虛擬現實技術在基礎教育中的應用及對策分析

陳 璟

福建幼兒師范高等專科學校 人文科學系，福建 福州 350007

1 虛擬現實技術的概念與特征

虛擬現實技術（Virtual Reality，VR）是20 世紀80 年代由美國人拉尼爾提出的，指的是一種由計算機生成的高技術模擬系統，集成了計算機軟硬件技術、計算機圖形技術、計算機仿真技術、人工智能技術、傳感技術等技術的最新發展成果[1]。

虛擬現實技術被廣泛應用于各行各業，不斷變革人們的生活，具有巨大的發展潛力。目前，最為常見的虛擬現實技術是用頭盔頭戴顯示器和傳感器或手套等一系列新型交互虛擬實體物，與電子硬件設備組合構造的一種完全虛擬化的計算機軟硬件交互工作環境，它具有以下三個基本特征[2]：

1.1 沉浸性

指的是是佩戴虛擬現實設備的用戶，在頭戴式顯示器創建的虛擬環境中作為主要角色出現的程度。一個理想的虛擬環境是讓用戶完全沉浸在虛擬世界中，就像在現實世界中生活一樣。因此，需要創建較為豐富的視覺角度及場景角度，并配合光影效果與聲畫效果。

1.2 交互性

指的是用戶可以從虛擬環境中獲得的感受以及與虛擬環境中的事物進行互動的程度。良好的交互性可以讓用戶像在現實世界一樣隨手抓取或觸摸虛擬環境中的虛擬事物，并能感知到虛擬事物的重量。隨著用戶雙手的持續觸摸與移動，虛擬事物也會跟隨進行移動。因此，其需要較為復雜的觸覺感知計算，以及物體運動軌跡與路徑計算。

1.3 想象性

指的是用戶可以通過虛擬現實技術對真實環境進行復制，也可以對想象出來的環境進行構建，然后在這樣的環境中進行體驗、探索與研究，不僅讓用戶充分發揮自己的主觀能動性，也在一定程度上拓寬了人們的多維認知能力。

2 虛擬現實技術在基礎教育階段應用的現狀

2.1 基礎教育階段， 虛擬技術在語文與英語等文科學科的應用情況

基礎教育階段的學生，處于兒童言語功能發展的最佳時期，如何讓學生在學習語文與英語等文科學科時，既能充分感受語言的意蘊，又能積極表達自己的感受與體會，是教師們關注的重點。因此，將虛擬現實技術應用于基礎教育階段語文與英語等文科學科教學，主要有以下兩種情況：一是創建虛實結合的場景情境，讓學生佩戴虛擬現實設備進入到虛擬環境中，突破時空限制地感受歷史文化與祖國山川河湖，從而建立對自然風貌與傳統文化的感性認知；二是通過創建跨國度的真實場景，讓學生在感受環境的同時調動起豐富的情感體驗，能夠在虛擬環境中打破交流的障礙，從而自然地進入到語言交流環境之中，不斷強化學生的語言交流與表達能力。

2.2 基礎教育階段， 虛擬現實技術在數學與科學等理科學科的應用情況

基礎教育階段的數學與科學等理科學科的教學內容，難度不大，深度不深，但考慮到學生處于前運算階段與具體運算階段，對于抽象知識的習得尚有困難，特別是數學學科的幾何空間知識、科學學科中涉及物理與化學變化等方面的知識，都屬于“肉眼看不見”的內容，學生沒有具體經驗的話，難以獲得概念的抽象。因此，我們在此類學科的教學應用中引入虛擬現實技術，主要是將生活中遇到的一些難以理解的理科知識，通過虛擬實驗室的方式讓學生獲得。與一般的多媒體課件不同的是，虛擬現實技術構建的虛擬實驗室互動性與體驗性更強，既可以讓學生跟隨虛擬現實設備了解物體內部結構，也能讓學生在特定場景與實驗中進行沒有實際危險的操作[3]，便于學生能夠更好地獲得抽象概念與知識習得。

2.3 基礎教育階段， 虛擬現實技術在體育與美術等術科學科的應用情況

體育與美術等術科學科在基礎教育階段主要以培養學生基本素質為主，如體育學科，主要是鍛煉學生的身體素質，美術學科主要是培養學生美學素養。例如，體育競技項目的訓練以及美術折紙技藝的習得，都需要充分練習以進行知識的鞏固。因此，在術科學科中應用虛擬現實技術進行教學，主要是充分利用虛擬環境的重復進入性，讓學生可以多次訓練和體驗技能，不僅可以提升學習效率，同時也可以降低練習的經濟成本與時間成本。

