虛擬現實技術在移動學習中的應用探析

王君丹

[摘要]虛擬現實技術作為一種全新的教學媒體已廣泛應用于教育領域，必將改變以往的教學觀念和教學模式，隨著移動學習方式的普及與發展，虛擬現實技術也逐漸被運用于移動學習中。分析了虛擬現實技術在移動學習中的應用優勢，闡述了虛擬現實技術對移動學習的學習方式、教學方法及教學資源建設等方面所帶來的機遇，以及在技術層面、應用層面、信息資源層面所面臨的挑戰。指出新的VRT將緊密結合“互聯網+”、人工智能等前沿技術，促進教育和信息技術的現代化整合。

[關鍵詞]虛擬現實技術;移動學習;學習方式;教學方法;移動學習資源

[中圖分類號]G 434[文獻標志碼]A[文章編號]1005-0310（2019）03-0089-04

Abstract： As a brand-new teaching medium， virtual reality technology has been widely used in the field of education， which will be bound to change the previous teaching concepts and modes. With the popularization and development of mobile learning， virtual reality technology is gradually applied in mobile learning. This paper analyzes the application advantages of virtual reality technology in mobile learning and the opportunities brought by virtual reality technology to

teaching methods， learning styles， teaching resources construction and other aspects， as well as challenges faced in technology， application and information resources. It is pointed out that the new VRT will closely combine “Internet +”， artificial intelligence and other cutting-edge technologies to promote the modern integration of education and information technology.

Keywords： Virtual reality technology; Mobile learning; Learning styles; Teaching methods; Mobile learning resources

0引言

虛擬現實技術（Virtual Reality Technology，VRT）是仿真技術，以計算機技術為核心，結合相關科學技術，創造了高度真實的數字視覺、聽覺、觸覺等感官環境[1]。用戶可以在數字環境中與必要的設備交互虛擬對象，以獲得身臨其境的體驗。虛擬現實可以借助他人對所接觸對象的感知和認知，激發參與者的思維，從虛擬環境中獲得一個綜合的空間和邏輯圖像。虛擬現實的本質特征是沉浸式、實時交互，最終目標是使虛擬現實成為時空環境的現實概念（由此啟發和獲取信息）。移動學習是指在手持移動計算設備的幫助下，能夠在任何時間、任何地點發生的學習。學習者的學習時間、地點都不受限制，能隨時隨地借助移動設備（如平板電腦、智能手機等）與移動網絡學習所需知識。將虛擬現實技術應用于移動學習是教育技術發展的一個飛躍，它營造了自主學習的環境，由傳統的“以教促學”的學習方式代之為學習者通過自身與信息環境的相互作用來得到知識、技能的新型學習方式[2]。

1虛擬現實技術在移動學習中的應用優勢

運用虛擬現實（Virtual Reality，VR）技術創造一個身臨其境的學習環境，讓學生以第一視角來觀察和模擬所學習的內容。這種形式的主要目的是讓學生進行體驗，并不足以代替真實的接觸。但是對于理解一些抽象概念很有幫助，如宇宙行星的運行、地震和龍卷風的產生、分子的結構，等等。代表性的App有“科學跑出來”系列及Bolotree系列，蘋果iOS設備或Android設備配備雙鏡頭，都可以下載使用。“科學跑出來”系列把科普與VR技術結合，讓科學從書里跑出來，在游戲的同時，幫助孩子成為史前生物專家、太陽系達人，了解龍卷風和地震的成因。專注“VR+教育”的微視酷，目前已經開發了包括科學課程、生物課程、天文課程和化學課程等數百個中小學VR課堂云課程，同時也擁有包括醫療課程、海洋課程、汽修課程和飛行課程在內的數十個專業培訓云課程，充分滿足移動學習的需要[3]。

