孟祥宇，全江濤，叢蓉

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在現(xiàn)代教育中的應(yīng)用研究

孟祥宇，全江濤，叢蓉

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)提高學(xué)校的教育質(zhì)量與教師的教學(xué)水平具有十分重要的作用。分析現(xiàn)實(shí)教育技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，闡述虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概況，研究了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在現(xiàn)代教育中的具體應(yīng)用和影響。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；現(xiàn)代教育；應(yīng)用

一、現(xiàn)代教育技術(shù)的發(fā)展

隨著科技信息技術(shù)手段與網(wǎng)絡(luò)通信的發(fā)展，現(xiàn)代教育技術(shù)領(lǐng)域中出現(xiàn)的新興技術(shù)也在日益增多。所謂的教育技術(shù)是遵從教學(xué)的整體目標(biāo)和要求，運(yùn)用系統(tǒng)化、科學(xué)化的方式對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程和學(xué)習(xí)資源進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)以及配置上的優(yōu)化，從理論和實(shí)踐兩方面入手，以達(dá)到更加良好的學(xué)習(xí)效果。目前，現(xiàn)代教育技術(shù)的形式十分多樣，例如：以傳統(tǒng)多媒體教學(xué)模式為基礎(chǔ)的幻燈片、投影、語(yǔ)音實(shí)驗(yàn)室等視聽(tīng)設(shè)備化教學(xué)；以衛(wèi)星通信技術(shù)為基礎(chǔ)的遠(yuǎn)距離教學(xué)；以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)的網(wǎng)上教學(xué)；以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的多媒體教學(xué)；以計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)為基礎(chǔ)的虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)等等。顯而易見(jiàn)，現(xiàn)代教育技術(shù)已經(jīng)超越了傳統(tǒng)的音像媒介使用階段，朝著網(wǎng)絡(luò)信息化、通訊多元化、媒體多樣化的方向不斷發(fā)展，并且網(wǎng)絡(luò)教學(xué)和遠(yuǎn)程教育也在日益普及。特別是本文將要研究的“虛擬現(xiàn)實(shí)”技術(shù)在現(xiàn)代教學(xué)中的應(yīng)用，具有十分廣闊的前景，指引著現(xiàn)代教育的創(chuàng)新方向。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述

（一）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念及特征

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)依靠計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，開(kāi)創(chuàng)了人機(jī)交互研究的全新領(lǐng)域，提供了新的人工智能界面，通過(guò)模擬制作現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景為工程、教育等提供方便直觀的描述手段。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠從視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等多種感知手段方面為用戶(hù)營(yíng)造出一個(gè)真實(shí)的模擬現(xiàn)實(shí)氛圍，具有多感知性、交互性和臨場(chǎng)性等三大特點(diǎn)。

1.多感知性

將人類(lèi)的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、動(dòng)覺(jué)以及觸覺(jué)等多方感知通過(guò)虛擬場(chǎng)景反映出來(lái)，是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的最顯著特征。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中裝有多感知反應(yīng)裝置與傳感器，能夠模擬真實(shí)場(chǎng)景，讓用戶(hù)產(chǎn)生身臨其境的感受。

2.交互性

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不是單純的三維模擬，而是通過(guò)人工智能加強(qiáng)模擬場(chǎng)景與參與用戶(hù)的互動(dòng)，改變了以往用戶(hù)僅僅作為觀賞者的被動(dòng)局面，加強(qiáng)了用戶(hù)的參與度，通過(guò)親自動(dòng)手發(fā)出對(duì)軟件的指令而創(chuàng)設(shè)虛擬環(huán)境。

3.臨場(chǎng)性

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)通過(guò)一些特殊裝備與顯示器相連，將用戶(hù)與現(xiàn)實(shí)世界隔離，從而使其完全沉浸在虛擬場(chǎng)景之中，使其具有真實(shí)的臨場(chǎng)感受。

（二）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的系統(tǒng)構(gòu)成

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)大致由五個(gè)模塊構(gòu)成，分別是檢測(cè)模塊、反饋模塊、傳感器模塊、控制模塊和建模模塊。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)首先通過(guò)檢測(cè)模塊獲取用戶(hù)命令，通過(guò)傳感器模塊接受命令并在虛擬環(huán)境中產(chǎn)生作用，而反饋模塊接受傳感器模塊的信息將結(jié)果反饋給客戶(hù)，最后通過(guò)控制模塊和建模模塊共同作用，控制傳感器，獲取現(xiàn)實(shí)世界的三位構(gòu)成，最終構(gòu)成虛擬環(huán)境，對(duì)用戶(hù)、現(xiàn)實(shí)環(huán)境和虛擬場(chǎng)景進(jìn)行控制。

