VR交互技術 在中小學拓展課程中的應用

俞祥龍

中小學生養成良好的學習習慣，有賴于長期的培養，其中學習興趣的培養至關重要。虛擬交互技術對于改革傳統教學方式具有明顯的優勢。

關鍵詞：虛擬交互技術;中小學拓展課程;桌面虛擬交互;VR;汽車

VR虛擬交互技術的概念

一、什么是虛擬交互技術

對于虛擬交互技術而言，其屬于計算機人機交互界面的一種，主要特征在于沉浸式、交互式以及構想式。具體來說，在計算機的效應下，虛擬環境被設定出來。此處所述的虛擬環境，是指為了達成促使人們切身感受到虛擬環境的目的，將真實的環境輸入電腦，或者在軟件程序的幫助下設計出特定的三維空間繼而獲取的最終效果。將虛擬交互技術進行廣泛的推廣與深入，對于針對諸如數量相對較多的抽象數據展開工程學方向的分析工作而言是一種優勢較為明顯的改進。此外，該技術還可應用于其他各個方面，并為使用者提供較為可觀的利益收益。

總而言之，虛擬交互技術的概念可總結為使得計算機和用戶兩者獲取交互聯系的方法。

二、虛擬交互技術的種類及特征

1.虛擬交互技術的種類

考慮到使用者如何參與的方法有所差別，可以將虛擬交互系統區別成如下幾種：增強式以及分布式虛擬現實、沉浸以及桌面虛擬交互等。

對于桌面虛擬交互（或窗口VR）而言，其發揮效用主要依靠的是圖形工作站以及計算機等，使用者針對所產生的虛擬環境獲取最為直觀的感受依靠的則是計算機屏幕，此外還需用到自然交互以及立體圖形等方法，所形成的場景可稱之為三維汽車立體空間。為了達成和虛擬環境獲取交互聯系的目的，需要選取應用到多個輸入裝置，比如力矩球、鼠標、鍵盤以及掃描儀等。該類別技術的突出優點在于較為經濟，在教育方面應用較廣;主要特點是實現成本低，應用方便靈活，對硬件設備要求極低，為了增強效果，可以在桌面虛擬現實系統中借助立體投影設備，增大顯示屏幕，達到增加沉浸感及多人觀看的目的。對于針對虛擬現實了解相對較少、透徹程度相對不足的初學者而言，桌面虛擬現實系統比較適合這部分人群，在上下文中所涉及到的也是該類型的虛擬交互技術。

2.虛擬交互的主要特征

虛擬交互的主要特征有：多感知性、浸沒感、交互性、構想性。

對于交互性虛擬現實系統而言，該概念所涉及人機交互突出特點是與自然環境極其相近，人們不但能在鼠標以及鍵盤等傳統設備的幫助下實現交互的目的，還能選擇聲音命令、動作撲捉、數據手套以及激光定位等較為先進的方式實現交互的目的，此外包括預測、建模、影像、動畫、評估以及仿真等各種各樣的設計均可以獲得系統的支持。虛擬環境能對用戶的輸入作出反應，同時可以通過監控軟硬件裝置來作用用戶和被用戶作用。交互性是多感知性、浸沒感和構想性的基礎，也是提高中小學實踐教學重要方法。

本項研究結合桌面虛擬交互系統和交互性主要特征，提出了虛擬交互技術在中小學汽車設計教學中、實驗教學等中運用，在中小學教學中具有開創性的意義。

基礎教學中虛擬交互技術應用的國內外現狀

一、國外VR虛擬技術在教育行業的應用

據報道，圣澤維爾學校的850學生通過虛擬現實技術學習了關于太陽系的知識，學生搭上了太空飛船并且探索了太陽系每一個星球。在課程結束后，學生們迫不及待地向朋友分享交流他們的經歷，有學生表明自己第一次親身體驗虛擬現實，這種體驗讓他學到了很多知識，同樣也讓他感到這種教學非常有趣。

二、國內目前VR教育的狀況

目前，關于VR+教育的構想已在國內實現，高盛曾作出預測，截至2025年，VR教育產值有望達到7億美元，并將覆蓋K-12和教學軟件領域，VR和教育的結合被認為在未來有著具大的市場。當下，樂視與新東方達成了合作意向，以“沉浸式教學”切入教育領域，背靠網龍的華漁的思路則是從易用的編輯器入手，打造開放平臺，創業公司巧客互動思路則是制作各類VR教學內容，此外慧科教育預計會和暴風進行合作開展相關的人才培養計劃，積極培養具備應用性的新型有用人才，為VR的產業化發展提供助力。

但是，國內VR公司雖然多，相較于國外布局教育VR的公司基數小。究其原因，綜合國內外VR發展歷程來看，國內VR依然在硬件和技術方面落后于國外，大部分國內VR軟硬件技術尚未成熟，用戶體驗不好，使得VR教育難以一時間大規模應用與普及。不過有理由相信，在技術持續發展的助力推動下，硬件性能會不斷向著趨同的方向發展，內容與內容之間的交互行為會引發良性競爭不斷產生，VR的產業化進程會持續深入推進，市場前景廣闊。

