王美霞

摘 要：文章主要研究虛擬現(xiàn)實在教育課程中的運用，討論了使用虛擬現(xiàn)實的原因，介紹了利用虛擬現(xiàn)實的優(yōu)缺點，并提出了何時使用和何時不使用虛擬現(xiàn)實，給出了一般模型?？捎糜诖_定何時在教育課程中使用虛擬現(xiàn)實。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實；教育課程；應(yīng)用

在教育領(lǐng)域中使用虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）可看作是計算機輔助教學(xué)（Computer Aided Instruction，CAI）或計算機培訓(xùn)（Computer Based Training，CBT）的某種變化。使用計算機作為教學(xué)輔助工具有很長的歷史，最早起始于20世紀50年代初，而對其進行研究則始于20世紀60年代初。自1977年微型計算機問世以來，計算機（特別是微型計算機或個人電腦）逐漸應(yīng)用到了許多形式的教育之中。而虛擬現(xiàn)實可用于所有類型的計算機，因此其發(fā)展也遵循了這一發(fā)展趨勢[1]。

1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育課程中的應(yīng)用研究現(xiàn)狀

自20世紀80年代以來，對虛擬現(xiàn)實在教育方面的應(yīng)用和有效性進行了許多研究。有研究表明，虛擬環(huán)境可以激發(fā)學(xué)習(xí)和理解，因為它提供了符號和經(jīng)驗信息之間的緊密耦合。許多研究集中在兒童和年輕學(xué)習(xí)者如何在3D環(huán)境中進行互動和學(xué)習(xí)，如虛擬游樂場、洞穴等。以物理學(xué)為例，學(xué)生幾乎不能“感知”和“理解”他們所研究現(xiàn)象。但是，利用虛擬現(xiàn)實可以實現(xiàn)這個目標。這也可以為學(xué)生的概念的理解與進一步的學(xué)習(xí)提供幫助。3D環(huán)境對學(xué)習(xí)概念的最重要的貢獻是促進了空間知識的理解。Burdea等[2]在1994年提出了虛擬現(xiàn)實的3個基本特征：沉浸感（Immersion）、構(gòu)想性（Imagination）、交互性（Interaction），這3個基本特征也經(jīng)常被簡稱為虛擬現(xiàn)實的3I特征。

盡管VR被認為是一個非常有前景的學(xué)習(xí)工具，但仍有許多問題需要進一步研究。這些問題主要包括：確定適當(dāng)?shù)睦碚摶蚰Ｐ蛠碇笇?dǎo)其設(shè)計和開發(fā)；研究其特性使其能夠支持學(xué)習(xí)；了解它的使用是否可以提高預(yù)期的性能和理解等。此外，在使用此技術(shù)時如何達到更有效的學(xué)習(xí)，對不同天賦的學(xué)習(xí)者的影響等也需進一步研究。

2 在教育課程中使用虛擬現(xiàn)實的原因

在每一個層次的教育，虛擬現(xiàn)實都有可能有所作為，可以引導(dǎo)學(xué)習(xí)者的新發(fā)現(xiàn)，對其進行激勵和鼓勵和激發(fā)。

VR可以從第一人稱的角度使學(xué)生身臨其境（即沉浸感），提供非象征性的經(jīng)驗，以幫助學(xué)生學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)者可以參與到學(xué)習(xí)環(huán)境中，擁有一種存在感，成為環(huán)境的一部分。而在傳統(tǒng)教育課程中，不能以任何其他方式獲得這些經(jīng)驗，而是更傾向于促進第三人稱的象征性體驗。許多學(xué)生由于不能很好地理解與掌握學(xué)科的理論知識而學(xué)習(xí)不好。VR卻為學(xué)生提供了一個新的途徑，它可以促使學(xué)生通過沉浸式的體驗學(xué)習(xí)掌握抽象的概念。就此而言，VR也許是最好的和最可能的解決方案。

3 在教育課程中使用虛擬現(xiàn)實的優(yōu)缺點

使用VR教學(xué)的優(yōu)點在許多方面與使用計算機或交互式仿真的優(yōu)點相似，尤其是三維計算機模擬。例如，一個模擬可以提供真實的和相關(guān)的場景，利用關(guān)卡的形式，激發(fā)用戶的興趣，迫使他們采取行動，并為他們提供不受限制的選擇。使用虛擬現(xiàn)實教學(xué)目標的一個主要優(yōu)點是它具有很強的激勵性。

