基于虛擬現實技術的教學功能研究分析

孫玥 李晶

[摘? ? 要] 當前，大數據、人工智能、區塊鏈等新技術的飛速發展，經濟和社會產業的信息化步伐不斷加快，社會整體信息化水平不斷提高，信息技術對教育的影響也越來越明顯。隨著教育信息化發展進程的推進，越來越多的新技術、新工具被引入到課堂教學中。虛擬現實技術作為一種快速崛起的新型技術，近年來被廣泛應用于教育領域。通過這樣的技術手段可以激發學習動機、創設學習情境、增強學習體驗、感受心理沉浸、實現人機交互等。因此有必要進一步挖掘虛擬現實技術的教學功能。

[關鍵詞] 虛擬現實技術;教育應用;教學功能

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2020. 05. 091

[中圖分類號] G434? ? [文獻標識碼]? A? ? ? [文章編號]? 1673 - 0194（2020）05- 0215- 02

0? ? ? 前? ? 言

近年來，越來越多的信息技術手段被引入到教學領域中，虛擬現實技術的飛速發展，不僅帶來了新的技術革命，而且還為推進教育理念的更新、教學模式的變革“賦能”。因此，在教育教學中，發揮虛擬現實的技術優勢，推進新技術與教育教學的進一步融合，這已經成為一個非常有價值的問題。

1? ? ? 虛擬現實技術的特點分析

虛擬現實技術（Virtual Reality，VR），是通過計算機仿真手段，產生一個3D立體的空間，同時提供用戶視覺、聽覺等感官的模擬體驗，讓使用者感覺身臨其境，可以實時無限地觀察三維空間內的事物。簡單地說，虛擬現實技術是一種計算機技術輔助生成的高技術仿真系統。它具有以下特點。

1.1? ?構想性（Imagination）

利用虛擬現實技術所創造的虛擬環境可以讓人從定性和定量集成的環境中得到感知和理性的認識，從而深化概念、萌發新意，幫助構建新的想象空間。

1.2? ?沉浸感（Immersion）

沉浸感強調了人在虛擬系統中的主導作用，通過人的多感官感知，而不是以往常規的鍵盤和鼠標發生作用，營造一種身臨其境之感。虛擬現實技術產生的全景式數字世界，能欺騙用戶的大腦，讓用戶相信自己置身于另外一個世界中。

1.3? ?實時交互性（Interaction）

實時交互性，即用戶在虛擬現實技術構建的環境中，能夠用多種傳感器與多維信息發生交互作用，實現各種有效而生動的反饋。由用戶主導，并可以根據環境實時互動。

在教學領域中，引入虛擬現實技術，對技術支持的課堂進行一定的教學設計，從而實現教學環境的虛擬化，教學過程的可視化，讓學生充分感受信息技術的魅力的同時，通過教學情景的創設，提升教學環境的臨場感和沉浸感，激發學生的學習動機，增強學生的學習興趣，最終提升教學效果。

2? ? ? 傳統教學媒體和虛擬現實技術的對比研究

隨著信息技術水平的不斷提高，傳統的教學媒體已經不能滿足教學和學習的多元化需求，虛擬現實技術的快速發展將打破這一局面。

傳統的教學媒體包含視頻動畫、音頻、多媒體課件、電子白板等，都是基于二維平面的教學媒體，受其特點限制，對于抽象的概念、復雜的信息和空間關系的表達，其效果不大理想。虛擬現實技術的構想性、沉浸感、實時交互性可以模擬虛擬環境，學生使用輸入設備訪問模擬環境，實現在課堂上與虛擬環境直接聯系，虛擬現實技術可以對時空進行壓縮，超越時間和空間的限制，使復雜的教學內容能夠在課堂上完美呈現。

傳統的教學媒體臨場性和真實性都不高。虛擬現實技術以計算機技術為核心，對真實環境進行虛擬三維建模，形成一個高度逼真的數字化環境，讓學生產生親臨真實環境時所產生的感受和體驗，有利于引起學生的學習興趣，激發學生的學習主動性，培養學生的創造性思維能力，利用其沉浸性和交互性，可以大大提高學習效率。

教師信息技術應用能力基本具備但信息化教學創新能力尚顯不足。在傳統教學當中，有時會產生教師過度依賴教學媒體的情況。課堂中容易造成以老師為中心，教師是課堂的決策者。課堂上大部分時間學生處于被動的接收狀態，導致學生的自主性受到一定限制。虛擬現實技術的使用，將對傳統教學組織形式產生一定影響，學生由被動接受轉變為主動探究狀態，進而提高學生學習興趣，有利于情境教學和啟發教學的開展。

3? ? ? 虛擬現實技術在教學中的應用

3.1? ?概念學習

概念性學習是指技術開發者應用虛擬現實技術，通過科學的方法計算將要輸出的認知模型，最后利用輸出設備創設虛擬環境，創建基于某個理論或某個知識點的感知模型。例如，在地理教學中地球自轉和公轉的地理意義，對于學生來說是非常抽象的知識點，是教學中的難點和重點，很難理解和掌握。傳統的平面媒體很難演示清晰明了，如果這一章節沒有學習透徹，對于學生的后續學習將會失去動力。通過虛擬現實技術來輔助教學，讓學生在虛擬環境中感受地球運動過程，可以更加直觀、立體地感受地球的運動規律。

