教育信息化背景下虛擬現實技術賦能教育教學策略研究

摘" 要" 虛擬現實技術是近年來在教育技術應用中的一大熱點，其在教育領域的廣泛應用對促進教育教學方式變革、推進教育信息化發展具有十分重要的作用和影響，但也帶來一定的風險和挑戰。從應用價值、應用方式和風險挑戰等三個方面探討虛擬現實技術在教育教學中的應用策略和路徑，以及對未來教育發展的影響。

關鍵詞" 教育信息化；虛擬現實技術；虛擬仿真教學

中圖分類號：G434" " 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2024）21-00-03

0" 引言

當前正處于一個科技飛速發展的時代，信息技術作為科技進步的重要領域，正在經歷前所未有的巨大變革，人工智能、虛擬現實（VR）、大數據、云計算、區塊鏈、物聯網、5G等新一代信息技術正在深刻地改變人們的生產、生活和工作方式，也在深刻地影響和改變未來教育的發展形勢。

早在2010年由國務院頒布的《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020年）》中就明確提出：“信息技術對教育發展具有革命性影響，必須予以高度重視。”為推進落實國家關于教育信息化的總體部署，2012年3月，教育部印發《教育信息化十年發展規劃（2011—2020年）》，首次提出建設覆蓋城鄉各級各類學校的教育信息化體系，促進優質教育資源普及共享，推進信息技術與教育教學深度融合，以教育信息化帶動教育現代化的戰略思想。2018年4月，教育部印發《教育信息化2.0行動計劃》，明確指出要因應信息技術特別是智能技術的發展，積極推進“互聯網+教育”，堅持信息技術與教育教學深度融合的核心理念，堅持應用驅動和機制創新的基本方針，建立健全教育信息化可持續發展機制，構建網絡化、數字化、智能化、個性化、終身化的教育體系，建設人人皆學、處處能學、時時可學的學習型社會，以教育信息化全面推動教育現代化，加快教育強國建設。自此，教育信息化助推教育現代化的戰略思想不斷得到強化和提升，教育信息化已經超越簡單的環境觀、工具觀和資源觀，向著內涵式發展的方向演進。

近年來，在不斷推進教育信息化發展過程中，我國教育狀況發生翻天覆地的變化，學生正在向網絡時代、信息時代、智慧時代邁進，教育方式也在向信息化、數字化、智能化方向轉型，這些改變不僅重塑了人們獲取知識的方式，也正在深刻地改變人們對教育的理解和期待。

虛擬現實技術是近年來在教育技術應用中的一大熱點，其對教育教學的賦能作用受到廣大教育工作者的普遍關注。接下來，筆者將從應用價值、應用方式和風險挑戰等三個方面探討虛擬現實技術在教育教學中的應用策略和路徑，以及它可能對教育帶來的一些負面影響。

1" 虛擬現實技術在教育中的應用價值

虛擬現實是一種可以創建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統，它融合計算機圖形技術、人機接口技術、傳感技術、仿真技術以及人工智能技術等多種新興技術，通過計算機模擬產生一個三維虛擬世界，給用戶提供多源信息融合、交互式的三維動態視景和實體動作行為的仿真系統，使用戶身心一體地沉浸到該環境中，通過相應設備進行人機交互，獲取視覺、聽覺、觸覺等多模態感官信息，實現真實感知與體驗的效果。這個虛擬的3D環境具備沉浸性、交互性、構想性，用戶能夠感覺到自己就在這個世界中，并可以與其內的物體、人物、場景進行各種形式的交互，從而達到身臨其境的狀態。

虛擬仿真教學就是利用虛擬現實技術模擬生成一個趨近于真實環境的學習場景或教學情境來開展教學的方式，師生可以在這個模擬仿真的場景或情境中進行交流互動，從而增強學習的現場感和體驗感，體現真實性學習。虛擬仿真教學對提升教學質量和學習體驗主要有三方面優勢：

