楊 波

（吉首大學(xué)教師技能訓(xùn)練中心 湖南 吉首 416000）

1 引言

VR全稱Virtual Reality，中文譯名虛擬現(xiàn)實(shí)又或靈境技術(shù)。其內(nèi)涵是指，綜合利用計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的各種現(xiàn)實(shí)及控制設(shè)備，為觀察者提供沉浸感覺的三維虛擬環(huán)境。

在智能終端普及以前，受技術(shù)、設(shè)備及成本影響，VR發(fā)展緩慢。但隨著高性能智能手機(jī)等終端設(shè)備，以及低成本VR光學(xué)眼鏡的推廣，VR開始進(jìn)入高速發(fā)展期[1]。此時(shí)利用VR技術(shù)的特性，在教育改革中嘗試VR虛擬教學(xué)資源的開發(fā)與應(yīng)用研究，對(duì)提高教學(xué)效率，增加教學(xué)手段意義重大。

2 VR在教學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

教育必須借助技術(shù)手段來予以實(shí)施，因此技術(shù)的革新必然會(huì)帶來教育的改革。PC時(shí)代的到來，為我們提供了CAI（計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)）教學(xué)模式，隨之而來的是各種課件資源的開發(fā)和應(yīng)用；在線時(shí)代的到來，為我們提供了MOOC教學(xué)模式，隨之而來的是各種微課資源的開發(fā)與應(yīng)用；現(xiàn)在是智能移動(dòng)終端的時(shí)代，它能帶給我們什么？

2.1 國(guó)外利用VR仿真虛擬教學(xué)的研究狀況

VR為教學(xué)提供了一種新型的手段，目前在國(guó)內(nèi)外已被廣泛的應(yīng)用在高等教育行業(yè)，以及特殊教育行業(yè)。從目前可考的資源來看，美國(guó)是VR的發(fā)源地，也是最早在教育行業(yè)運(yùn)用VR技術(shù)的國(guó)家，其研究水平基本可代表國(guó)際VR的發(fā)展。

上世紀(jì)九十年代初，東卡羅琳那大學(xué)（美國(guó)）成立了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與教育實(shí)驗(yàn)室(VREL)[2]。目的就是確認(rèn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育上的適用性，考察虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)未來教育的影響，將虛擬現(xiàn)實(shí)與其它教育媒體進(jìn)行比較。

在歐洲關(guān)于VR教育資源開發(fā)及應(yīng)用的研究，以英國(guó)為首。英國(guó)第一個(gè)在教育中應(yīng)用VR資源及技術(shù)的是West Denton中學(xué)，該校探索用VR進(jìn)行教育應(yīng)用的方法。

同時(shí)在教育方面對(duì)VR虛擬教學(xué)進(jìn)行研究和探索的還有諾丁漢大學(xué)的VIRART(Virtual Reality Application Research Team)項(xiàng)目，其目標(biāo)主要在于探索桌面VR設(shè)備。VIRART小組還和學(xué)校緊密合作，把桌面VR系統(tǒng)用于學(xué)習(xí)上有困難和身體嚴(yán)重殘疾孩子的教育上[3]。

2.2 國(guó)內(nèi)利用VR仿真虛擬教學(xué)的研究狀況

國(guó)內(nèi)在引進(jìn)VR技術(shù)用于教育的研究主要有以下幾個(gè)方面：

2.2.1 虛擬校園 早在上世紀(jì)90年代，天津大學(xué)就基于VRML國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)在SGI硬件平臺(tái)上開發(fā)了最早的虛擬校園。

在本世紀(jì)初的國(guó)家863成果展上，浙江大學(xué)展出了他們的虛擬校園。對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與教育的結(jié)合起了“領(lǐng)頭羊”的作用，讓人們更加深一步不斷了解和應(yīng)用。

中央廣播電視大學(xué)，基于游戲圖形引擎，將其網(wǎng)絡(luò)學(xué)院具體的實(shí)際功能進(jìn)行了整合，拓展了功能，突破了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用僅停留在校園的一般性瀏覽上，實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用。

強(qiáng)化大局意識(shí)。軍民融合是國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略，是必須長(zhǎng)期堅(jiān)持的一項(xiàng)基本國(guó)策。要切實(shí)強(qiáng)化軍地各級(jí)、各部門“講融合就是講政治、抓融合就是抓建設(shè)、促融合就是促發(fā)展”的大局意識(shí)，充分認(rèn)清軍民融合是協(xié)調(diào)推進(jìn)“四個(gè)全面”戰(zhàn)略布局的重大舉措，自覺打破狹隘的本位主義、部門利益和個(gè)人利益的束縛，切實(shí)把國(guó)防和軍隊(duì)建設(shè)融入經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展體系，確?！八膫€(gè)全面”各項(xiàng)任務(wù)落到實(shí)處。

隨著數(shù)字校園建設(shè)的深入，人們不再滿足于對(duì)一般線上教學(xué)資源的瀏覽。探討并應(yīng)用高層次的教學(xué)迫在眉睫，基于教學(xué)、管理、服務(wù)的三維可感知虛擬數(shù)字校園不斷完善，并初具規(guī)模，實(shí)現(xiàn)人們的心中所想。

2.2.2 虛擬教學(xué) 基于VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)，它在理工科的教學(xué)中應(yīng)有前途廣大。尤其在如建筑、機(jī)械等工科性較強(qiáng)的學(xué)科教學(xué)中都有著質(zhì)的突破。

如，西南交通大學(xué)在工程教學(xué)上的虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用研究，在目前流行的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)上，自行開發(fā)出了一系列高水平的計(jì)算機(jī)仿真和虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用產(chǎn)品，在規(guī)劃仿真、學(xué)員培訓(xùn)仿真及教學(xué)交互上取得了非常突出的成果。

