基于VR虛擬現實技術的立體化教材體系建設研究

摘要：VR技術是虛擬現實技術Virtual Reality的簡稱，該技術利用電腦構建一個三維空間的虛擬世界，其主要特征表現為沉浸感、交互性和構想性。基于VR技術的立體化教材體系的構建能提供全新的體驗和不尋常的視角，為教師提供更加豐富的教學資源，其交互性能極大地激發學生的學習興趣;有助于實現學生的自主學習。而要高質量地實現基于VR（虛擬現實）技術的立體化教材體系建設，必須做到：（一）堅持立體化教材體系人才培養目標，注重教材選題;（二）結合VR技術的教材編寫要突出具體專業特點;（三）積極推進VR技術的硬件和軟件的開發及利用;（四）構建基于VR技術的立體化教材體系反饋系統;（五）發揮教師在VR技術教學體系中的引導作用。

關鍵詞：VR（虛擬現實）技術;立體化;教材體系;建設研究

中圖分類號：G642.4 ? ?文獻標識碼：A文章編號：2095-6916（2020）18-0095-03

引言

VR技術即虛擬現實技術，該技術在20世紀末、21世紀初興起并得到了快速發展。虛擬現實技術實現了計算機圖形學、仿真學、人工智能、傳感測量技術、多媒體技術等多項技術的融合。VR技術構建了一個交互式、逼真的單位立體空間環境，同時實現了和人的操作指令的準確對接。人們在該項技術中可以獲得真實的現實感受，是現階段較為先進的數字化人機交互感受技術。隨著國家教育改革的發展，我國的教育事業在教材、教學方式、教學理念等諸多方面實現了很多突破，一些全新的教學理念和教學模式也在實踐中取得了良好的教學效果。基于VR技術的立體化教材體系的構建能夠為教師提供更加豐富的教學資源，充分滿足教師的教學需求以及學生的學習需求，進而實現了優質資源的高度集合，對教育事業發展具有重要意義。

一、VR（虛擬現實）技術概述

（一）VR技術的原理

VR技術是虛擬現實技術Virtual Reality的簡稱，也被譯為幻真、靈境，也被稱為靈境技術或者人工環境技術。我國的VR技術研究起步于上世紀90年代，并得到了快速的發展。VR技術充分地利用計算機技術來通過電腦構建一個三維空間的虛擬世界，在這里使用者可以實現視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，給使用者一種身臨其境的感受，進而實現對三度空間內事物的及時、準確、沒有限制的觀察[1]。VR技術是一種通過計算機技術加以輔助而產生的高技術性模擬系統，在該系統中人工智能、計算機圖形、顯示、傳感、網絡處理等技術的發展成果都得到了普遍應用[2]。

（二）VR技術的特征

VR技術是以計算機技術為核心的現代化高新技術，主要特點表現為以下幾個方面：

1.沉浸感

沉浸感也稱為臨場感，指的就是用戶作為主角存在于這個虛擬環境中所得到的真實感受的程度。沉浸感能夠使用戶充分地體會到自己就是計算機系統所創造的虛擬環境的一部分，實現了人們從觀察著變為參與者的轉換，繼而投入到計算機實踐的沉浸中。使用戶能夠體會到看起來、聽起來、聞起來、摸起來甚至是嘗起來都是真實的，和現實世界毫無區別。

2.交互性

VR技術的交互性是指參與者在虛擬環境內物體的可操作程度以及用戶在該虛擬系統中得到反饋自然程度。這種交互性的產生需要借助各種專用三維交互系統來完成。用戶在整個虛擬環境中能夠充分地實現互動，這個虛擬環境并且能夠充分地按照使用者的指令來完成和使用者之間的互動，從而增加使用者的真實感受程度。

3.構想性

構想性主要強調的是虛擬現實技術中的較為廣闊的想象空間，能夠極大地擴展人類的認識范圍，進而實現使用者在現實環境中來構建客觀不存在的、甚至是不可能發生的環境。例如在電影《阿凡達》中，卡梅隆就依靠自己的想象和虛擬技術創造了一個夢幻般的星球——潘多拉星球，給人以超級真實的感受。

二、構建立體化教材體系的重要意義

在我國施行的教育改革中，對教材體系的構建具有著非常重要的意義。教材體系是保障教育改革先進性的基礎，是實現教育改革、完成教改任務的重要理論基礎。立體化教材又被稱為一體化教材或者是多元化教材。立體化教材體系是以提供形式多樣性的教學資源、滿足教師教學需求并能夠和教學進度保持高度一致的優質教學資源集成。立體化教材為教與學提供了一套整體的結局方案，能夠充分地利用多樣化的表現形式來實現對教學內容的表達，極大地豐富了教學方式以及途徑。有助于教學目標的實現。構建立體化教學的重要意義主要表現在以下幾個方面：