1）虛擬仿真教學能讓學生以第一視角的身份進行多維度觀察，從而增強學生的學習動機和學習興趣，提升學習的主動性；

2）虛擬仿真技術能為學生提供一個具有高沉浸性和強交互性的問題情境或學習場景，支持情境化學習，從而增強學生的學習體驗感，促進知識與技能的遷移；

3）虛擬仿真技術可以模擬各種社交活動，增強學生在社交活動中的高臨場感與體驗感，激發學生主動交流的意愿，促進高效協作，提升社會情感能力。

虛擬仿真教學方式的形象化多維展示、互動式協作交互能很好地滿足場景化教學需求，大幅提升教與學的過程質量，全面促進學生知識技能遷移。因此，虛擬仿真教學的特性符合現代教育信息化發展的趨勢，是沉浸式體驗與沉浸式教學的完美結合。虛擬現實技術作為一種新的教學工具，亦是一種新的教學手段，不僅具有激發學習動機、增強學習體驗、創設心理沉浸、實現情境學習和知識遷移等潛力，還具有操作過程更加綠色、安全的獨特優勢，能夠有效優化學習過程，增強學習效果。

2" 虛擬現實技術在教育中的應用方式

2.1" 創設模擬情境，進行仿真實驗

在傳統的教學活動中存在一些難度系數較高、危險系數較大的實驗及操作，但學校往往因為沒有相應的實驗設備、不具備相應的實驗條件，或因為進行實驗的風險較高、安全隱患較大等原因，不得不放棄實驗及操作，導致學生不能真實參與實驗過程，觀察相應的實驗結果，無法及時進行科學驗證，學習的參與感和體驗感不強，從而很大程度上影響了學生學習的效果和質量。虛擬現實技術可以根據不同學科的特性，精準快速地搭建一體成型的模擬情境，為學生提供一個安全、真實、直觀的模擬環境，讓他們實現全方位觀察、感知體驗和完成仿真實驗，進行各種實驗操作，感悟學科知識在具體實踐應用中的原理和作用，滿足對真實具體事物的認知需求，從而促使其認知結構實現從主體物質動作過渡到內部心智活動的升華。例如：在醫學教育中，學生可以通過虛擬現實技術進行手術模擬演練，不僅可以提高手術實踐技能，還可以避免在真實手術中可能出現的錯誤及風險；在化學、物理、生物等學科實驗教學中，部分實驗操作可能存在一定的危險性，學生可以利用虛擬現實技術進行仿真模擬實驗，既可以完整地觀察到實驗操作的過程現象和結果，也可以深入理解實驗操作背后的科學原理，促進學科思維能力提升。

2.2" 還原虛擬場景，強化體驗感知

在新課程改革背景下，以核心素養為導向的課堂教學倡導基于真實問題和真實場景的真實性學習。因此，學生學習知識不能脫離真實世界，教師在實施教學時應將需要解決的問題與真實世界中的生活情境進行巧妙融合，引導學生結合自身生活經驗去觀察、感知、體驗和操作，讓學生親身經歷問題解決的全過程，使知識應用與問題解決過程更為符合真實場景中的應然樣態。虛擬現實技術可以用于虛擬場景的模擬，通過還原真實場景，引導學生建立知識技能與真實場景應用之間的關聯，并重點關注知識背后的情境、文化、社會、價值等屬性，使知識理解并不局限于自身固有的形式，進而使學生在有效拓寬知識邊界的同時，促進知識在不同情境間的遷移應用。如在地理或歷史課程教學中，教師可以利用虛擬現實技術模擬生成一個特殊的地理環境或某歷史時期的一個社會場景，讓學生在虛擬環境中去觀察遙遠的地理位置或者參觀遠古的城市，這樣不僅可以提高學生的學習興趣，還可以讓學生深度浸入地理實景或歷史時代中并與之交互，使他們對特殊地理環境、地理現象或過去的歷史面貌等有更直觀深入的理解，從而豐富學生的學習體驗，增強學生的直觀理解，促進地理或歷史學科的教學。

2.3" 拓展學習空間，促進探究性學習

虛擬現實技術可為學生提供個性化的學習體驗和環境，滿足不同學生的學習需求，其呈現的虛擬實驗室、虛擬場館等模擬環境可為學生拓展豐富的學習空間，使學生通過自主體驗、角色扮演、小組合作等多元學習方式來親身實踐，在模擬情境中進行探索、交互并完成相應的項目任務，形成一定的模擬作品，通過邊做邊學、邊體驗邊學的過程來培養知識應用意識，在自主探究與完成任務的過程中經歷與建立認知沖突，并通過不斷的交互調節來深化理解和完善已有的知識結構，形成個人經驗和能力[1]。例如，當前市場中已經有很多專注于研究虛擬現實技術在教育中的應用的科研團隊，通過打造適合虛擬現實教育教學的虛擬現實智慧教室、虛擬現實展廳、虛擬實驗室、虛擬仿真實訓基地等虛擬現實教育技術產品和解決方案，可根據不同學生的學習需要和個性化需求，為其提供各種教育資源平臺、各學科虛擬現實教學課件等教學資源，讓學生在所構建的虛擬現實教學環境中進行多人交互和遠程協同，提升學習的體驗感和質量。

