高林

（黑龍江教師發(fā)展學(xué)院 黑龍江省哈爾濱市 150080）

VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育教學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用，可謂充分發(fā)揮出了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的巨大優(yōu)勢與作用，實(shí)現(xiàn)了教育領(lǐng)域的立體化、全方位發(fā)展，這對進(jìn)一步推動教育行業(yè)的良好發(fā)展有著十分巨大的作用。為此，越來越多的教育工作者加強(qiáng)了對VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究，以期借助VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)引入更加多樣化的教學(xué)手段，改變原本枯燥乏味的傳統(tǒng)教學(xué)方式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)內(nèi)容的互動性以及教師的工作效率，尤其現(xiàn)在5G 的到來，為VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)提供技術(shù)保障，使其可以更好地應(yīng)用到教育領(lǐng)域當(dāng)中。也正因如此，做好VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育教學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用則具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。鑒于此以下筆者在梳理了相關(guān)參考文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，從多個角度入手就VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育教學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用展開綜合闡述，以期為VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用研究做出有益的參考與借鑒。

1 VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念

VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)本身是一種結(jié)合了計算機(jī)、多媒體、仿真圖像等多種電子技術(shù)于一身，而形成的一種新興的計算機(jī)技術(shù)。VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要由虛物實(shí)化、實(shí)物虛化、計算機(jī)處理高性能技術(shù)這三個方面組成。其中，模型構(gòu)建、聲音定位以及視覺、空間跟蹤等可謂是VR虛擬現(xiàn)實(shí)最為關(guān)鍵的技術(shù)。而正是這些關(guān)鍵技術(shù)的運(yùn)用，使得VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠通過計算機(jī)仿真系統(tǒng)，建立起一個具有極強(qiáng)仿真效果的虛擬世界，實(shí)現(xiàn)用戶對虛擬環(huán)境的檢測與操作。所以說，VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一個十分具有挑戰(zhàn)性的交互技術(shù)。具體而言：模型構(gòu)建技術(shù)是構(gòu)建虛擬世界的技術(shù)基礎(chǔ)，主要是利用計算機(jī)在虛擬世界之中打造一個現(xiàn)實(shí)世界的物體，并且保留了這個物體本身的物理屬性；聲音定位主要是利用不同聲源所具備的傳輸特點(diǎn)，對虛擬環(huán)境中的聲音加以定位跟蹤；視覺跟蹤主要借助視頻攝像機(jī)達(dá)到X-Y 平面陣列，根據(jù)周圍的光或者是跟蹤光在投影平面中產(chǎn)生的投影，對被跟蹤對象的實(shí)際方向與位置實(shí)施計算，進(jìn)而使用戶在虛擬環(huán)境中獲得真實(shí)的感官享受；空間跟蹤主要是借助交互設(shè)備以及空間傳感器，對用戶在虛擬世界中的方向與位置進(jìn)行確定。

也正因如此，在某種程度上VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠借助計算機(jī)形成十分逼真的虛擬世界，這個虛擬世界的真實(shí)感足以迷糊人們的感官。這種迷惑行為會使很多用戶沉浸在虛擬環(huán)境中，這就是VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)打造的沉浸感。而打造沉浸感的根本目的，就是為了讓用戶能夠集中注意力，基于此種目標(biāo)VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)必須要具備三種技術(shù)要素，如圖1所示。通過這幾種技術(shù)要素的相互關(guān)聯(lián)、相互作用，恰恰能夠給予用戶一種存在意識，認(rèn)為自己就存在于這個虛擬環(huán)境自重，從而產(chǎn)生更為強(qiáng)烈的沉浸感。

為此，近些年來國內(nèi)外專家均都加強(qiáng)了對VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的關(guān)注，也進(jìn)一步加快了VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，以至于現(xiàn)如今的VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)被廣泛應(yīng)用到各個科學(xué)研究領(lǐng)域之中。特別是在教育教學(xué)領(lǐng)域中憑借著其獨(dú)有的特征，獲得了較大的發(fā)展并取得了十分不錯的成績。

