VR虛擬現實技術在教育領域的應用前景研究

（沈陽建筑大學，遼寧 沈陽 110168）

本文就針對VR 虛擬數字現實混合技術在高等教育教學中的實際應用相關問題，進行全面性的剖析與深入探究，通過案例了解VR 虛擬混合現實術在技術基本特征與實際應用中的優勢，進一步將其拓展到實際教學應用中的層面，并以此結合高等教育實踐做出具有實踐性質的嘗試與深入研究。

1 VR 虛擬現實技術的特征及應用現狀

VR 虛擬綜合現實仿真技術主要以新型計算機自動仿真技術為基礎，將模擬人工智能、大數據、傳感和信息系統自動仿真等多種技術元素進行有機綜合，形成了先進的新型虛擬綜合現實仿真技術，并被廣泛應用推廣到各個領域當中。本質上來講，VR 中的虛擬人機現實視覺技術就是通過利用未來人們“視、聽、觸”等多種感官視覺器官，通過高度虛擬人機畫面與真實聲音進行傳感，為未來人們量身制造高度虛擬仿真的人機虛擬現實畫面，讓未來人們身臨其境；同時也希望可以通過利用虛擬語言和互動手勢等視覺方式，形成人機交互視覺模式，帶給未來人們更好的高仿真視覺體驗。

1.1 遠程教育平臺

遠程電子教育服務平臺主要是泛泛指通過虛擬VR 等虛擬增強現實教學技術，對高校重新擴建后的各個分校教室進行遠程教學，建立一種新型電子遠程教學活動場所，學生在教室里進行學習時，就可以在教室里對知識理論進行VR 教學模擬，直接了解學科的相關理論和知識面拓展，在有限的空間里完成學習任務，達到理解教學和培養學習興趣。這不僅提高了學生學習的效率還節省了時間成本[1]。VR 虛擬課堂亦可克服許多外在環境條件，例如受疫情傳播的影響，學生很難在特定地點完成聽課，也很難到實驗場所進行實踐學習，傳統視頻網課也使得教學質量大大下降。對此，利用VR 虛擬技術，可以對線上課堂進行改造，相比于簡單的網絡視頻會議教學樣式的遠程科技教育教學方式，基于網絡虛擬化和現實教學技術的遠程科學教育技術平臺學生可以直接通過交互式遠程教學的教育課程資源目錄和教育網站鏈接作為遠程科學教育基礎技術，使遠程科學教育技術平臺的教學功能更加豐富完善。

2 VR 虛擬現實技術的特性

2.1 交互性

交互性的人是一種指電腦模擬出的三維人在虛擬現實空間中它能夠和模擬人的人體行為方式進行直接互動，交互時候所產生的人體感覺與虛擬現實一樣。其主要特點表現為：虛擬環境空間中的各種電子信息計算機對人的生理行為信息進行同步且是具有規律性和可預測性的計算，并將同步處理后的虛擬環境信息實時進行反饋，產生一種人與人在虛擬環境空間的自動同步信息交互。

2.2 延伸

在三大基本技術特性的的基礎之上，它也逐步發展了教育虛擬增強現實學習技術在許多教育領域實踐中的重要應用，如多媒體感知、存在和運動自主控制深度學習思考隨機學習。

3 VR 虛擬現實技術在高等教育的優化應用路徑

3.1 虛擬實驗室的構建

高等教育實際教學中，對于不同專業學科都非常需要充分培養每個學生的理論實踐操作能力，所以通常我們會特別涉及或說到“實驗操作”，有些時候會認為是一些危險性大系數較高的科學實驗，例如進行化學生物等學科實驗教學時，許多金屬材料具有高危險性，實驗器材容易損壞，這類實驗無法真正帶領學生在生活中進行手動操作。為了充分保障全體學生的安全，利用此虛擬技術對普通高等院校學生進行虛擬教學，可以客服以上危險的實驗條件和實驗環境，減少實驗器材的損失成本，又促進了學生對實驗操作理解和實驗效果認識，有效滿足高校構建現實主義和虛擬情景教學認知以及高校智能化多媒體模擬教學等多項虛擬教學技術需求，能夠有效通過為在校學生本身提供真實化的模擬教學情境，將基礎知識與虛擬實踐訓練形成交互教學模式，使在校學生通過真實虛擬情境觀察、操作與實踐訓練，實現對基礎知識與實踐技能的全面虛擬掌握[2]。利用VR 虛擬增強現實科學技術開發構建新的虛擬科學實驗室，一方面不僅可以由于讓廣大學生充分觀察和深入了解科學實驗同時，同時還由于可以充分參與融入到構建虛擬科學實驗室的場景當中，改變了以往學生進行實驗操作和學習時，只能親自到達指定地點接觸實物、了解相關設備的情形，全面性地拓展學生創新實踐思維，有效率地提高師生學習工作效率。