（一）可實現教學教材創新，保障教改的先進性

為了更好地實現教育事業的發展，我國不斷推行教育改革來實現教育理念、教育模式以及教材等方面的優化，進而促進教育事業的不斷發展，保障我國人才供給的正常秩序。因此，教改工作是關系到國計民生的大事。隨著計算機技術的迅猛發展以及網絡通信范圍的擴大，實現教育網絡信息化是教改工作中的重要內容[3]。構建立體教材體系能夠極大地實現教學教材上創新，發揮出計算機技術在教育中的應用優勢，保障教改工作的先進性。通過構建立體化教材體系是落實教改工作的必然選擇，在極大地豐富教改教材內容的前提下幫助教改工作順利進行。

（二）可極大地豐富教學的形式和途徑

立體化教材體系中的教材形式是多樣性的，任何傳統的、現代的教學形式都是實現構建立體化教材體系的重要內容。立體化教材體系的建立可極大地豐富教學形式以及教學途徑。在教學過程中，教師既可以通過一些傳統的報紙、書籍等形式作為教學輔助教具，又可以使用多媒體等先進計算機技術作為教學手段。立體化教材體系的構建，不僅僅能滿足教師教與學生學的各種統一，同時，利用立體化教材的優勢能夠極大地豐富教學形式和學習途徑，從而充分體現著學生在教學活動中的主體地位，和教改工作的指導思想保持著高度的一致，有助于學生學習的展開以及個人能力的提升。

（三）能夠有效幫助學生展開自主學習

隨著新課標教改工作地不斷深入，學生在教學工作中的主體地位得到了更加充分地體現。構建立體化教材教學體系有助于實現學生的自主學習，充分發揮出學生在整個教學工作中的主體地位。傳統的教學體系中，教材的制定以及教學活動的展開都是圍繞著教師在教學工作中的主體而展開的。隨著教育事業的發展，教學理念以及教學模式都發生了很大的變化，注重學生在教學工作中的主體地位是現階段我國施行教育改革工作中的重要指導思想。很多新形式的教學模式也是圍繞這一指導理論開始，事實證明取得了一定的教學效果。構建立體化教材體系能夠極大地豐富教學內容為學生的自主化學習提供豐富的教材形式，從而激發學生的學習興趣，實現自主化學習。

（四）能夠將實踐融入到學習環節

立體化教材不但可以用來學習知識，而且可以通過數字技術、虛擬現實技術，實現在教材中開展實踐，動手進行操作和觀察，通過數字或虛擬環境熟練技巧和規范動作，在現實中缺乏實踐條件的環節，或實踐條件比較苛刻、高成本的環節，節省大量精力、人力、物力。而且這種實踐不拘泥于時間和空間，不但能減少成本，更能極大地增加實踐熱情和提高效率。在教育部深入推進新工科建設的今天，立體化教材的建設對實踐教學的發展會起到巨大的推動作用。

三、VR技術在構建立體化教材體系中的優勢

VR技術在教育中的應用也非常廣泛，虛擬課件的制作，虛擬協同學習，虛擬實驗室，虛擬實訓基地等都是在教育實踐中應用的主要表現形式，并取得了良好的教學效果。VR技術在教育中所表現出來的重要作用，實現了教學行業的快速發展[4]。在構建立體化教材體系中VR技術同樣發揮著非常重要的作用，具體表現在以下幾個方面：

（一）VR技術提供了全新的體驗和不尋常的視角

在立體化教材體系構建過程中，通過VR技術的應用為學生提供了全新的體驗和不尋常的學習視角。得益于計算機圖像、圖形處理技術的發展以及硬件技術的不斷升級，通過VR技術而形成的虛擬世界的視覺效果和真實的世界之間的差距越來越小。一些VR技術終端產品像虛擬頭盔、VR顯示器等的產生更是給學生的學習帶來了全新的學習體驗。加之立體化教材體系的構建極大地豐富了教學材料的形式和內容更加為VR技術在教學過程中的應用創造了良好的條件，給學生提供了全新的體驗。

（二）VR技術的交互性極大地激發了學生的學習興趣

基于VR技術應用的立體化教材體系能夠充分地借助多種多樣的VR技術交互模式來實現對學生學習興趣的有效刺激。學生在利用VR技術進行學習的過程中，整個交互過程就好像游戲過程一樣，真實而有趣。和傳統的教學形式相比更加能夠突出教學的趣味性，進而最大限度地激發學生的學習興趣，調動學生學習的積極性，以完成學習。

（三）VR技術有助于實現學生的自主學習

隨著網絡技術的發展以及智能移動終端的普及，越來越多的VR技術產品出現在生活中。依靠于這些移動終端設備的應用為學生自主學習創造了條件。在立體化教材體系構建中實現了教材形式的多樣化，電子教材的普及更是為實現學生的自主學習創造了條件[5]。學生在離開課堂之外能夠通過這些基于VR技術的移動終端完成自主性學習，打破了時間和空間對于課堂教學的限制，有效幫助學生提高成績。