圖1 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)構(gòu)成圖

三、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在現(xiàn)代教育中的應(yīng)用

（一）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在現(xiàn)代教育中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

通過(guò)對(duì)現(xiàn)代教育技術(shù)發(fā)展的分析和對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的初步把握，可以發(fā)現(xiàn)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域中具有鮮明且獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，為教育技術(shù)手段的創(chuàng)新提供了有效的幫助，能夠滿(mǎn)足我國(guó)課改的新要求，為學(xué)生提供自由的學(xué)習(xí)空間，也激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與熱情。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具備傳統(tǒng)教學(xué)手段所不具備的優(yōu)勢(shì)，首先體現(xiàn)在情境的創(chuàng)設(shè)上，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠?yàn)閷W(xué)生營(yíng)造逼真直觀的學(xué)習(xí)環(huán)境，便于學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和把握，能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主動(dòng)性，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)重難點(diǎn)知識(shí)的掌握，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。同時(shí)，虛擬場(chǎng)景的創(chuàng)設(shè)有利于加強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新與思考，通過(guò)對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，學(xué)生可以自主選擇學(xué)習(xí)模式、會(huì)話(huà)情境、教學(xué)內(nèi)容等，計(jì)算機(jī)也為學(xué)生提供相關(guān)的反饋，以加強(qiáng)學(xué)生思考和研究的興趣。另外，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)手段的不足，最大程度上減少由安全、經(jīng)濟(jì)等問(wèn)題帶來(lái)的障礙，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以展示罕見(jiàn)的自然景觀，可以避免某些實(shí)驗(yàn)危險(xiǎn)，也能夠重復(fù)使用。例如：在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，同學(xué)可以通過(guò)虛擬技術(shù)模擬爆炸、燃燒等高?，F(xiàn)象；在物理試驗(yàn)中，可以體會(huì)失重感覺(jué)，或者親眼觀看核聚變、裂變等場(chǎng)景；在地理學(xué)習(xí)中，可以感受四季節(jié)氣的變化、體會(huì)地殼運(yùn)動(dòng)等感受；利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，也可以讓學(xué)生輕松學(xué)習(xí)汽車(chē)甚至飛機(jī)駕駛技術(shù)，以避免因操作失誤而造成的嚴(yán)重事故，或者進(jìn)行模擬外科手術(shù)，節(jié)約了醫(yī)療實(shí)驗(yàn)資源，也能夠避免不必要的損失。

總之，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)代教育之中，能夠?yàn)樘岣呓逃?，豐富教學(xué)手段，為學(xué)生提供更好的學(xué)習(xí)環(huán)境，也避免了事故的發(fā)生和資源的浪費(fèi)，具有眾多實(shí)際性的優(yōu)勢(shì)。

（二）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在現(xiàn)代教育中的具體應(yīng)用

1.自主探索學(xué)習(xí)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在現(xiàn)代教育中的應(yīng)用能夠促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和研究探索，利用人機(jī)交互技術(shù)帶領(lǐng)學(xué)生領(lǐng)略不同的意境或是觀看不同的現(xiàn)象。學(xué)生可以利用虛擬教學(xué)系統(tǒng)親身體會(huì)現(xiàn)實(shí)中較為罕見(jiàn)的自然現(xiàn)象、優(yōu)美風(fēng)光，乃至事物的變遷和發(fā)展的過(guò)程；也可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將一些深?yuàn)W晦澀的知識(shí)變得直觀、形象，以加深對(duì)理論的理解。同時(shí)，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以打破時(shí)間、空間上的障礙，以往需要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間觀察的實(shí)驗(yàn)完全可以通過(guò)模擬場(chǎng)景而在一節(jié)課之內(nèi)解決，大大節(jié)省了學(xué)生的時(shí)間和精力，而教學(xué)效果卻毫不遜色。