圖1：VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的要素

2 虛擬教學(xué)概念

虛擬教學(xué)是基于現(xiàn)代人才培養(yǎng)觀念，將傳統(tǒng)教學(xué)與信息技術(shù)相互結(jié)合，而形成的一種新型教學(xué)模式，以促使人類進(jìn)入到虛擬空間內(nèi)執(zhí)行教育活動。也正因如此，在虛擬環(huán)境中開展的所有教、學(xué)活動，都可以稱之為是虛擬教學(xué)。

如若從狹義的角度對虛擬教學(xué)進(jìn)行分析，則可以將虛擬教學(xué)定義為在教育領(lǐng)域中充分借助于VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，打造一個虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境，并且在這個虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境中再現(xiàn)客觀現(xiàn)實(shí)，進(jìn)而通過逼真的模擬操作使學(xué)生們利用感官感受來獲得更多的知識信息，最大限度的激發(fā)與調(diào)動學(xué)生們的學(xué)習(xí)熱情，開拓學(xué)生的新思維與創(chuàng)造力。同時，虛擬教學(xué)也有助于延伸教學(xué)空間，擴(kuò)充教學(xué)資源。所以，教師利用VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行教育教學(xué)活動具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。而這種嶄新的教育教學(xué)模式，正是教育領(lǐng)域的重要革命，是推動我國教育發(fā)展的巨大助力。

3 VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育教學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用

3.1 在虛擬實(shí)驗室中VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用

利用VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠打造出一個十分逼真的虛擬實(shí)驗環(huán)境，進(jìn)而使學(xué)生們在虛擬實(shí)驗環(huán)境之中實(shí)現(xiàn)情景化目標(biāo)。最早美國大學(xué)就是將VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用到人體解剖學(xué)中以搭建虛擬實(shí)驗室，并通過直播的方式讓學(xué)生觀看癌癥手術(shù)的全部過程。自此之后，其他國家也相繼開始應(yīng)用VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)搭建虛擬實(shí)驗室。而近些年來，國家支持我國一些大學(xué)也開始積極的利用VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，搭建與開發(fā)屬于自己的虛擬實(shí)驗系統(tǒng)，以此降低不同教育教學(xué)領(lǐng)域在實(shí)驗過程中可能發(fā)生的危險系數(shù)與成本。如在飛機(jī)駕駛的虛擬教學(xué)中，可以通過VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行模擬操作，以避免學(xué)生因不夠熟練駕駛而發(fā)生的意外墜機(jī)事故。與此同時，依托VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還可以依據(jù)不同的教學(xué)活動搭建不同類型的虛擬訓(xùn)練場景，設(shè)置教學(xué)所需的訓(xùn)練模式，實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練技能的重復(fù)操作，以便于學(xué)生能夠在虛擬環(huán)境之中通過反復(fù)訓(xùn)練熟練的掌握相關(guān)技能。這恰恰有利于降低教育教學(xué)經(jīng)費(fèi)的實(shí)際投入，更好的節(jié)約教學(xué)實(shí)驗資源，實(shí)現(xiàn)資源的最大化利用。