基于中小學拓展課程的VR虛擬交互設計

一、虛擬交互技術在教學中的應用

虛擬交互技術具備逼真的視覺環境、聽覺環境、觸覺環境和運動環境，畫面生動，色彩鮮艷。桌面虛擬交互體驗，可以強烈地刺激大腦皮層，從而引起興奮， 集中學生學習的注意力，使學生對所學內容記憶深刻，并最終熟練掌握。它應用于中小學汽車教學主要表現在以下兩個方面：汽車課堂教學的現有問題，汽車課堂教學現有問題的解決。

1.汽車課堂教學的現有問題

汽車課堂教學是中小學拓展課程教學的主要方式，也是虛擬交互技術運用于教學的主要目的。根據不同的學校，虛擬交互發揮著不同的作用，主要有以下方面的應用：汽車物體的設計，汽車立體空間的設計，汽車虛擬場景的構建。

1.1汽車物體的展示

將汽車實物展現在課堂上在當下是一種較為常見的現象。在日常教學活動里，如若使得學生能夠充分的在三維層面里了解到汽車信息，一般選擇的方法如下：1）實物展示。該方法具有著相對較為久遠的歷史，但較為實用，不足之處在于考慮到學生與學生之間位于教室的不一樣的地方，盡管汽車的實物掌握在老師手上，但學生的視角伴隨著其所在地點的不同而不同，所造成的觀感也就不同;此外考慮到實物的大小受到局限，位置較遠的人看的相對較為模糊。2）采取投影儀的方式向學生們展示圖片。該方法的不足之處在于學生們只能了解到圖片所能展現出來的汽車部位，如果汽車有圖片未能展現出來的地方，學生便不可能了解到。3）在keyshot以及Rhino等軟件的幫助下進行汽車實物模型的設計，繼而將其進行旋轉操作，這樣一來學生們便可多方面全方位的了解汽車，效果較為理想和全面。該方法的不足之處在于所設計的模型以及動畫已經構

建完畢，只能按照一定的程序進行順序展示，使用者除了對其進行播放以及停止操作外并不能進行其他操作。

1.2汽車立體空間的展示

對于汽車立體空間而言，其具體含義為在歷史上或者現實里確切有的一類汽車空間。在教學工作開展的活動進程里，學生們有時候應當對汽車空間具備一定的了解，不過考慮到實際情況，使得學生們和汽車空間實現真實交流是不太現實的，當條件不允許時，采取的方法一般是老師向學生們用語言勾勒出相應的輪廓，通過學生的想象了解到汽車空間的有關狀況。

1.3汽車虛擬場景的構造

對于汽車虛擬場景而言，其具體含義為在不一樣的地點以及時間，在虛擬交互的作用下將實際的汽車場景展現出來。在條件相對落后的過去，如若想要創造學習情境，能夠選取的方法為錄像、圖片乃至語言等，學生的主動接受性較差，即便老師們想方設法地為學生展示錄像以及圖片等，學生的認識與老師的教學目標有時候也會背道而馳。

2.汽車課堂教學現有問題的解決

在虛擬交互技術的效用支持下，大小體積和實物相等的三維模型能夠被設計出來。舉例來說，選擇Rhino軟件開展建模工作，渲染器選取的軟件類型為keyshot，進行播放選取的播放器類型為VRML以及QUICKTIME VR等。如在中小學拓展課程中畫一輛汽車是如果展示360度的立體效果，是教學中的一個重點同時也是一個難點。在這種情況下，可以選擇Rhino軟件將汽車的若干面勾勒出來，再引導學生從多個視角展開研究，這樣做的優點一是能夠充分滿足學生內心隨自己的心意學習的想法，二是免去構建實物的麻煩。此外在汽車的外形、顏色以及位置等其他方面的教學活動中，桌面模擬交互技術都可以被充分應用起來。以下是系統構成：

通過虛擬交互技術，所達成的效果不僅體現在學生的意識空間里，還能夠促使學生們用眼睛、耳朵乃至手去感受。舉例來說，在為學生展開如何設計汽車的相關課程時，考慮到汽車具有著悠久的發展歷程，如何將汽車發展歷史介紹給學生，使他們進行外觀設計，內部構造設計的學習呢？為了充分達成這一目標，在中小學拓展課程中，計算機技術以及相應具備的現實主義特點效用被充分發揮出來，進而使得數字化汽車被設計出來并應用。

通過虛擬技術的應用，學生們會得到設身處地的真實感受，汽車會在他們面前真實的呈現出來，并在向導的指引下進行漫游行為。可以想象到這種再造汽車對學生的吸引力，學生可以身臨其境地觀察汽車結構特點，而且從各個方位去看都是那么的美麗、勻稱。有了虛擬交互技術，在家就能夠隨心所欲的發現汽車美的夢想得以實現。

如果采用虛擬交互技術，讓學生進入虛擬汽車場景，讓學生自己體會不同的汽車不同的功能，去游覽不同汽車在不同場景中用途，然后再對照課文，我想效果一定會很好的。如果有條件，采用沉浸的虛擬交互，讓學生戴上頭盔，面對虛擬的汽車場景，進行不同聲音試驗，從而加深對不同汽車的不同地方用途的理解。