四、基于VR技術的立體化教材體系構建的策略探究

立體化教材體系的構建能夠極大地實現教學資源的豐富，滿足教師日常的教學要求以及學生的學習需求。將VR技術應用于立體化教材體系的構建過程中能夠實現在教學資源表現形式上的豐富，對于學生學習視野以及學習興趣的培養具有非常重要的意義。在進行基于VR技術的立體化教材體系構建過程中要確立好構建的理論基礎，結合VR技術的優勢并充分挖掘立體化教材體系在教學中所表現的優勢，將二者實現高度統一來實現基于VR技術的立體化教材體系的構建（具體構建過程如圖一所示），通過以下策略來完成基于VR技術的立體化教材體系構建工作。

（一）堅持立體化教材體系人才培養目標，注重教材選題

教學目標是所有教學工作展開和實施的最終目的，決定著人才培養的方式和方法的選擇。在基于VR技術的立體化教材體系構建過程中，要始終明確教學目標在整個體系中的指導作用，所有的教學手段的使用都要做到和教學目標保持一致，進而更好地發揮出體系在教材方面的優勢。選擇適合的VR技術來實現教材體系的構建，嚴格依照教學目標來選擇和編寫相應的教材內容，最終通過構建的立體化教材體系達成教學目標。

（二）結合VR技術的教材編寫要突出具體專業特點

結合VR技術的教材編寫要在內容、語言風格、表現形式、教學案例等方面突出具體專業特點，尊重認知規律，并將這種要求貫穿于立體教材體系的構建過程。以民航相關專業為例，在構建基于VR技術的民航相關專業立體化教材體系過程中要注重VR技術在教學過程中的實際應用。在乘務培訓配置VR軟件內容設置上要涉及到相關機型的客艙應急設備檢查、機上設備操作、帶飛訓練指導等內容。通過這些實際內容的設置來吸引乘務人員展開學習。同時，通過VR技術實現的實際機型機務維修培訓能夠替代部分真機實際操作，從而實現成本和風險的雙降低。并且，通過VR技術的應用還能打破空間和時間對于機務維修專業實踐課程的限制。

（三）積極推進VR技術的硬件和軟件的開發及利用

VR技術的優勢展現是依靠強大的軟硬件支持來實現的，因此在構建立體化教材體系的過程中要充分地重視相關配置資源的開發。在基于VR技術的表現形式上實現教學教材體系的構建中技術支持，并匹配相關配套的資源通過網絡實現閱讀和開發。像移動終端APP、VR軟件系統等都是在構建立體化教材體系建設中重要的應用手段，要注重在這些程序中實現VR技術的應用。

（四）構建基于VR技術的立體化教材體系反饋系統

任何全新的事物都需要在不斷磨合中來實現自身的成長。基于VR技術的立體化教材體系建設過程中同樣遵循著這樣的道理。在構建基于VR技術的立體化教材體系過程中，要注重反饋系統的建設。反饋系統能夠準確地收集用戶體驗，通過對反饋信息的收集能夠最大限度實現整個體系的提升。在整個基于VR技術的立體化教材體系構建過程中，學生作為最直接的反饋者對于體系更好地發展具有著重要的意義。因此，要注重反饋體系的構建過程。

（五）發揮教師在VR技術教學體系中的引導作用

在新的教學理念的影響下，教師更多的時候扮演的是學生自主學習指導者的角色。立體化教材體系的使用更加需要教師通過科學的引導來完成。因此，基于VR技術的立體化教材體系建設過程中教師要把一些像翻轉課堂、協同學習等方式的教學模式滲透到VR技術教學體系中，進而引導和鼓勵學生通過網絡來來展開學習，主動地、積極地實現自主性學習，進而實現學生自身科學素養的提升。

結論

基于VR技術的立體化教材體系的構建能夠為教學工作提供一套完整的教學解決方案的同時極大地豐富教學形式的多樣化發展。基于VR技術的立體化教材體系建設是推進教改工作進度的有力載體，對于提升學生綜合素養實現教學目標有著重要的現實意義。VR技術在立體化教材體系構建中發揮著非常重要的作用。在整個立體化教材體系構建過程中要充分發揮出VR技術和立體化教材體系的優勢，實現對學生教學方式以及教學理念的提升，幫助學生達成教學目標，提升自身綜合素養。

參考文獻：

[1]陳超良.芻議VR虛擬現實技術[J].電子技術與軟件工程， 2016（16）.

[2]張拯.基于虛擬現實技術和智能機器人的變電站巡檢功能研究[J].電腦編程技巧與維護，2016（16）.

[3]孟欣.論高校教材的立體化建設[J].西部素質教育，2016（7）.

[4]諸葛翀.淺談虛擬現實技術在教學中的應用[J].教育觀察（上旬刊），2014（1）.

[5]陳計專.“互聯網+”時代高校立體化教材建設研究[J].科技創業月刊，2016（18）.

作者簡介：于飛（1981—），男，漢族，河北黃驊人，碩士，中國民航大學助理研究員，研究方向為教育管理。

（責任編輯：董惠安）