3.2 在虛擬教學(xué)中VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用

VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在虛擬教學(xué)中的應(yīng)用，有利于教育教學(xué)模式的創(chuàng)新，有利于教育教學(xué)內(nèi)容的擴(kuò)充。這是因為VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用能夠優(yōu)化教學(xué)過程，使教學(xué)內(nèi)容更加生動、形象的表現(xiàn)出來，以此提升教育教學(xué)工作效率。同時，借助于VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還能夠真實(shí)再現(xiàn)情景化學(xué)習(xí)，并人機(jī)互動來提升學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣，這為保障教育教學(xué)質(zhì)量起到了至關(guān)重要的意義。如在數(shù)學(xué)、化學(xué)以及物理等學(xué)科中借助VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，能夠構(gòu)建出課堂教學(xué)所需的實(shí)物模型，以幫助學(xué)生更好的了解與學(xué)習(xí)較為抽象化的概念。也就是K12，特別是在虛擬環(huán)境中，學(xué)生可以對構(gòu)建的實(shí)物模型進(jìn)行隨意的拆解與移動，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)各個角度的細(xì)致化觀察，加強(qiáng)自身對三維物體的印象，為后續(xù)知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)，通過虛擬操作完成實(shí)驗內(nèi)容與考試，尤其針對危險的實(shí)驗，可以大大提升安全性；在很多學(xué)科的學(xué)習(xí)過程中往往會涉及到很多的歷史事件，而借助于VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)恰恰能夠讓學(xué)生參與到這些歷史事件中，如親身經(jīng)歷并且感受到歷史文明，勢必會大大提高學(xué)生們的學(xué)習(xí)效果。

3.3 在虛擬數(shù)字化校園中VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用

近些年來網(wǎng)絡(luò)教育早已受到社會各界的高度關(guān)注與青睞，也正因如此各大高校也積極響應(yīng)時代的發(fā)展潮流，引入新技術(shù)構(gòu)建校園網(wǎng)站，打造虛擬校園，以實(shí)現(xiàn)校園教學(xué)、教務(wù)、生活的三維立體化發(fā)展，讓學(xué)生能夠更加自由的學(xué)習(xí)與獲取。尤其是以分布式虛擬校園系統(tǒng)構(gòu)建的遠(yuǎn)程教育，以及分校區(qū)校園環(huán)境的相關(guān)設(shè)置，更是借助了VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)才得以實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)程虛擬教學(xué)，這種教學(xué)方式更有利于全民教育工作的開展，能夠直接幫助更多的社會人員參與到高等素質(zhì)教育的學(xué)習(xí)之中。特別是虛擬教學(xué)環(huán)境的搭建，能夠為學(xué)習(xí)者營造出一個更加生動、更加逼真的學(xué)習(xí)環(huán)境，使學(xué)習(xí)者真正參與到虛擬環(huán)境中，以此彌補(bǔ)遠(yuǎn)程教育在交互環(huán)節(jié)上的不足，真心實(shí)現(xiàn)教育教學(xué)工作的全面化、有效化。

4 VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育教學(xué)領(lǐng)域中面對的挑戰(zhàn)與建議

4.1 VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育教學(xué)領(lǐng)域中面對的挑戰(zhàn)

4.1.1 硬件配置與虛擬現(xiàn)實(shí)要求差距較大

對于VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)而言，缺乏感性化的原始豐富性是其不可避免的一個重要局限問題。也正因如此，VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用就對硬件技術(shù)提出了相對較高的要求。然而現(xiàn)如今的市場，最缺乏的就是成熟的VR 產(chǎn)品。尤其是在教學(xué)課堂中不集成顯示器——頭戴式VR 是最常見的存在，只需要在VR 設(shè)備中放入配有VR 軟件的移動終端，使用者便可以參與到課堂教學(xué)中，成本低廉。但是這種VR 教學(xué)的最大缺陷就在于顯示分辨率相對較低，會在一定程度上對使用者的沉浸式體驗造成不好的影響，且缺乏使用者的感官反饋，長期使用下去還會給使用者帶來身體上的不適，所以說VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育教學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用中，還需要不斷的進(jìn)步，提高硬件配置，降低成本，提供最佳的用戶體驗，才是發(fā)展重點(diǎn)。