虛擬現(xiàn)實可以比其他方法更準確地說明某些特性、過程等。VR允許對一個物體進行極端的特寫檢查。VR給出了基于新視角的洞察力的機會。從內(nèi)部或頂部或底部查看對象的模型，顯示以前從未見過的區(qū)域。例如，一旦一個分子被建模在VR，學(xué)生可以詳細研究它，進入分子內(nèi)走動，并熟悉其部分。VR允許從遠處檢查物體，顯示整體而非部分。社區(qū)的VR模型使居民對建筑物、街道和開闊區(qū)域之間的互聯(lián)有不同的看法。

VR可以改變學(xué)習(xí)者與主題的互動方式。VR需要相互作用，它鼓勵積極參與，而不是被動。通過立即查看結(jié)果，鼓勵與虛擬環(huán)境交互的參與者繼續(xù)進行交互。VR為學(xué)習(xí)者提供了一個機會，讓他們知道以前未知的發(fā)現(xiàn)。通過對現(xiàn)實世界進行建模，新的觀點是可能的，研究模型可以提供前所未有的洞察力。VR允許殘疾人參加實驗或?qū)W習(xí)環(huán)境時，否則他們不能這樣做。他們可以做化學(xué)和物理實驗和學(xué)習(xí)。VR允許學(xué)習(xí)者以自己的速度進行體驗。學(xué)習(xí)者決定在與虛擬環(huán)境進行交互時應(yīng)該做什么。VR允許學(xué)習(xí)者在不按常規(guī)班級時間表固定的寬時段內(nèi)進行體驗。

VR允許學(xué)習(xí)者通過做一個建構(gòu)主義的方法來學(xué)習(xí)。VR通過實際使用來提供新技術(shù)的經(jīng)驗。用新設(shè)備模擬一個新的過程可以訓(xùn)練一個工人。VR為通過遠程教育教授的一些目標提供了一種方法，以前不可能用這種方式教授。

使用虛擬現(xiàn)實的缺點主要與成本、學(xué)習(xí)如何使用硬件和軟件所需的時間、可能的健康和安全效果有關(guān)，以及處理可能不情愿使用和集成新技術(shù)到課程中。與所有新技術(shù)一樣，隨著時間的推移，這些問題可能會逐漸消失，而虛擬現(xiàn)實在教育之外的領(lǐng)域中更普遍地被使用。

4 如何選擇使用虛擬現(xiàn)實

虛擬現(xiàn)實并不能適用于每一個教學(xué)目標。有一些教學(xué)場景可以使用，有些時候則不應(yīng)該使用。那么，何時使用和何時不使用呢？

殘疾人由于身體的缺陷，在常規(guī)教學(xué)中許多實驗是無法參與的。另外，有一些實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，也會因為其身體的原因無法參加。這都給殘疾人的學(xué)習(xí)帶來了相當(dāng)大的困難，導(dǎo)致許多殘疾人不能選擇自己所喜歡的專業(yè)。虛擬現(xiàn)實的出現(xiàn)卻帶給了他們無限的希望，讓他們有機會與正常人一樣不受身體條件的束縛，從事自己所喜愛的職業(yè)。

在教學(xué)或訓(xùn)練中，常常會遇到使用真實的東西時有比較大的危險性或者不可能、不方便進行。有時候，學(xué)習(xí)者或受訓(xùn)者使用真實的東西所犯的錯誤可能對學(xué)習(xí)者造成破壞，導(dǎo)致情緒低落。有的對環(huán)境有害或者會對設(shè)備造成損害，導(dǎo)致財產(chǎn)損失。還有的，本身價格高昂，不能任由學(xué)習(xí)者廣泛使用。所有的這些傳統(tǒng)教學(xué)所面臨的問題與挑戰(zhàn)，正是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的專長。

在學(xué)習(xí)的過程中，通常都會涉及許許多多的概念，尤其是相當(dāng)一部分的概念十分抽象。這讓抽象思維有所欠缺的學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)充滿挑戰(zhàn)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以利用可視化，使用圖形符號，使得抽象的概念更容易理解。一些教學(xué)任務(wù)涉及靈巧的手工或身體的運動。虛擬現(xiàn)實可以讓學(xué)習(xí)者直接進入虛擬世界，使得學(xué)習(xí)更加有趣[3]。

