞

【摘 要】本文就虛擬現(xiàn)實教育若干問題給予分析，淺談其特點及教學(xué)模式，從而對其在教育中的應(yīng)用前景進行探討。

【關(guān)鍵詞】網(wǎng)絡(luò)教育；學(xué)習(xí)過程；虛擬現(xiàn)實教育

一、網(wǎng)絡(luò)教育的發(fā)展?fàn)顩r

隨著Internet在我國的日益普及、網(wǎng)絡(luò)教育在我國也迅速發(fā)展起來。有學(xué)者將我國的網(wǎng)絡(luò)教育分成以下四類：

1、同步式網(wǎng)絡(luò)教育。這種教育的教學(xué)內(nèi)容與過程與具體的中小學(xué)教學(xué)過程緊密結(jié)合，實際上是基礎(chǔ)教育領(lǐng)域中課堂教學(xué)的延伸。如北京重點中學(xué)101中學(xué)與高拓電子公司聯(lián)合推出的“101中學(xué)遠程教育網(wǎng)”就是這樣一個例子。學(xué)生每周可從網(wǎng)上接收101中學(xué)一周的同步教育內(nèi)容、疑難問題解答及模擬試題。目前已聯(lián)網(wǎng)教授包括初一至高三年級的數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、語文、外語，全部由一線骨干教師提供內(nèi)容。師生之間可以通過電子郵件提問和答疑。

2、學(xué)歷式網(wǎng)絡(luò)教育。目前教育部已經(jīng)批準(zhǔn)清華大學(xué)、北京郵電大學(xué)、浙江大學(xué)、湖南大學(xué)四所通過網(wǎng)絡(luò)開展本科學(xué)歷和研究生學(xué)歷的教育。這類教育由于有文憑的號召力量，且能夠解決成人教育受時空限制太多的問題，現(xiàn)在發(fā)展也非常快。

3、益智式網(wǎng)絡(luò)教育。這類網(wǎng)絡(luò)教育著眼于發(fā)展學(xué)生興趣愛好，它是通過設(shè)計一個個問題，讓學(xué)生自主參與解決問題的過程，并在這個過程中學(xué)習(xí)知識，發(fā)展技能。但這種網(wǎng)絡(luò)教育在我國還較少。

4、培訓(xùn)式網(wǎng)絡(luò)教育。這種網(wǎng)絡(luò)教育的目標(biāo)是使學(xué)習(xí)者快速形成某種技能，學(xué)到某種實用知識。它的課程實具較強的實用性、職業(yè)傾向性。與現(xiàn)在的職業(yè)技術(shù)教育相類似。在如今競爭激烈、知識更新?lián)Q代迅速的信息時代，這種網(wǎng)絡(luò)教育本應(yīng)得到迅速發(fā)展，但遺憾的是，相對同步式與學(xué)歷式網(wǎng)絡(luò)教育，它的發(fā)展非常緩慢。

通過以上介紹，我們不難發(fā)現(xiàn)我國網(wǎng)絡(luò)教育發(fā)展存在以下幾個問題：

（1）網(wǎng)絡(luò)教育主要面向基礎(chǔ)教育，而高等教育、職業(yè)技術(shù)教育和繼續(xù)教育領(lǐng)域不夠完善。

（2）網(wǎng)絡(luò)教育只是傳統(tǒng)課堂教育在遠程教育的簡單延伸，在網(wǎng)上的教學(xué)內(nèi)容只是教師在課堂上的講義，授課的形式由在同一教室的教師講，學(xué)生聽變成在不同對方教師講，學(xué)生聽。學(xué)生在授課中仍舊處于被動地，網(wǎng)絡(luò)教育所具有的交互性、協(xié)作性。信息量大的優(yōu)點沒有充分發(fā)揮；