學(xué)生能夠在虛擬的場(chǎng)景內(nèi)找到學(xué)習(xí)的樂(lè)趣，從而更加積極主動(dòng)地進(jìn)行研究與討論，對(duì)于營(yíng)造良好的上進(jìn)求知氛圍和提高整體教學(xué)水平均具有重要的意義。

2.進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)

利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，是其優(yōu)勢(shì)在現(xiàn)代教育中應(yīng)用最廣泛的方面。教育者可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建立諸如物理、化學(xué)、生物、醫(yī)療等各類(lèi)實(shí)驗(yàn)室，既方便教師進(jìn)行不同內(nèi)容的講解，也能夠加深學(xué)生對(duì)晦澀學(xué)科知識(shí)的理解。目前，虛擬實(shí)驗(yàn)室在理科教學(xué)中的應(yīng)用較為廣泛，學(xué)生可以在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行地震、火山爆發(fā)等地理實(shí)驗(yàn)，或是人體解剖等生物實(shí)驗(yàn)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在文史類(lèi)教育領(lǐng)域也具有很大的開(kāi)發(fā)潛能，如建立歷史虛擬實(shí)驗(yàn)室虛擬歷史人物，讓學(xué)生穿越時(shí)空，與歷史人物進(jìn)行直接溝通，在刺激新奇的同時(shí)加深學(xué)生對(duì)歷史現(xiàn)象的感悟。

3.強(qiáng)化學(xué)生技能

利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的多感知性、交互性和臨場(chǎng)性的特點(diǎn)，鼓勵(lì)學(xué)生在虛擬的情景中進(jìn)行角色扮演，從而全身心投入到練習(xí)和技能的加強(qiáng)中去，對(duì)于學(xué)生各項(xiàng)技能的強(qiáng)化十分有利。在模擬場(chǎng)景中，學(xué)生可以低廉的成本進(jìn)行各項(xiàng)實(shí)踐技能訓(xùn)練，如建筑設(shè)計(jì)技能、軍事統(tǒng)籌技能、醫(yī)療技能、駕駛技能、機(jī)器修理技能、種植技能等等。

虛擬訓(xùn)練由于成本較低，并且不具備危險(xiǎn)性，因此在現(xiàn)代教育中受到了廣泛的關(guān)注和好評(píng)。教師可以節(jié)省大量心力進(jìn)行教學(xué)計(jì)劃的研討，學(xué)生也多了一個(gè)練習(xí)的平臺(tái)和環(huán)境，可以在私人空間內(nèi)不斷訓(xùn)練直至掌握相關(guān)操作技能。

4.遠(yuǎn)程教育與特殊教育

隨著衛(wèi)星通信技術(shù)的發(fā)達(dá)和互聯(lián)網(wǎng)的不斷普及，我國(guó)遠(yuǎn)程教育的發(fā)展已經(jīng)逐步進(jìn)入軌道，而涉及到具體教學(xué)模式問(wèn)題則出現(xiàn)了一些困難，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)恰恰能夠彌補(bǔ)這方面的缺陷，為遠(yuǎn)程教育提供一個(gè)良好的學(xué)習(xí)環(huán)境。一方面通過(guò)網(wǎng)絡(luò)虛擬課堂和虛擬實(shí)驗(yàn)室、圖書(shū)館等機(jī)制，學(xué)生可以對(duì)感興趣的課程進(jìn)行自主選擇學(xué)習(xí)。另一方面，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在對(duì)殘障人士的特殊教育上也能夠發(fā)揮巨大的作用。聾啞人士能夠通過(guò)手套傳感器將手勢(shì)轉(zhuǎn)化為聲音，便于正常交流；盲人可以利用目光跟蹤器將眼神翻譯成語(yǔ)言；而弱智兒童可以通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建的三維圖像和訓(xùn)練系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)世界的探索和熟悉。

（三）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)現(xiàn)代教育產(chǎn)生的影響

1.發(fā)展教育觀念

對(duì)于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用能夠發(fā)展我國(guó)現(xiàn)有的教育觀念，促進(jìn)我國(guó)教育與國(guó)際形勢(shì)的接軌，促進(jìn)教育理念向先進(jìn)方向轉(zhuǎn)變。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)教學(xué)觀念的影響能夠從其應(yīng)用要求上充分體現(xiàn)出來(lái)：對(duì)教師而言，促使其從講解、演示的身份向幫助、指導(dǎo)的身份轉(zhuǎn)變，這就要求教師善于改進(jìn)教學(xué)策略，改變教育觀念，以提高學(xué)生綜合能力與素質(zhì)為根本追求，通過(guò)模擬場(chǎng)景，鼓勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)與探索，提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，以達(dá)到我國(guó)教育改革中對(duì)素質(zhì)教育的要求目標(biāo)。

