譯／劉 聃 湖南師范大學(xué)教育科學(xué)學(xué)院教育技術(shù)系
　　
　　從美國的密西西比河開始，飛越墨西哥海灣，直到南美洲，體驗(yàn)天鵝的遷移習(xí)性；橫過繁忙的十字路口；變成一個(gè)氫原子和另一個(gè)氫原子以及和一個(gè)氧原子結(jié)合成一個(gè)水分子。這些是今天虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠提供的一些體驗(yàn)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，攀登艾菲爾鐵塔、在切薩皮克海灣釣魚、在一個(gè)遙遠(yuǎn)的地方作調(diào)查等活動(dòng)將在虛擬現(xiàn)實(shí)中成為可能。
　　美國的科學(xué)家和教育家們正進(jìn)行通力合作，通過CAVE、Immersa-Desks、ImmersaWalls、HMD (head-mounted displays)等把“虛擬現(xiàn)實(shí)”引薦給教師和學(xué)生。CAVE是一個(gè)長、寬、高各3.05米（10英尺）的空間，三面圍墻、一個(gè)頂、一塊地板，這是一個(gè)洞穴式立體顯示裝置。學(xué)生一般要佩戴一副眼鏡，它能幫助學(xué)生提高圖像識(shí)別能力，它所攜帶的CAVE操縱桿能夠用來幫助學(xué)生在虛擬環(huán)境中控制視點(diǎn)的移動(dòng)。桌子、墻以及頭盔顯示器（現(xiàn)在已經(jīng)比較容易獲得）比較便宜，也易于攜帶，可以作為CAVE的替代品。
　　虛擬現(xiàn)實(shí)作為輔助課堂教學(xué)的應(yīng)用還處于起步階段，盡管當(dāng)前在美國有很多應(yīng)用實(shí)例，但虛擬現(xiàn)實(shí)的發(fā)展還沒有達(dá)到在課程內(nèi)外隨處可用的水平。這里只列出了幾個(gè)實(shí)例，探討一下科學(xué)家和教育家們是怎樣合作來開發(fā)一種新的學(xué)習(xí)方式，這種方式考慮了學(xué)生完全沉浸于虛擬現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境的學(xué)習(xí)能力。
　　例如，在George Mason大學(xué)，Chris Dede和他的同事開發(fā)了個(gè)“科學(xué)空間世界”，這個(gè)世界包括了三個(gè)方面的應(yīng)用，即“牛頓世界”、“麥克斯韋世界”、“鮑林世界”。在“牛頓世界”，學(xué)生們了解的是多個(gè)參考點(diǎn)運(yùn)動(dòng)定律，包括盤旋在空中的球與另一個(gè)球相撞，以及既不考慮重力也不考慮摩擦力的運(yùn)動(dòng)情形；而在“麥克斯韋世界”，學(xué)生們?cè)囼?yàn)受力和能量影響的多個(gè)參考點(diǎn)的靜電場(chǎng)；“鮑林世界”則介紹了化學(xué)上的結(jié)合以及分子結(jié)構(gòu)，例如很多氫分子和氧分子結(jié)合成為一滴水，或者利用氨基酸合成復(fù)雜的蛋白質(zhì)。這些在Dede所寫的《學(xué)習(xí)21世紀(jì)的科學(xué)：研究、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)高技術(shù)學(xué)習(xí)環(huán)境》一書中都有描繪。
　　在芝加哥的伊利諾斯大學(xué)，最近在研究為K-12內(nèi)所有年齡段的學(xué)生學(xué)習(xí)重要安全技能提供機(jī)會(huì)，包括了那些身體有缺陷的學(xué)生。Frank Rusch和他的同事們根據(jù)已有的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和自我學(xué)習(xí)策略來促進(jìn)交通安全的學(xué)習(xí)。CAVE可為學(xué)生提供很多機(jī)會(huì)學(xué)習(xí)怎樣過馬路的技能，而不需要到真實(shí)的街道上去，這就減少了教學(xué)所需要的時(shí)間和在實(shí)際中的危險(xiǎn)性。
　　在這一展示過程中，Rusch、Umesh Thakkar和Laird Heal想弄清當(dāng)穿越三個(gè)不同的十字路口時(shí)，學(xué)生是否能通過參看使用說明順利使用功能準(zhǔn)則棒。每個(gè)十字路口事實(shí)上顯示了三層困難（簡單、典型和復(fù)雜），這些困難直接與穿過十字路口的車流量和車速有關(guān)。通過利用其本身生成的提示，81位學(xué)生學(xué)會(huì)了穿過這三個(gè)十字路口，這在殘疾和正常學(xué)生之間幾乎沒有什么差別。