VR技術本身形式新穎，能夠吸引學習者的注意力，在帶來極大樂趣的同時，VR技術通過計算機向學習者呈現了多角度、多樣化的學習內容。結合VR與移動學習的特點，目前虛擬現實技術在移動學習中有以下4項應用優勢，如圖1所示。

1.1構建認知、開拓思維

抽象性的知識往往讓學習者難以通過簡單的講解而理解其真正的內涵，如超聲波、磁感線、電子運動的表示等。VR技術能夠模擬三維環境展現立體模型及其運動過程，讓學習者觀察運動過程各個階段模型產生的變化，對晦澀難懂的知識點有直觀的理解，并主動思考完成認知體系的構建。在這種系統性的虛擬現實學習過程中，有助于培養學習者的空間智能與抽象思維，提升其想象力、方向感及空間認知能力，并實現了抽象知識概念的具體化表現。

1.2鼓勵探索、實現創新

VR的數字模擬有助于學習者進行虛擬實驗，特別是化學、物理等具有一定危險性或是龐大復雜的實驗。學習者只需輸入各項指定數值、公式與條件，計算機強大的計算能力就能自行運算出結果，并通過VR技術虛擬出實驗過程。這樣的虛擬實驗既能保證學習者的人身安全，又在一定程度上達到節能環保的效果，解決一些人力、設備及試驗場地等問題，同時有利于開拓創新思維，鼓勵學習者在知識探索的道路上大膽前行。

1.3實現不同角度的學習

將VR技術用于虛擬信息展示，可將相關內容拓展呈現為立體化的知識結構，讓學習者獲取到更為直觀、具體、豐富的知識信息。同時虛擬場景與現實場景的無縫鏈接（VR全景）實現了虛擬場景隨學習者視線變化而變化的超現實體驗，滿足了學習者不同角度的學習需求。例如考古專業學生無法到達真實場地進行實踐學習，可通過虛擬墓室查看古墓全貌，并根據個人的研究方向選擇不同的物體，如墓室結構、壁畫、棺槨等，或者根據個人水平對某一方向進行深入學習。

1.4突破時間與空間限制

VR技術能夠完全沖破時間與空間的制約，使學習者得到書面教學和視頻教學所無法比擬的學習體驗。上溯遠古時代，下至科技展覽，大到行星運動，小至分子碰撞，學習者可以化為其中一員共同觀察與學習。例如美國富蘭克林研究院科學博物館向公眾開放的“全息甲板”展館，可以使學習者置身虛擬太空遨游太陽系，以飛船駕駛員的視角近距離觀察各個行星，理解真實的天體運行規律，也可以進入人類大腦內部認識大腦各區域的功能。在大英博物館中，游客可以“穿越”到青銅器時代，參與古人祭祀太陽等儀式活動。

通過互聯網、全景拍攝和顯示屏，VR技術還可以徹底打破距離的限制，讓學習者在千里之外體驗到身處教室的學習情景。例如美國哈佛大學最新推出的虛擬教室，在這間教室里教授面對的是幾面墻的數字屏幕，屏幕上顯示的是60名學生的同步聯機畫面。虛擬教室中的教學類似普通的課堂教學，學生可以中途發問，教授也可以向個別學生提問。不同的是學生可以通過公眾討論頻道互相交流，教授則可通過互聯網向所有人快速發出線上調查。

2虛擬現實技術賦予移動學習全新的機遇

2016年5月，中國光學工程學會在國家會議中心舉辦“2016虛擬現實技術創新及產業發展大會”，會上提出“VR+”將會是下一個“互聯網+”的觀點。“VR+”即融合VR、計算機技術以及網絡科技，促進VR與各個行業結合，從而衍化出新型發展生態。VR將賦予各行各業蓬勃生命力、廣闊的發展空間與無限可能性。對移動學習而言， 虛擬現實技術將會在學習者學習方式、教師教學方法和教學資源建設方面帶來改變和機遇。