2.豐富教學(xué)手段

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用對(duì)我國(guó)傳統(tǒng)教學(xué)手段的全新突破，教師可以采用多種多樣的情景設(shè)計(jì)為學(xué)生提供豐富多彩的切身體驗(yàn)，全方位地調(diào)動(dòng)學(xué)生的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等多種感官，從直觀形象的角度刺激學(xué)生的感受與思維，通過(guò)人機(jī)交互手段獲取學(xué)生對(duì)外界的反應(yīng)，從而創(chuàng)設(shè)自主學(xué)習(xí)的條件與環(huán)境。虛擬現(xiàn)實(shí)能夠加強(qiáng)學(xué)生對(duì)枯燥知識(shí)的體會(huì)，通過(guò)豐富的教學(xué)手段提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解與吸收，對(duì)現(xiàn)代教育產(chǎn)生了重大的正面影響。

3.調(diào)整教學(xué)內(nèi)容

有了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為輔助教學(xué)手段，教育機(jī)構(gòu)對(duì)于教學(xué)內(nèi)容的設(shè)定范圍被大大拓寬，曾經(jīng)難以講解的教學(xué)內(nèi)容變得不再難以表達(dá)，以往被客觀條件制約而無(wú)法進(jìn)行的教學(xué)內(nèi)容也可以通過(guò)虛擬的方式讓學(xué)生深入了解。比如許多耗費(fèi)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間或是危險(xiǎn)性強(qiáng)，甚至因?yàn)閳?chǎng)地不合適而無(wú)法進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，在虛擬技術(shù)的幫助下變得輕松便捷，這種現(xiàn)象意味著教學(xué)內(nèi)容的日益豐富和多元化，有利于我國(guó)教育機(jī)構(gòu)對(duì)人才的培養(yǎng)，符合科教強(qiáng)國(guó)的基本政策方針，也有利于高校等根據(jù)新技術(shù)形勢(shì)創(chuàng)建人才培養(yǎng)的系統(tǒng)教育體系。

4.節(jié)約教育經(jīng)費(fèi)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中的許多應(yīng)用裝置都是非真實(shí)的，大部分情況，模擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)的功能都是用戶(hù)根據(jù)不同功能模塊自定義的，可以重復(fù)多次使用，或者隨時(shí)根據(jù)需要進(jìn)行裝置的修改與添加，以滿(mǎn)足不斷改進(jìn)的教學(xué)要求，因此，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠極大地節(jié)約教育儀器上的投資，大大縮減教育經(jīng)費(fèi)。此外，虛擬現(xiàn)實(shí)軟件具有良好的更新性，一旦內(nèi)容落后，可以立刻采取相應(yīng)的調(diào)節(jié)措施，而不會(huì)導(dǎo)致整套設(shè)備都被淘汰的浪費(fèi)現(xiàn)象。

通過(guò)對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和現(xiàn)代教育發(fā)展的研究可以發(fā)現(xiàn)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和良好的效果，可以通過(guò)多種渠道改善教學(xué)質(zhì)量，值得大力提倡與推廣。相信今后虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在現(xiàn)代教育中的應(yīng)用會(huì)逐漸普遍，從而促進(jìn)我國(guó)教育事業(yè)的進(jìn)步。

[1]李建華.基于建構(gòu)主義的教育模式探究與實(shí)踐[J].西南民族大學(xué)學(xué)報(bào)：人文社科版，2005（10）.

[2]劉風(fēng)田，劉玉蘭.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用研究[J].河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005（3）.

[3]崔海燕，段作章.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在現(xiàn)代教育中的應(yīng)用[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2007（1）.

G642.0

A

1673-1999（2011）05-0188-02

孟祥宇（1981-），男，遼寧錦州人，碩士，海軍大連艦艇學(xué)院（遼寧大連116018）訓(xùn)練部工程師，研究方向?yàn)榻逃芾?、?shù)字化校園。

2010-12-25