3 虛擬現實技術在基礎教育階段應用存在的問題

虛擬現實技術應用于基礎教育階段，其優勢顯而易見。但考慮到基礎教育階段的學生對于技術的興趣與掌握程度參差不齊，教師應用虛擬現實技術的水平較為低下，因此在應用過程中也存在著不少問題。

3.1 師生教學情感培養方面的缺失

區別于傳統的課堂教學，使用虛擬現實技術的課堂對現階段的基礎教育學生而言，學習的方式發生了較大的變化。學生將通過佩戴虛擬現實設備沉浸于虛擬情境中，學習的主動性增強了，同時也引發了學生在判斷力與創造力方面的發展。但這些并不是教師在課堂教學中引導的，而是虛擬現實技術讓學生對學習產生了巨大的興趣而帶來的良好效果。這種效果卻讓教師與學生在面對面的情感交流與互動方面產生一定的缺失，不利于基礎教育階段的學生在情感價值觀方面的培養。

3.2 虛擬現實技術資源數量不足

目前，虛擬現實技術在基礎教育階段的應用還處于初級階段。作為新興行業，虛擬現實技術在教育教學方面開發出的教學資源缺口龐大，遠遠不能滿足教育教學需求，更不用說能找到合適的直接應用于基礎教育階段的虛擬現實技術資源，這也是虛擬現實技術無法很快在基礎教育階段獲得廣泛使用的原因之一。同時，社會對于虛擬現實技術的資源開發人才需求量也較大，多數人才主要從事的是游戲資源的開發，極少數人才從事教育資源開發，這也是亟待解決的問題。

3.3 虛擬現實技術使用成本較高

在基礎教育階段使用虛擬現實技術，首先需要為學生購買虛擬現實技術的佩戴式設備，這里包含了頭戴式設備與觸摸式設備，產生了一定的費用。虛擬現實技術設備產品的差異性較大，價格低廉的產品功能不夠齊全，教學體驗不夠友好，而能滿足需要的產品則價格昂貴，教學成本巨大。此外，基礎教育階段的學生正處于生理發育成長的關鍵時期，長時間佩戴虛擬現實技術設備，會讓學生產生頭暈目眩的不良感受，這也是需要重點考慮的問題。

4 虛擬現實技術在基礎教育階段應用的對策

對于上述問題，主要可以從以下幾方面進行強化，以規避或解決問題。

4.1 增強師生情感交流的課堂實施環節

虛擬現實技術在一定程度上能夠提高課堂教學的精彩程度，但不能取代教師在課程教學中的地位。同時，培養學生與教師的情感交流也是基礎教育階段學生成長的關鍵因素之一。因此，在進行課堂教學實施時，教師可以增強與學生進行交流的互動環節。例如，當學生進入虛擬情境時，教師可以通過各個學生的表情、動作來判斷學生的學習掌握程度；當學生走出虛擬情境后，教師可以鼓勵學生積極發表自己的看法和感受，既不使用標準答案限制學生的回答，也不對學生個性化的知識解讀進行批判。要在有限的課堂教學時間里，設計有效的沉浸學習與交流互動環節，以保證師生在課堂教學中的情感交流。

4.2 不斷提升教師虛擬現實技術資源開發水平與應用水平

虛擬現實技術作為一種新興的信息技術手段，對教師確實提出了較高的要求，不僅需要提升自己的虛擬現實技術應用水平，在一定程度上還需要提升自己的虛擬現實技術資源開發水平。由于虛擬現實技術在制作虛擬環境方面的復雜度，讓基礎教育階段的教師們在使用態度上也較為保守。因此，需要相關研究機構、企業或有關高校，加大對基礎教育的幫扶力度，建立師資培養培訓幫扶與合作機制。這既可以在小學或幼兒園需要時為他們提供虛擬現實技術的資源開發合作，也可以在課余或科研時間為小學或幼兒園提供一系列的培訓或講座。同時，在相關課程中提供一些設備，以提升基礎教育階段師資在虛擬現實技術資源開發與應用的水平。

4.3 借助已有的虛擬現實軟件技術平臺

由于虛擬現實設備的價格太過高昂，小學或幼兒園為降低教學成本，也可改變設備的使用形式，即只進行部分軟件設備的購置，或是借助一些已有的虛擬現實軟件技術平臺，構造所能滿足需要的虛擬場景。教師只需通過移動設備如手機、平板等，即可構建虛擬場景，讓學生可以進行仿真交互，從而滿足教學需要，同時也降低了教學成本。

5 結語

綜上所述，雖然現階段在應用虛擬現實技術方面還存在著一些問題以及爭議，但隨著技術的發展進步，不僅對教師的信息素養提出了更高的要求，對學生的主動學習也提出了一定要求，這些問題最終都將得以解決，基礎教育的生動性與精彩程度也將出現新的變化。