同濟(jì)大學(xué)則在其建筑學(xué)院的虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中，就對(duì)建筑景觀、建筑結(jié)構(gòu)等教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了相關(guān)的仿真資源建設(shè)，使學(xué)生從更全方位的來進(jìn)行學(xué)習(xí)，達(dá)到最終的教學(xué)目的，傳播知識(shí)，應(yīng)用于實(shí)踐。

2.2.3 仿真實(shí)驗(yàn) 國(guó)內(nèi)大多數(shù)仿真實(shí)驗(yàn)都還停留在PC終端，即利用計(jì)算機(jī)軟件將人工智能、虛擬體驗(yàn)與教學(xué)有機(jī)的結(jié)合起來，為教育、教學(xué)開放了一個(gè)嶄新的窗口。使教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、教學(xué)指導(dǎo)與操作者的思考在虛擬平臺(tái)上有機(jī)的融合。

當(dāng)然也有少部分運(yùn)用了純圖形三維的表現(xiàn)方式，讓學(xué)生在一個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下進(jìn)行操作，通過終端設(shè)備還原真實(shí)，達(dá)到更高的水平。

隨著教育信息技術(shù)的快速發(fā)展，基于VR的數(shù)字教學(xué)資源建設(shè)、應(yīng)用必將具有更加廣闊的教育應(yīng)用發(fā)展前景。我們必須緊跟形勢(shì)，大膽應(yīng)用，才能使我們的教育教學(xué)充滿生機(jī)和活力。

3 VR在教學(xué)的應(yīng)用及開發(fā)優(yōu)勢(shì)

3.1 新視角、新感受，為學(xué)習(xí)者提供沉浸式的學(xué)習(xí)體驗(yàn)

沉浸式的體驗(yàn)是指用第一人稱視角體驗(yàn)并獲取相關(guān)信息。

常規(guī)教學(xué)活動(dòng)中，學(xué)習(xí)者獲取信息的方式主要是通過旁觀者的視角來觀察獲取。受環(huán)境因素影響，學(xué)習(xí)者在理解教師傳遞的信息時(shí)很容易受到各種干擾，不利于理解教師的教學(xué)意圖。使用VR技術(shù)后，學(xué)習(xí)者可以直接沉浸到教學(xué)活動(dòng)中，甚至是使用教師的第一人稱視角來獲取教學(xué)信息。

VR技術(shù)直接改變了學(xué)習(xí)者的 學(xué)習(xí)地位，為學(xué)習(xí)者提供了常規(guī)教學(xué)所無法企及的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，其教學(xué)影響不言而喻。

3.2 低成本，高效率，開創(chuàng)仿真虛擬教學(xué)新領(lǐng)域

受環(huán)境、成本、安全等因素影響，仿真虛擬教學(xué)是高等教育，尤其是特殊專業(yè)教育所推崇的。在過去，仿真虛擬教學(xué)的實(shí)施主要通過兩種方式來實(shí)現(xiàn)，一、建設(shè)專門的仿真虛擬教學(xué)教室；二、基于PC平臺(tái)，通過三維軟件讓學(xué)習(xí)者模擬操作。但是，這些方式都有天然的瓶頸，巨大的投入、環(huán)境的局限、資源的開發(fā)都使仿真虛擬教學(xué)在一般高校難以為繼。

VR資源開發(fā)利用的是現(xiàn)在已經(jīng)非常成熟的電視技術(shù)，資源應(yīng)用使用的是幾乎人人都有的智能手機(jī)，唯一需要添置的設(shè)備就是淘寶上可以采購(gòu)的，最低價(jià)格不足十元的VR眼鏡。

其資源開發(fā)、建設(shè)投入將不再是仿真虛擬教學(xué)的攔路虎，擺脫專門教室和PC平臺(tái)的限制，結(jié)合校園網(wǎng)內(nèi)部傳輸便捷的特點(diǎn)，現(xiàn)有的網(wǎng)內(nèi)視頻教學(xué)資源平臺(tái)立馬就可以實(shí)現(xiàn)華麗的轉(zhuǎn)身，變成具有學(xué)校特色，可獨(dú)立開發(fā)、應(yīng)用學(xué)校特有資源的仿真虛擬教學(xué)新陣地。

3.3 新資源、厚基礎(chǔ)，讓數(shù)字校園更智慧

“數(shù)字校園”是高等教育信息化進(jìn)入高級(jí)階段的表現(xiàn)形式。擁有新的、更能直觀體驗(yàn)的“數(shù)字校園”，VR虛擬教學(xué)資源必不可少。我們建設(shè)校內(nèi)的大平臺(tái)、云資源庫(kù)為的就是實(shí)現(xiàn)集體知識(shí)共生共榮，業(yè)務(wù)應(yīng)用智能融合，團(tuán)隊(duì)協(xié)作便利充分，而這一切指向的目標(biāo)只有一個(gè)，高效率的培養(yǎng)當(dāng)前社會(huì)需要的人才。

隨著智能終端的在現(xiàn)實(shí)生活中的廣泛應(yīng)用，探討并進(jìn)行智慧校園勢(shì)在必行[4]。從校園數(shù)字教學(xué)資源來看，原來只能在特定場(chǎng)所，用旁觀者角度獲取的信息現(xiàn)在可以用第一人稱視角來體驗(yàn)，新的智慧校園建設(shè)必須要考慮到未來的發(fā)展趨勢(shì)。

基于VR技術(shù)的虛擬教學(xué)資源開發(fā)及應(yīng)用能為數(shù)字校園更智慧提供資源支撐，為以后從VR教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)锳R（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)）教學(xué)，數(shù)字校園變成智慧虛擬現(xiàn)實(shí)校園提供基礎(chǔ)。