（3）網(wǎng)上的絕大多數(shù)教學(xué)內(nèi)容是為了應(yīng)付考試服務(wù)的，針對各種考試如中考、高考、托福、GRE進行輔導(dǎo)，提供大量的模擬題讓學(xué)生訓(xùn)練，這其實成了一種變相的題庫；

（4）受應(yīng)試教育影響較深最能體現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)教育特點的第三種、第四種類型在我國發(fā)展緩慢，網(wǎng)絡(luò)教育的優(yōu)勢并非真正體現(xiàn)。

二、虛擬現(xiàn)實教育

1984年美國的Willian·Gibson在一本名為Newromancerd的書中，幻想人類可以漫游于計算機模擬生成的世界之中，并第一次使用了Virtual Reality（虛擬現(xiàn)實，簡稱VR）一詞。對于VR的概念，計算機科學(xué)家Isadale在1993年在Internet網(wǎng)上給出的概念比較精煉：虛擬現(xiàn)實是人類與計算機和極其復(fù)雜的數(shù)據(jù)進行交互的一種方法。

VR的特點及類型，理想的VR系統(tǒng)應(yīng)具有如下幾個特點：

·多媒體信息感知性。VR系統(tǒng)具有感知視、聽、觸、嗅、味多種信息的能力；

·沉浸性。用戶將感覺不到身體所處的外部環(huán)境而“融合”到虛擬世界中去；

·交互性。用戶通過三維交互設(shè)備直接控制虛擬世界中的對象；

·自主性。VR世界中的物體可按各自的模型和規(guī)則自主運動。

雖然在理論上VR系統(tǒng)應(yīng)具有上述的特征，但由于實現(xiàn)時各種條件的限制而有所差異。根據(jù)交互界面的不同，可將VR系統(tǒng)分為幾種不同的類型：

（1）世界之窗（Window on World Systems-WoW）：這種系統(tǒng)使用普通的計算機監(jiān)視器來顯示虛擬世界，用戶通過鍵盤、鼠標(biāo)來控制在虛擬世界中的運動，如同通過窗戶觀察世界一樣。這是目前應(yīng)用最多、實現(xiàn)最方便、最經(jīng)濟的一類VR系統(tǒng)。

（2）視頻映射（Video Mapping）：這是WoW系統(tǒng)的一個變種，它使用視頻輸入設(shè)備將用戶的身影與虛擬世界的圖像合成在一起，用戶通過監(jiān)視器來觀察自身與世界的交互。

（3）沉浸式系統(tǒng)（Immersive System）：這種系統(tǒng)完全將用戶的視角及感覺包容在虛擬世界內(nèi)部，用戶所看到、聽到、碰到乃至聞到和嘗到的都是虛擬世界中的物體。這是最理想的VR系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的一種方法就是用多個投影顯示建造一個“洞穴”或房間，觀察者站在其中。

（4）遙控系統(tǒng)（Teleprescence）：這種系統(tǒng)不同與完全由計算機生成虛擬世界的系統(tǒng)，它是真實世界的反映。這種技術(shù)是把真實世界中的遠程傳感器與操作者的感覺聯(lián)系起來。比如用在異地帶有攝像機的機器人處理危險情況，醫(yī)生用窺鏡做手術(shù)等。

（5）混合系統(tǒng)（Mixed Reality）是遙控系統(tǒng)和VR系統(tǒng)的集成。這種技術(shù)將計算機生成的圖像與真實世界的圖像合成在一起。比如醫(yī)生在做外科手術(shù)時看到的可能是預(yù)先用CT掃描獲得的圖像與實時超聲波掃描圖像的疊加圖像；或者戰(zhàn)斗機駕駛員看到的是地圖與數(shù)據(jù)的合成圖像等。