4.1.2 教學(xué)內(nèi)容匱乏

與VR 虛擬游戲不同，VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育教學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用對內(nèi)容更加看重?？梢哉f每一堂VR 課程的制作都需要遵循規(guī)定的步驟逐一進(jìn)行制作，至少需要包含課程、動畫、美術(shù)、角色等設(shè)計工作以及情節(jié)交互策劃，資源整合等諸多工作，這些工作無論是工作量，還是對工作精細(xì)程度要求，都要遠(yuǎn)遠(yuǎn)的高于一般的課程制作。再加之，VR 制作成本往往相對較高，而現(xiàn)如今的硬件與內(nèi)容體驗感受均不是很好，也就導(dǎo)致了VR 客戶群相對較為局限，在某種意義上VR 教育內(nèi)容根本無法為團(tuán)隊帶來實(shí)際的盈利。所以，基本此種情況很少有團(tuán)隊會專門研究并且開發(fā)虛擬教育，且現(xiàn)如今的虛擬教育也并無法得到所有教育團(tuán)體的認(rèn)可，以至于VR 教育系列產(chǎn)品相對較少。

4.2 VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育教學(xué)領(lǐng)域中的建議

（1）從國家政策的層面推動VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育教學(xué)中的應(yīng)用。只有提高VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育教學(xué)領(lǐng)域中的整體效益，才能夠使VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的教育需求導(dǎo)向得以突出，在教育教學(xué)領(lǐng)域得以普及化發(fā)展。尤其疫情期間助推了線上教學(xué)，全球都在開展網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，VR 及線上信息化手段正在發(fā)揮越來越重要的作用。隨著疫情常態(tài)化發(fā)展，不管是小學(xué)還是大學(xué)都可以是采用線上和線下多種教學(xué)模式，而VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)則是起到助推作用。所以，筆者認(rèn)為應(yīng)該由政府為主導(dǎo)，構(gòu)建產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的虛擬教學(xué)研究體系。也就說充分利用法律與政策手段，加大對VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的扶持力度，鼓勵學(xué)校進(jìn)行教學(xué)模式改革，鼓勵高校多支持虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)訓(xùn)室的建設(shè)和申報專項課題的研究，以發(fā)揮應(yīng)用示范的作用。

（2）從VR 產(chǎn)業(yè)方面推動VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育教學(xué)中的應(yīng)用。VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)本身就代表著最先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，可以說VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育教學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用，不單單改變了社會文化，更是教育界的一場巨大革命，所以在VR 產(chǎn)品的設(shè)計上，就必須要考慮到諸多的影響因素。尤其是前文中詳細(xì)闡述了VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)，這也就決定了在構(gòu)建VR 教育軟件上必須要基于開放性，以共聯(lián)盟機(jī)制吸引更多的開放人員，從VR 產(chǎn)業(yè)上提供源源不斷的后續(xù)力量，促進(jìn)VR 教育的良好發(fā)展。

（3）從教師自身層面推動VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育教學(xué)中的應(yīng)用。教師不僅是VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的直接使用者，更是最了解學(xué)生痛點(diǎn)的指導(dǎo)者。所以，要想更好的推廣VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，教師首先應(yīng)該打破自身的陳舊觀念，積極的響應(yīng)并且學(xué)習(xí)VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，充分掌握該項技術(shù)在教育教學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用，進(jìn)而最大限度的發(fā)揮出VR 教育的優(yōu)勢。同時，教師應(yīng)該從學(xué)生的實(shí)際需求出發(fā)，基于VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的輔助做好教學(xué)活動的設(shè)計，做好VR 素材的把關(guān)與過濾，從而為學(xué)生的實(shí)際使用留下優(yōu)秀的產(chǎn)品。

正是因為VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠構(gòu)建起一個十分逼真的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，使學(xué)生們在這個虛擬環(huán)境之中順利達(dá)成情景化目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)不同教育活動的虛擬技能訓(xùn)練。所以說VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育教學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用，儼然已經(jīng)成為推動教育領(lǐng)域發(fā)展與進(jìn)步的重要工具。尤其是在在信息化與智能化高速發(fā)展的今天，全面鋪開5G建設(shè)，VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育教學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用早已是大勢所趨，眾望所歸。所以，在今后的教育教學(xué)工作中，更要加強(qiáng)VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與傳統(tǒng)教學(xué)模式的有機(jī)融合，使虛擬教學(xué)越來越大眾化、普及化，全面加快我國教育現(xiàn)代化的建設(shè)進(jìn)程。