新工科視域下虛擬現實技術在教學上的應用研究

吳貝貝　張鳳玲　趙鶯鴿　王晨博

摘要：隨著科技的進步，現代化信息技術也在迅速的發展，虛擬現實技術是最近幾年來新興的一項全新科學技術，因為是計算機圖形學，人機接口技術以及仿真技術等許多技術的集合體，有著復雜的交聯性。虛擬現實技術憑借著它獨特的優勢在未來的教育領域中將占有自己的一片天地。本文從虛擬現實技術的特點、應用和發展來展開論述，介紹虛擬現實技術在教學上的具體應用以及未來應用的前景。

關鍵詞：新工科;虛擬現實技術;教學改革

引言

虛擬技術最早是在前世紀50年代所產生，隨著近幾年的發展，索尼、蘋果等多個公司，也開始不斷的推出虛擬現實設備，促使虛擬設備得到良好的發展。高科技領域的人們也逐漸的越來越的發覺到虛擬設備在未來的前途無量，可應用于很多方面。VR技術可以模擬場景，讓人們置身在虛擬的世界中進行體驗。它是利用計算機進行仿真的系統，利用計算機生成一種模擬環境，使用戶沉浸在該環境之中。而計算機在后臺利用現實生活的數據，構造出一個讓人們感受到的虛擬現象。

虛擬現實的極大優點就是可以使用戶沉浸在所設計出的場景之中，能夠進行交互性操作。他可以讓使用者感知虛擬世界的刺激，產生思維共鳴，造成心理沉浸。而交互性的存在讓用戶與模擬環境進行自然而然的交流和反饋。虛擬現實不是固定不變的，它可以根據多感性進行感知方式的變換。他也能根據構想者的想象之力變換虛擬空間的環境，能夠讓創造者發散思維，進行天馬行空的創造。虛擬現實技術它本身所具有的特點讓它在各個領域有著極大的發展空間和使用價值。

1.虛擬現實技術主要特征

1.1 沉浸性

沉浸性主要指的是人們在設備所創作的模擬環境中，感受到一個真實的情況，使用的人通過專業的設施，使自己與虛構環境聯合起來，讓自己能夠感應到假的環境，讓自己仿佛置身其中。對于沉浸性進行影響的因素較多，主要是多感知性，其中包括人體感覺到聽覺、視覺、嗅覺、觸覺等，都能夠對于人體的感知進行模擬。理想的虛擬技術就是模擬人體所有感覺使其呈現在虛構環境中，但是因為受到傳感技術所帶來的各種限制，這就使得難以完全地模擬出所有感官。

1.2 交互性

簡而言之就是現實與虛擬環境之間的交聯，看到遠處有一個大箱子，用戶想要舉起他，那么就能充分地感受它的重量，這種交互方式能夠有效地提高用戶在虛擬現實世界的沉浸感，并且仿佛在真實的世界一般。目前來看，交互性已開展于社會生活的多方面，比如藝術家們的創作活動。通過虛擬現實技術去幫助人們立體的去觀察作品、查看作品，同時也能放大作品細節，用此技術是藝術家們能對自己的作品更全面的深入的認識。

1.3 共享性

共享性主要指的是利用虛擬現實環境，能夠為用戶提供更多的共享空間，用戶可以在一個虛擬的環境下，模擬未能執行的事務，并且獲得不同樣的結果。對于結果做好對比，獲得最有效的執行方案。比如在建筑設計過程中，可以將不同設計內容同時投放到模擬的環境當中，作為建筑人員，可以選擇出與環境最為貼近的設計。甚至一些事物根本不可能在生活存在，我們也可以利用虛擬現實技術將其充分的展現過來。通過虛擬環境中全方位的展示，能夠滿足人們對于世界的好奇心。

2.虛擬現實技術在教學上的應用

虛擬現實技術的應用前景是很廣闊的，它可應用于任何需要使用計算機來存儲、管理、分析和理解復雜數據的領域，諸如建模與仿真、科學計算可視化、設計與規劃、教育與訓練、遙作與遙現、醫學、藝術與娛樂等多個方面。日前，虛擬現實在教學上的應用領域主要涉及到以下幾個方面：

2.1虛擬現實技術在醫學領域的應用

在虛構的教室中，醫學生可以通過某些設備全面的觀察標本結構，更細致的觀察自己想要看到的內容，這樣能夠保證研究者對人體做出更加深入的了解，有效地減少觀察所消耗的成本。如果他們對于特定手術缺乏足夠的熟悉度，那么也可以利用虛擬課堂方式進行練習，指導其能夠真正的掌握這類技術。在模擬的場景中，醫生可以一直練，直到達到標準臨床水平。同時也不受到場地、器材等多方面的限制，對于醫務人員這樣非常的便利，使他們對未來手術操作更有信心。