面向職業教育教學的實訓場景，虛擬現實教室可以有效解決傳統實訓教學過程中“看不到、進不去、成本高、危險大”的問題，為職業教育提供一個數字化、沉浸式的實訓教學空間。同時，學生在虛擬現實教室進行實訓操作時，還可以通過網絡聯線向企業的技術工人尋求遠程協助和指導，使校企合作也得以真正加強。針對基礎教育中的各類教育教學場景，虛擬現實技術可以結合教學實際需要為中小學打造數字化沉浸式教學空間，讓學生在虛擬空間中進行自由探索和學習，將復雜抽象的知識可視化、游戲化，從而激發學生的學習興趣，讓學習變得更輕松、更高效。運用虛擬仿真技術進行模擬實驗操作，實現實物操作向低成本、低消耗、安全性高的虛擬仿真實驗轉變，可有效適應線上教學的需要，適應學生的自主學習，提供不受時空限制的實驗教學，促進學生開展自主探究性學習。

3" 虛擬現實技術在教育教學應用中存在的風險和挑戰

虛擬現實技術可以為學生營造“身臨其境+模擬互動”的沉浸式學習體驗，能有效激發學習興趣，提高學習效率，是現代教育技術中非常高效的技術工具，對當前的教育理念、辦學模式、育人方式、學習形式等都產生了深刻影響，對推動教育高質量發展有著不可忽視的重要作用。但虛擬現實技術在教育教學中的應用也面臨一些風險和挑戰。

首先，虛擬現實技術是一門新興技術，目前在教育中的應用還處于不斷探索和研發階段，根據技術本身必須具有很強的穩定性和可持續性的要求，后續還需要進一步完善。

其次，虛擬現實技術設備的使用成本相對較高，經濟薄弱地區的學校要使用有較大難度，這可能會限制其在基礎教育應用中的廣泛推廣和普及，對于推進教育公平有一定的挑戰。

再次，虛擬現實技術產品的使用需要有一定的技術支持和操作基礎，需要教師有較強的信息化操作能力，能根據教學工作需要創設個性化的模擬演練情境；使用起來比較麻煩，會增大教師的工作負擔和壓力，在大范圍內推廣應用可能會存在一定的阻力。

最后，在使用虛擬現實技術產品過程中如何有效地評估學生在虛擬現實環境中的學習效果和質量，如何讓學生擺脫對虛擬現實技術的依賴性，也是需要后期不斷探索和解決的問題[2]。

4" 結束語

近年來，隨著各種新型技術工具在教育教學中被不斷推廣和應用，人們已經體會和感受到信息技術對教育工作的重要影響及其為教育教學帶來的諸多變革。新型技術工具不僅改變了教學方式，也改變了學習方式，使學習變得更加有趣和有效。虛擬現實技術的應用能夠更好地滿足學生的個性化學習需求，提高他們的學習效率和興趣，同時為教師提供更多的教學工具和資源，使他們能夠更好地進行教學。

對于教育技術的未來發展，我們可以預見，隨著信息技術的不斷發展和普及，虛擬現實技術將在教育領域發揮更大的作用，期待更多的教育技術應用出現，如智能化的虛擬實驗室、虛擬博物館等。同時需要關注這些技術可能帶來的問題，如數據隱私和安全問題，以及如何確保在技術環境中的教學質量。

總的來說，虛擬現實技術為教育教學帶來巨大的機遇和挑戰，必須把握機遇，應對挑戰，以實現教育創新發展，進而更快地推動教育信息化轉型，實現教育現代化戰略目標。

5" 參考文獻

[1] 胡翰林，劉革平.從多態表征到置身參與：虛擬現實技術助力學科教學的價值路徑[J].電化教育研究，2022，43（1）：79-85.

[2] 施威，黃佳慶，崔中良.虛擬現實教育范式創新：現狀、問題與展望[J].牡丹江教育學院學報，2023（2）：41-45.

作者簡介：汪文才，一級教師。