三、虛擬交互技術在中小學拓展課程中的意義

對于中小學生而言，其突出的特性在于具備較為廣泛的興趣和求知欲望、好動以及年齡小等。中小學教學必須針對每個學生的特點開展教學活動。目前中小學教學的主要問題是“ 灌鴨式” 教學，這種集體統一教學模式具有體系完整，知識掌握度比較高的優點。教學的首要目的是讓學生成為一個獨立的正常的人，而不是培養掌握了很多知識的復讀機器。提高素質和掌握知識很重要，但方式方法卻有很多，應該根據學生自己的特點來組織學習，所謂因材施教，而不是批量化生產。對于中小學生而言，如若想要具備成熟的學習習慣，耐心的長時間教育是必不可少的，而使得學生具備良好的興趣更是重中之重。虛擬交互技術對于改革傳統教學方式具有明顯的優勢，主要體現在以下三點：

1. 虛擬交互技術創建真實的情景，實現形象化教學，促進智力和能力的發展

汽車設計教學中需要很多直觀的圖片加以說明，虛擬交互技術可以提供更加真實和逼真的圖像、視頻，也可以設計很多虛擬的汽車設計的應用場景，更利于學生的學習興趣。

虛擬交互技術有利于右腦的發育。有分析人員提出，人腦的右半邊和左半邊分別負責處理的是總體形象思維以及抽象思維，當下對學生實行的數學以及文學等教育需要依靠的是左腦，使得左腦太過勞累，相應的右腦則開發程度不夠，不利于學生整個大腦的健康。在此背景下，教育工作者們可以選取具備充足趣味性的方式使得學生們對所學目標的系統結構進行思考、學習、探討，在此過程中學生的右腦得以充分利用，進而有效的開發鍛煉了學生們的智力。

2.虛擬交互技術能激發創新意識

通過虛擬交互技術，數量龐大的模型、場景以及形象可以被靈活真切的表達出來。舉例來說，在教師開展如何設計汽車的教學活動里，如若將在歷史上占據一定地位的汽車發明采用虛擬交互技術對學生們展現出來，課堂效果是立竿見影的。虛擬交互技術還可以仿真各種汽車歷史模型，創設逼真的場景，使學生沉浸其中。通過利用VR技術使知識的傳遞變得有趣，課堂充滿了誘惑力，促進學生進行探索學習，有利于激發學生的創造性思維，培養學生的創新能力。

對于虛擬交互技術而言，簡單的教導技能是遠遠不夠的，最重要的是創造意識的培養;授人以魚不如授人以漁。所以，與教導知識相比，選取設立模型、繪畫等方法教育學生思考更為重要。對于中小學生而言，其表達能力相對欠缺，對于畫畫的學習能力相對較強，和直白的語言相比，畫畫更能使得學生表達出內心的真實想法。換言之，畫畫對于學生右腦的培養是更加有效的。

3.虛擬交互技術能夠實現學生學習方式、教師教學方式以及師生互動方式的改變

通過虛擬交互技術，能夠促進老師在教育活動中成功扮演合作者、參與者、指導者以及學習朋友的角色。對于老師而言，教導學生學習的方法，對于引導其自覺自發的去學習知識、處理面對的各種問題是極其重要的。將教學活動的中心由老師轉移到學生身上，從各個層面改善學生自主學習的態度以及能力，使得學生更加具備個性多樣化的特點。將教學模式進行充分的改進與完善，能夠使得學生以及老師之間的關系更為融洽，促使教育工作者開展的教學活動更富有針對性，更為靈活、直接以及便捷。

總結

將虛擬交互技術開展推廣和深化工作，將使得教育工作者的教育效果以及思維不斷更新。在虛

擬交互技術協作以及情景化學習的應用特性被進行實施的背景下，以往難以解決的問題會找到適宜的方法，大教育將會在學校在學生中間普及。

中小學拓展課程虛擬汽車設計拓展課程開設，解決了教學重難點的落實問題。在信息技術的支持和幫助下，汽車模型圖將會得到更為細致的展現，色彩將會更為充分，學生與老師之間的交流將會更加密切、直觀，學生釋放出的信息將會更加迅速、準確的為老師所掌握、分析和處理，課堂效果更為顯著和良好。針對學生學習特點，通過反復輪回播放的形式，強化示范演示，縮短平時演示的時間，給予孩子更多時間的創意，真是一舉兩得！

以往的教育模式是存在諸多弊端的，學生只能被動的去接受老師所傳輸的知識，不能自主的充分發散自己的思路，且答案都是約定俗成的。學生只能根據教師的語言和課本文字進行再現想象。在這種情況下，學生在學習方面的主觀能動性受到阻礙，就會產生厭惡學習的態度。當下對于國內環境而言，虛擬交互技術的研究相對并不深入，不過未來的發展可期。我們有理由相信，具備創新性的虛擬交互技術會因其展現出的各方面優勢，在教育工作中將會扮演更為亮眼的角色。

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