醫生可以很容易形成最終的手術方案，通過直接將患者相關圖像和信息輸入到電腦內，利用此技術給患者檢查身體。在模擬手術過程中，確保醫生通過不斷地探索展，找到最有效，以及安全性最高的方案。保障了患者的身體，各項機能不受損傷。利用該技術，也能保證醫生全面的預測患者在接受手術后的恢復情況，并且制定出最有助于患者恢復的詳細計劃。

2.2 虛擬現實技術在教育領域的應用

該技術在教學方面有著很大益處。一方面是利用虛擬立體教學場景。某部分學生在碰到到難以理解或者想象的知識點時，那么教師可以利用虛擬現實技術為學生提供更多的幫助，使其更好地理解知識。比如立體幾何，對于學生而言是一項學習的難題，所以可以利用虛擬現實技術，為學生打造立體模型，幫助學生更加仔細的觀察立體模型，利用多角度方式徹底的理解該問題。另一方面是打造虛擬實驗室。現如今的實驗操作中成本較高，很多實驗學生無法正常進行，只能老師做學生看，用此項技術可以幫助學生進行實驗普及，降低成本。因為一些事情有著較高的危險性，無法在現實生活中直接完成，會對學生的身體健康造成威脅，所以利用虛擬現實可以幫助學生盡快的做出實踐，因為受到技術水平所帶來的限制，導致當前虛擬實驗未能具備較高的仿真程度，想要達到理想的效果，還有漫長的道路需要人們去探索。

3.虛擬現實技術在未來教學的應用前景

虛擬現實技術在教學上的應用有著質的飛躍，他在醫學教學上也有著極大的提升。高校醫學生臨床實驗是掌握醫學知識的直達途徑，但是進行臨床試驗的材料卻不能夠滿足每一個醫學生的需求。虛擬現實技術在醫學上的應用主要存在于臨床實驗用于解剖尸體，目前國內已經出現了針對心臟、骨骼等一些部位的解剖虛擬實驗，不僅滿足了醫學生手生練習積累經驗這個問題，還能夠視頻反映是醫學生在進行解剖實驗過程中的問題。這項技術在醫學院校受到了極大的歡迎，他滿足了醫學生在臨床解剖上的眾多問題。當然，虛擬現實在醫學教育中的應用不僅僅體現在解剖實驗這一方面，他在醫學教育中的應用也是十分的廣泛。根據他的特性，學校可以設立虛擬實驗室、虛擬手術、虛擬培訓等等。而現在新的開發領域則是虛擬平臺的應用。

隨著VR技術的不斷發展完善以及硬件設備的隨之提高，虛擬技術日益成熟，并不斷的與各個領域進行結合，與其他技術相輔相成，開闊了新的天地，為人們的生活和學習帶來更大的便利。

參考文獻：

[1]高友杰，司揆，伍敏，等.虛擬現實技術在非戰爭軍事行動中的應用前景初探[J].數字通信世界，2020（02）：37-38+52.

[2]李珩.虛擬現實技術在現代藝術設計中的應用研究[J].藝術家，2019（10）：42.

[3]伍聰，周舟，賀民，等.虛擬現實技術在神經外科培訓中的應用特點[J].中國繼續醫學教育，2019，11（14）：46-48.

[4]宋珂.虛擬現實技術發展影響下的觀眾觀影體驗研究[J].工業設計，2019（04）：140-141.

[5]唐實，任淑霞，王佳欣，等.基于虛擬VR技術的心臟醫療輔助系統的設計與應用[J].軟件，2018，39（06）：23-25.

[6]傅洪，熊亞平，陳懷宇，等.VR技術在臨床醫學中的應用現狀及思考[J].中國醫學教育技術，2017，（3）：283-291.

基金項目：

1.河南省高校人文社會科學研究一般項目（2022-ZZJH-230）;

2.2021年新鄉市社科重點調研課題：新醫科視域下開展“教、學、做、創”一體化教學模式的研究與實踐（2021-350）;

3.河南省高等學校重點科研項目：開放教育資源視域下基于區塊鏈的高校校際學分銀行評價系統構建（22A880018）;

4.河南省教育科學規劃課題：開放教育數據環境下構建醫工類專業課程群“一體四結合”教學模式研究（2021YB0423）;

5.河南省民辦教育協會2021年度立項課題：產業集群視角下高校特色專業集群建設人才培養模式研究 （HNMXL20210761）;

6.新鄉醫學院三全學院骨干教師培養計劃項目（SQ2021GGJS08）。

作者簡介：吳貝貝（1988- ），女，河南鄭州人，講師，碩士，校級骨干教師、青年指導教師，主要從事教育教學、模式識別方向的研究。