　　作為一種應(yīng)用于中小學(xué)校和裝有CAVE顯示系統(tǒng)的大學(xué)實(shí)驗(yàn)室里的學(xué)習(xí)工具，虛擬現(xiàn)實(shí)顯得越來越重要。近來的研究分析了ImmersaDesk桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的使用情況。通過讓學(xué)生以固有的知識(shí)直接對(duì)比預(yù)選方案的一系列練習(xí)來引導(dǎo)學(xué)生，ImmersaDesk桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)試圖教會(huì)學(xué)生更好地理解一些概念，而這些概念和學(xué)生們已有的概念有差異。例如，當(dāng)老師告訴學(xué)生地球是圓的的時(shí)候，年輕的學(xué)生們很容易產(chǎn)生懷疑。對(duì)大多數(shù)學(xué)生而言，地球顯然是平的，他們沒有認(rèn)知能力，也沒有抽象思維能力，不能由他們所看見、體會(huì)到的平平的地表抽象地上升到他們沒有直接看到的感覺里球體的地球。
　　伊利諾斯大學(xué)開展了“圓地球項(xiàng)目”。正如《圓地球項(xiàng)目：共享的虛擬世界中深層次學(xué)習(xí)》所說，已經(jīng)進(jìn)行了一系列的研究來更好地理解是怎樣產(chǎn)生復(fù)雜思維的。研究是當(dāng)學(xué)生們有機(jī)會(huì)接觸一個(gè)虛擬的球形狀地球的情況下（如同從宇宙飛船上看到的那樣）進(jìn)行的。用ImmersaDesk桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，A.Johnson和他的同事們發(fā)現(xiàn)，他們能使人學(xué)會(huì)一些比如圓的地球?qū)?yīng)平的地球這類新概念。他們讓學(xué)生扮演宇航員的角色，還讓這些宇航員探討圓的地球還是平的地球之類問題。ImmersaDesk桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是一個(gè)長15.4厘米、寬10.3厘米（6英寸×4英寸）帶有顯示器的標(biāo)準(zhǔn)臺(tái)面。在ImmersaDesk桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，學(xué)生使用立體眼鏡和操縱桿，就像他們?cè)贑AVE系統(tǒng)那樣操作。
　　虛擬現(xiàn)實(shí)將繼續(xù)在教育方面作出重要的貢獻(xiàn)。在不久的將來，高中將利用墻面式和桌面式虛擬環(huán)境去學(xué)習(xí)新的概念，使用HMD幫助那些易分神的學(xué)生來學(xué)習(xí)，教給學(xué)生們教材以外日益復(fù)雜的概念。
　　
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　　什么是虛擬現(xiàn)實(shí)
　　
　　虛擬現(xiàn)實(shí)，英文名為Virtual Reality，簡稱VR技術(shù)。這一名詞是由美國VPL公司創(chuàng)建人拉尼爾（Jaron Lanier）在20世紀(jì)80年代初提出的，也稱靈境技術(shù)或人工環(huán)境。作為一項(xiàng)尖端科技，虛擬現(xiàn)實(shí)集成了計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、人工智能、傳感技術(shù)、顯示技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)并行處理等技術(shù)的最新發(fā)展成果，是一種由計(jì)算機(jī)生成的高技術(shù)模擬系統(tǒng)。它最早源于美國軍方的作戰(zhàn)模擬系統(tǒng)，90年代初逐漸為各界所關(guān)注并且在商業(yè)領(lǐng)域得到了進(jìn)一步的發(fā)展。這種技術(shù)的特點(diǎn)在于計(jì)算機(jī)產(chǎn)生一種人為虛擬的環(huán)境，這種虛擬的環(huán)境是通過計(jì)算機(jī)圖形構(gòu)成的三維數(shù)字模型，并編制到計(jì)算機(jī)中去生成一個(gè)以視覺感受為主，也包括聽覺、觸覺的綜合可感知的人工環(huán)境，從而使得在視覺上產(chǎn)生一種沉浸于這個(gè)環(huán)境的感覺，可以直接觀察、操作、觸摸、檢測(cè)周圍環(huán)境及事物的內(nèi)在變化，并能與之發(fā)生“交互”作用，使人和計(jì)算機(jī)很好地“融為一體”，給人一種“身臨其境”的感覺。