那是不是意味著無需真實的東西就可以了呢？答案當(dāng)然是否定的。無論是教學(xué)亦或者是訓(xùn)練，無論是教師還是學(xué)生，真實事物還是不能用虛擬現(xiàn)實所完全替代。盡管虛擬現(xiàn)實有著許多傳統(tǒng)教學(xué)所不具備的優(yōu)異特性，然而不可否認的是：過度使用虛擬環(huán)境可能會對身體或情感造成損害。使用虛擬環(huán)境可能導(dǎo)致學(xué)習(xí)者混淆虛擬的模型與現(xiàn)實。并且，有些虛擬現(xiàn)實成本太高，無法合理使用，不能達到預(yù)期的學(xué)習(xí)效果。

5 在教育課程中確定何時使用虛擬現(xiàn)實

學(xué)習(xí)的過程可以由數(shù)以百計的具體目標組成，每一個都必須由學(xué)生掌握。傳統(tǒng)上，目標是使用教科書、講座、討論和某些形式的媒體來講授的。虛擬現(xiàn)實可以用來教授其中的一些目標，它可以用來確定是否已經(jīng)掌握了某些目標。教師必須決定任何一個課程在何時何地使用VR。決定何時使用VR會導(dǎo)致決定在何處使用VR。模型可以幫助他們作出這些決定。

確定何時使用虛擬現(xiàn)實的模型一般包括以下內(nèi)容步驟。首先，我們需要制定具體的課程目標。然后選擇可以使用模擬、計算機生成的模擬或虛擬現(xiàn)實（3D模擬）作為度量或?qū)崿F(xiàn)手段的目標。在選擇時，應(yīng)充分考慮使用虛擬現(xiàn)實的原因和優(yōu)點。通過選擇可以使用虛擬現(xiàn)實的3D模擬作為衡量或?qū)崿F(xiàn)課程目標的手段來細化選擇列表。對于列表中的每個目標，都要確定需要的現(xiàn)實主義水平，從非常象征性到非常真實的規(guī)模；確定所需的浸入式和存在的類型，從沒有浸入3D環(huán)境（例如桌面VR）到完全浸入（使用頭部安裝顯示、手套等），即并沒有感覺的存在與強烈的存在感；確定與之交互的類型，以及感知輸入和輸出，到和從虛擬世界或環(huán)境所需要的（例如，觸覺或感覺，3D聲音，音頻，視覺，文字，手勢）。接著選擇虛擬現(xiàn)實的軟件、硬件、交付系統(tǒng)等。再根據(jù)目標的要求，由教師或虛擬世界構(gòu)建者建立虛擬環(huán)境，學(xué)生則可以對虛擬環(huán)境預(yù)建和修改。由此產(chǎn)生的虛擬環(huán)境將使用一組學(xué)生進行評估，評估結(jié)果用于修改虛擬環(huán)境，直到虛擬環(huán)境顯示成功地衡量或幫助實現(xiàn)目標。最后使用目標填充對虛擬環(huán)境進行評估，評估結(jié)果用于修改虛擬環(huán)境，以保持與目標相關(guān)的虛擬環(huán)境。只要虛擬環(huán)境與目標人群一起使用，評估和修改就會繼續(xù)進行。

6 結(jié)語

虛擬現(xiàn)實在教育課程中的應(yīng)用占有一席之地。使用VR和優(yōu)勢的原因有很多。隨著時代發(fā)展，社會進步，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用范圍必將越來越廣，呈現(xiàn)多元化的發(fā)展趨勢。它與教育教學(xué)的深度融合將會進一步推進教學(xué)改革的發(fā)展，對于提高教育技術(shù)水平、改善教學(xué)環(huán)境、豐富教學(xué)資源、優(yōu)化教學(xué)過程，培養(yǎng)個性化、創(chuàng)新型的人才具有重要作用。隨著虛擬現(xiàn)實教育應(yīng)用水平的逐步提升，希望虛擬現(xiàn)實在教育課程中的應(yīng)用所面臨的問題能夠一步步得到有效解決。

[參考文獻]

[1]徐大敏，于兆勤，郭鐘寧.虛擬現(xiàn)實技術(shù)及其應(yīng)用與展望[J].機床與液壓，2006（7）：35-37，79.

[2]BURDEA G，COIFFET P.Virtual reality technology， second edition[M].New York：John Wiley & Sons，2003.

[3]王同聚.虛擬和增強現(xiàn)實（VR/AR）技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用與前景展望[J].數(shù)字教育，2017（1）：1-10.