3.2 數字場館漫游

在高等教育課程教學中，教師還甚至可以根據教學專業課的特點，利用計算機模擬技術與數字等等技術，將虛擬數字教學場景組合設定成為具有不同差異性，如虛擬數字教育博物館教學場景、數字教學城市、校園體育場景等的，引導廣大學生在不同的教學場景中可以扮演不同的教學角色，通過利用虛擬數字場景可以獲得真實的教學體驗和視覺感受。學生甚至可以在虛擬環境中對學習的物體進行改造，這就增加了教學生動性以及加強了教師與學生間的溝通，有利于實現教對相關知識的普及，還可以在參觀文物等文化遺產時，還原當時的文物背景和歷史場景，使用播放故事的方式講解和評價，更加促學生進對文物的理解。以此不斷提高廣大學生自主學習工作效率，同時不斷拓展廣大學生的自主創新學習思維，促進高等教育課程教學技術水平的全面優化提升，實現網絡虛擬增強現實+高等教育課程教學的融合發展創新目的。

3.3 模擬訓練

模擬訓練模式是除了理論知識之外的一種實際可操性的學習訓練模式，主要是指利用一臺VR 虛擬機在現實教學技術中，所需要模擬的多維操作場景，對每個學生身體進行的各種操作模擬訓練，如初中教育操作訓練模擬區、三維場景仿真后的軍事體育文化活動模擬場、歷史文化展館以及室外建筑景觀設計仿真區等，都主要是通過利用3d 交互技術，結合移動互聯網多項智能技術，來模擬實現的。能夠有效幫助學校教師主動引導廣大學生進行現實操作和進行訓練，通過學生戴上移動立體眼鏡和移動頭盔、把握移動操作者的手柄等，來自動實現人機交互，讓廣大學生親身體驗真實的操作場景，而且大膽自主嘗試各種操作訓練，并同時結合學校老師所需要傳授的教學理論知識，一方面可以提高學生實際操作訓練能力，另一方面又能滿足新歷史時期學校教育教學改革中，對知識理論+教學實踐的互操作結合教學模式不斷革新的實際需求。而各種VR 現實虛擬仿真現實駕駛技術就是能夠自動設計創造出各種模擬仿真的駕駛模擬訓練環境場景，如高等教育汽車教學中針對在校學生模擬駕駛訓練技能進行訓練時，可以直接讓在校學生隨機進行各種仿真駕駛模擬訓練，利用各種VR 現實虛擬仿真現實駕駛技術能夠構建各種仿真駕駛模擬訓練環境，通過學生聽覺、視覺和運動觸覺，獲得真實駕駛體驗，在安全的各種仿真模擬駕駛訓練環境中快速完成駕駛訓練。

4 VR 虛擬現實技術在教育領域的發展前景

VR 的虛擬增強現實教學技術還希望可以廣泛發展用于課堂外的文化教育，例如通過音樂、美術等對感興趣的學生深度教育培養，沉浸式課堂數字圖書館的整合開發，等等。從實際應用角度分析出發，目前雖然VR 互動虛擬混合現實體育技術在我國教育教學行業的實際應用范圍方面還很少，但由于VR 互動虛擬混合現實體育技術本身仍然具有較強的體育教學技術優勢和發展潛力，其設計多樣化、真實的生動體育課堂將大大提高體育學生的自主學習和綜合理解能力，大大提高體育教學工作效率。交互性的教學特點將有機會大大提升在校學生的專業綜合理論實踐應用能力。虛擬現實增強混合現實技術給高等教育培訓行業發展帶來的一切將逐漸日益來越受到我國高等教育者的高度技術關注和廣泛性的青睞，必將最終使其技術不可避免更快更多地被廣泛應用于高等教育以及職業培訓各個領域，發揮其重要技術引導者的作用。

5 結語

VR 虛擬混合現實教學技術本身是當前全球信息科學技術高速進步發展下的新型技術產物，將其成功引進高等教育當中，不只是利于能有效培養廣大學生濃厚的體育訓練活動興趣，拓展學生創新教學思維，而且仍利于有效改進體育教學模式與課程結構，這種功能改變了以往教學中學生只可以進行想象，而無法進行操作體驗的不足。學生可以以一種深層次的體驗學習，給我國傳統高等教育向更為現代化多元化的教育教學模式的轉變引路，發揮當前VR 教學虛擬混合現實教學技術的巨大潛力與優勢作用，更加有效的推動教育的形式創新和促進教育的內容更新。而本文就是針對一下VR 數學虛擬混合現實相關科技在高等教育中廣泛應用所需要進行的專題研究，了解了一下VR 數學虛擬混合現實相關技術的實際研究價值與應用特征，希望它們可以有效促進“虛擬現實技術+高等教育”全面科學發展。