3.2? ?體驗式學習

體驗式學習是指學習者在利用技術所創設的虛擬學習環境中，從體驗出發獲得知識或者技能的學習方式。體驗式學習是一種以學習者為中心的學習方式，具有情境性、親歷性、反思性和探究性的特點。例如在地理教學中我們有許多世界地理和區域地理的內容，由于空間的局限，學生不能馬上體驗其教學內容的特點。通過虛擬環境的建設，帶入學生進行虛擬旅行，從學生所獲得的體驗來實現了解一個國家或者地方的自然和人文特征從而形成地理空間概念與地理實踐力。

3.3? ?能力訓練

能力訓練是指學習者在所創設的虛擬環境中，通過虛擬現實設備來進行操作，并用所學得的知識來提升自己的能力。例如在初中地理教學中，讀圖和識圖也是教學中的重難點。利用虛擬現實技術，構建立體的地圖模型，對于學生讀圖能力和獲取地理信息的能力有明顯的提升作用。

3.4? ?科學探究

科學探究是指開發者首先創造一個和教學內容相關的虛擬環境，學習者可以單獨或者以小組合作的模式在虛擬環境中進行探索研究，然后再進行自己認知模型的構建，最后再通過在虛擬環境中的反饋來調整自己的認知模型。在教學當中，一些課程的課外實踐也占有很大比例，然而老師在實際操作過程當中，受時間和空間限制，如野外實踐等教學內容，會直接簡化或者省略掉，這樣就很難將教學內容融入實際教學當中，造成理論與實際相背離。利用虛擬現實技術可以不受時空限制，模擬出自然狀態下的任一虛擬場景，通過3D建模和全景視頻拍攝等技術手段，達到與親身體驗現實中野外實踐等學習過程一樣的效果，從而建構自己的認知模型。

4? ? ? 虛擬現實技術的教學功能

通過上述研究，我們可以看出虛擬現實技術所擁有的獨特魅力決定了它在教育領域運用的鮮明特點。它所提供的能使人產生身臨其境感覺的虛擬學習環境，允許學習者以自然的方式進行交互，這就更加豐富了其教學功能。

4.1? ?創造虛擬的學習環境，增強學習者的真實感和臨場感

虛擬現實技術可以為學習者創造出一個生動的、逼真的三維立體學習環境，學習者能夠成功參與到這個環境中，讓學生感覺身臨其境。這種體驗式、沉浸式的學習環境非常生動不僅增加了學習者主動體驗和經歷過程而且不容易出現信息超載的現象，符合學習者的認知方式，從而讓學習更加深刻。

4.2? ?充分發揮虛擬現實的技術優勢，促進知識的內化

利用虛擬現實技術可以將抽象難懂的學習內容形象化、具體化。在傳統的教學課堂上，知識的呈現主要依靠文字、圖片、視頻等形式。利用虛擬現實技術，可以通過計算機構建三維立體的呈現效果，進而來彌補這樣的缺憾。從而能夠把抽象、深奧的知識點以更加直觀容易理解的方式呈現出來，能更好地解決知識點中的難點呈現，讓學習者更關注知識點的邏輯關系，幫助學生更專注的學習，也讓知識的呈現更加直觀和系統，大大提高課堂效率，此外可以借助各種子系統去跟蹤學習者的學習情況，實現因材施教，廣泛的互聯網優質資源也為教師提供了更多的可選之素材。

4.3? ?激發學習者的學習興趣，提升學習主動性

在教學中，通過技術手段創造出一種逼真的虛擬三維環境，模擬各種感官感受，讓學習者置身于這個環境中，還能進行實時的交互反饋。這樣就大大調動了學生的學習積極性和學習興趣。可以做到“寓教于樂”。

4.4? ?突破教學中時間和空間上的界限

利用虛擬現實技術可以打破時間和空間上的局限，能夠讓很多不同地域的學習者，通過傳感器和頭盔顯示器等設備，來體驗模擬的教學氛圍，也能更好地提升學習者實際操作的能力。

4.5? ?有利于培養學生的創新能力和信息化素養

信息時代的學生要提高自身的社會適應性和自我發展能力，必須不斷地學習，拓寬自己的知識面。在教學中應用虛擬現實技術，可以為培養學生的信息獲取、信息分析和信息處理能力提供理想的環境，有利于學生發散性思維、創造性思維的發展，有利于提升學生的信息化素養。

5? ? ? 小? ? 結

在教育教學中，引入虛擬現實技術，是對技術支持的課堂進行一定的教學設計，從而實現教學環境的虛擬化，教學過程的可視化。讓學生充分感受信息技術的魅力的同時，通過教學情景的創設，提升教學環境的臨場感和沉浸感，激發學生的學習動機，提升學生的學習興趣，最終以達到提升教學效果的目的。

未來虛擬現實技術的發展將持續會對教育教學產生深遠的影響。將虛擬現實技術納入教育環境，配合人工智能、物聯網、傳感器和5G網絡領域的最新發展，再加上先進的數據挖掘和數據分析，將會進一步促進技術強化學習。

虛擬現實技術的教育功能正在不斷地被發掘和發揮。虛擬教學是一項需要長期教研與探索的過程與實踐，需要教育工作者共同參與虛擬教學資源的開發。虛擬現實技術為教育教學提供了一種新型學習方式和教育手段，為學習者搭建一個可同自然相結合的學習空間，提供了學習平臺和學習工具。將虛擬現實技術應用于教育教學中，不僅有助于促進信息化教學模式的發展，也助推了教育信息化的發展。

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