2.1學習者學習方式

傳統移動學習方式注重學習者的自主性，需要他們極大的自控力來主動進行。學習內容也多以平面化方式展現，難以呈現其中的聯系，缺乏探究性和合作性。基于VR技術的移動學習創建了以第一視角開展的虛擬學習環境，虛擬出仿佛置身實景的多項感官刺激，讓學習者產生強烈的沉浸感。VR場景能夠立體化地結合各項學習內容，促進溝通協作，讓學習者切身參與知識演變過程。這個過程構建了“自主、合作、探究”的新型學習方式，能夠提升學習者主動找到問題節點及嘗試用各種方法處理問題的能力，激發其積極性。

虛擬現實可以給學習者帶來放松、愉悅、感興趣等積極情緒，激發學生的內部學習動機，如VR訓練場和實驗臺就是在虛擬世界中構建出實驗場所來供學習者進行活動與操作。由于操作對象從實際存在的物體變成了虛擬世界中的模型，允許操作方式隨著教學設計的精細程度而增加或者減少（一般是減少），設計者可以提供較為精簡的操作流程，提示告知學習者應當怎樣控制和處理“眼前”的對象。同時，即使學習者由于失誤導致實驗失敗，也不會造成實際的財產損毀甚至生命危險，是一種相對安全的訓練和實驗方式。

2.2教師教學方法

不同于以往的以教師為主導的課堂教學模式，VR教學更加強調學習者的主體地位，善于營造一種主動探索的學習氛圍，實現課堂教學形式向引導啟發式教學的轉變。融入VR技術的教學能夠提供教師以更大的想象空間與發揮舞臺，通過計算機虛擬場景，教師能夠將晦澀、抽象而難以理解的知識點以更加靈活生動的方式表達出來，給予學習者更為直觀、形象化的認知體驗，拓展他們的思維創造能力。教師不再拘泥于時空限制，上一刻帶領學生領略古埃及文明，下一刻即能到達故宮博物院參觀鑒賞。無論是天體運動的展示，還是危險實驗的模擬，VR教學在一定程度上豐富了教師的教學內容與教材的展現形式。

虛擬現實技術在教學方面有著巨大的潛力，能夠提高學生們的學習效果。如在課堂模式上采用相對可操作的教學方式，并在科技研究與實驗觀測中注重更多、更精確的有效數據，以供后續分析或使用。因此，這種應用重在以高度擬真的方式，將一些難以觀測的現象放到虛擬世界中，讓學生以更為舒適便捷的視角或時間測度進行觀測，相應地也由系統給出真實實驗中應當觀測到的數據。

2.3教學資源建設

教學資源建設是課堂教學與各項活動得以成功進行的基礎，但目前網絡上現有的移動學習教學資源多趨于靜態化、平面化，無法撇開課堂教學以實現學習者自主學習。利用VR技術設計制作的三維立體教學資源更顯生動逼真，有利于渲染教學情景，帶給學習者更多的沉浸感，讓學習者快速掌握學習內容。3D動畫、模型、視頻等多樣化的教學資源具有良好的獨立性與交互性，能引導學習者運用已有的知識與經驗，主動探索知識的存在與發展。特別是VR實驗類教學資源，向學習者提供了絕對安全的實驗場地，極大地增強學習者的參與性與實踐動手能力。

相比傳統的主要提供音視頻及超文本內容的遠程教育資源來說，若能用VR系統構建高度仿真的學習資源校園，我們就可以克服由于交互性或互動性不足所帶來的一系列問題。世界各地的師生可以使用VR校園的軟硬件客戶端，通過互聯網連接到同一個虛擬學習資源校園中，像真實處在相同地理位置的學生一樣進行學習活動。

3虛擬現實應用于移動學習所面臨的問題與挑戰

盡管VR技術極大地改善了移動學習的交互性問題，起到了非常好的支持和補充作用，但在技術、應用及資源等方面都存在缺陷與不足，VR技術要運用于移動學習，仍需應對諸多挑戰。