三、虛擬現(xiàn)實在教育中的應(yīng)用前景

進入90年代，虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展很快，并從一種研究工具走向?qū)嶋H應(yīng)用領(lǐng)域。由于虛擬現(xiàn)實能提供一種豐富我們?nèi)粘５膶W(xué)習(xí)、生活的經(jīng)驗，它在人類活動的各項領(lǐng)域如建筑、考古、藝術(shù)、娛樂、運動、航空、醫(yī)學(xué)、軍事及教育等領(lǐng)域?qū)鹬匾饔谩Ｔ谔摂M現(xiàn)實的學(xué)習(xí)中，高水平的交互作用和個別化提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生不僅僅當(dāng)一個觀察者，還是一個積極的參與者。美國學(xué)者斯圖爾特和托馬斯于1991年列出了虛擬現(xiàn)實在教育中的八大用途：

·探索學(xué)生用其它方法不能接近的現(xiàn)有的地方和事物；

·探索如果沒有大小和時間的改變，就不能有效測量的真實事物；

·創(chuàng)造具有可變特性的地方和事物；

·通過一個有共同興趣的全球俱樂部與居住在遙遠地方的人相互交流，或者與來自世界各地的學(xué)生在課外自修項目上進行合作；

·在想象的空間與真實的人進行交流以支持重復(fù)的設(shè)計；

·以非現(xiàn)實的方式與真實的人相互交流；

·創(chuàng)造和操作數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)學(xué)的功能等抽象概念的表征；

·與參加模擬談判的代表，不同人生觀的歷史人物代表的虛擬的人進行交流。

在這方面，西方發(fā)達國家的一些實踐展示了VR在教育領(lǐng)域中令人鼓舞的應(yīng)用前景。由于技術(shù)先進、設(shè)備昂貴，目前在我國這方面的研究與實踐還都集中于軍事與仿真領(lǐng)域。下面略舉幾例VR在教育中的應(yīng)用。

美國在卡羅琳大學(xué)的虛擬技術(shù)教育實驗室發(fā)明了一種虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)用來教兒童區(qū)分他們家里安全的和危險的地位。代頓大學(xué)研究所組織設(shè)計了一個被稱為“女孩子能做任何事情”的采用虛擬現(xiàn)實方法的程序，用來激發(fā)鼓勵青春期女孩子為將來的職業(yè)做準(zhǔn)備。“虛擬樂隊”為音樂學(xué)院指揮專業(yè)的學(xué)生解決了實踐太少的苦惱，只要你佩戴一種磁性的傳感器，隨著你指揮動作的變化就會產(chǎn)生相應(yīng)的演奏效果。1995年在Internet上曾經(jīng)進行了一個引起世界性轟動的教育課題：“虛擬青蛙解剖”。在這個虛擬實驗室里，你可以用虛擬手術(shù)刀一層層地分離青蛙，觀察它的肌肉和骨骼組織，與真正的解剖實驗幾乎一樣，但沒有嗆人的藥水味。同時為了能更詳盡地觀察，你還能夠任意調(diào)整觀察角度，放大或縮小圖像。……

類似的例子還很多。許多以往無法或較難演示的實驗或工程過程，現(xiàn)在都可以通過虛擬現(xiàn)實學(xué)習(xí)系統(tǒng)來實現(xiàn)。相信在不遠的將來，虛擬現(xiàn)實教學(xué)系統(tǒng)將是教育教學(xué)的一個新方向。教師和學(xué)生能以新的、有效的方式對學(xué)習(xí)環(huán)境進行操作和控制。隨著這些系統(tǒng)越來越便宜，它們的應(yīng)用將會可能和可行，教學(xué)也將更個別化。

【參考文獻】

[1]肖樹滋主編：《電化教育概論》，北京師范大學(xué)出版社；

[2]珍妮特·沃期，戈登·德萊頓著《學(xué)習(xí)的革命》，顧瑞榮，陳標(biāo)，許靜譯，上海三聯(lián)書店；

[3]陳淑英著：《視聽媒體與方法在教學(xué)上的應(yīng)用之研究》，文景出版社印行；

[4]韋有雙、王飛、馮允成：《虛擬現(xiàn)實與系統(tǒng)仿真》，1999.4.