3.1技術層面

VR的關鍵技術主要包括虛擬環境與三維圖像計算機處理技術、位置信息追蹤技術、傳感器技術、多感知反饋系統及應用系統開發工具等。理想的VR體驗是基于計算機生成逼真的動態三維虛擬情景，使用者能夠通過VR設備感應到視、聽、觸等多覺認知，計算機能通過位置信息追蹤采集使用者的臉部、手部及肢體信息，并做出及時的反饋與響應。國內市場上應用于教學的VR產品功能較為單一，系統技術較薄弱，只能做到視覺、聽覺方面的感知，虛擬物品分辨率較低，在功能結構、用戶體驗上都存在不足。VR技術要運用于移動學習，各項核心技術仍有待提升[4-5]。

3.2應用層面

網絡速度的提高已經可以滿足移動學習的需求，VR的應用可通過智能手機、VR眼鏡和VR播放器就可以實現，但要建立一個高質量的虛擬現實系統，所用的VR應用設備卻要求較高。首先，硬件方面須準備高精度數據手套、頭盔顯示器HMD、空間定位器及立體投影顯示器等設備，還需要配套開發可移動設備，而這些硬件的價格都非常高;其次，要想獲得具體場景的實時渲染效果，還需要高性能的圖形工作站以及相關的數據處理軟件。這些配套要求可能會令一些學校望而卻步，同時也就不利于VR在移動學習中的應用與推廣。

3.3信息資源層面

現階段VR技術主要應用在游戲、影視方面，在教學方面的應用較少，學習資源匱乏，內容稀缺，無法支撐龐大的移動學習群體需求。教育最重要的是內容與質量，好的內容才值得被接受與推崇。而VR教育仍處于起步階段，開發人員少，挖掘的內容不夠豐富，發展形態不夠成熟。一套完整的VR教學系統往往需要海量豐富的視音頻、圖像和長期積累的學習者學習情況等數據存儲作為支撐，系統才能夠通過大數據識別、對比和分析學習者在虛擬場景中進行的交互，重構出最終的反饋影像。這樣的教學系統開發周期長、技術要求高、消耗費用大。VR移動學習要推廣普及，仍需要眾多教育事業工作者開發更多的VR學習資源與教學資源。

4結束語

虛擬現實技術能為移動學習注入全新活力，提升學習者抽象思維能力、空間想象力及創造力，突破時空限制，為他們提供廣闊的學習可能，并帶來更多樣化的發展方向。盡管它在技術、應用、信息資源等方面還有待開發，相信隨著計算網絡與信息技術的不斷發展，硬件、軟件的更新換代，技術人員的開拓創新，虛擬現實技術必將突破重重挑戰，為未來教育帶來機遇。

新的VRT將緊密結合“互聯網+”、人工智能等前沿技術，促進教育和信息技術的現代化整合，其性能也會越來越好，能夠提供的體驗也會更加貼近真實，當然成本也會降低。到那時，虛擬現實技術必將會在移動學習中得到廣泛的普及應用，未來的VR移動學習必將成為教育領域的一大亮點。

[參考文獻]

[1]王昌金，何苗.虛擬現實技術在移動學習資源開發中的應用研究[J].當代繼續教育，2018，36（5）：70-75.

[2]范文潔，張蕾，張璐.虛擬現實技術在大學生紅色教育中的應用探析[J].軟件導刊（教育技術），2018，17（12）：61-62.

[3]楊寶珍，吳旻倩.基于VR技術的市場營銷課程開發及實現[J].江西廣播電視大學學報，2019，21（1）：92-96.

[4]潘侃，尹春林.基于VR技術和AR技術的分析模塊開發[J].電子技術與軟件工程， 2019（2）：118-119.

[5]焦春霞，劉奇付.基于Android的移動學習系統的設計與實現[J].電腦知識與技術， 2019，15（1）：80-81.

（責任編輯白麗媛）