何丹

（遼寧廣告職業(yè)學(xué)院）

在2022年11月，國家工業(yè)和信息化部、教育部、文化和旅游部、國家廣播電視總局、國家體育總局這五個部門聯(lián)合發(fā)布了《虛擬現(xiàn)實與行業(yè)應(yīng)用融合發(fā)展行動計劃（2022—2026年）》，該計劃的發(fā)布，意味著我國已經(jīng)相對完善地建立了虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在現(xiàn)代化教育領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，實現(xiàn)了實驗性教學(xué)項目與現(xiàn)代信息技術(shù)相融合，讓教學(xué)內(nèi)容實施渠道更具寬度、廣度及深度，使教學(xué)活動不再受時間和空間限制，大大提升了教學(xué)質(zhì)量和水準(zhǔn)。

一、現(xiàn)階段虛擬現(xiàn)實技術(shù)在現(xiàn)代教育教學(xué)中的應(yīng)用概況

2020年在新冠疫情影響下，為了使畢業(yè)生們有一種畢業(yè)的儀式感，美國紐約大學(xué)舉辦了一場VR線上畢業(yè)典禮——畢業(yè)巷Grad Alley。畢業(yè)生們可以根據(jù)自己的喜好設(shè)計屬于自己的外觀形象并合影留念。加州大學(xué)伯克利分校校園因新冠疫情關(guān)閉期間，100多名學(xué)生和校友一起在《我的世界》（Minecraft）沙盒游戲的虛擬世界中構(gòu)建了包含學(xué)校一百多棟建筑物的整個校園，舉辦了虛擬畢業(yè)典禮。在畢業(yè)典禮上，校長進行了畢業(yè)致辭、授予學(xué)位以及畢業(yè)典禮等環(huán)節(jié)，在虛擬場景中甚至創(chuàng)建了教職工們的座位，為身處各地的畢業(yè)生及老師彌補了因疫情不能正常舉辦畢業(yè)典禮的遺憾。這次線上畢業(yè)典禮的舉辦，被視為全球第一場使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)舉辦的大學(xué)畢業(yè)典禮。

2021年12月，中國傳媒大學(xué)虛擬校園在百度 “希壤”元宇宙平臺上正式亮相，并面向公眾開放體驗，成為中國首個開放虛擬現(xiàn)實平臺的大學(xué)。中國地質(zhì)大學(xué)與騰訊公司簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議，探索元宇宙賦能的現(xiàn)代化高等教育，構(gòu)建虛擬現(xiàn)實技術(shù)在高等教育行業(yè)的智能應(yīng)用體系。同年10月，清華大學(xué)藝術(shù)與科技創(chuàng)新基地啟動“元宇宙特別計劃”，運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)載體進行概念設(shè)計表達(dá)，呈現(xiàn)未來科技館、博物館、宇宙探索、未來城市等方向的設(shè)計作品。

不斷更新迭代的信息技術(shù)時刻影響著教學(xué)形態(tài)的變革，新冠疫情促使了多種學(xué)習(xí)形式的產(chǎn)生與發(fā)展。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教學(xué)領(lǐng)域中的使用開發(fā)，成為了現(xiàn)代教學(xué)改革的重要組成部分。以虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實及混合現(xiàn)實為主的虛擬仿真技術(shù)，是提高教學(xué)質(zhì)量的重要手段，以其特有的沉浸性、交互性和構(gòu)想性，使體驗者能夠沉浸其中，打破了傳統(tǒng)教學(xué)理論知識的學(xué)習(xí)壁壘。

（一）AR（增強現(xiàn)實技術(shù)）

AR（Augmented Reality）即為增強現(xiàn)實。通過AR技術(shù)，我們可以實時的在顯示屏上觀察到仿真的立體模型，全方位多角度地觀察學(xué)習(xí)，這樣就能將課堂中抽象的、書本上二維的知識以更加全面、更加生動、更加直觀的可交互3D模型方式來呈現(xiàn)。這樣不僅能夠在整體上提升學(xué)習(xí)者的認(rèn)知和理解能力，同時也能夠使學(xué)習(xí)者有一種超脫現(xiàn)實的學(xué)習(xí)體驗，增加學(xué)習(xí)興趣。

AR技術(shù)主要應(yīng)用在教育、培訓(xùn)、數(shù)字出版物和娛樂游戲等領(lǐng)域，并在醫(yī)學(xué)類、軍事類、農(nóng)學(xué)類、理工類等相關(guān)課程中有相當(dāng)強的實用性。

（二）VR（虛擬現(xiàn)實技術(shù)）

VR（Virtual Reality）即為虛擬現(xiàn)實，它是用來體驗虛擬仿真技術(shù)世界的一種技術(shù)手段。VR技術(shù)的實現(xiàn)需要體驗者通過穿戴設(shè)備來體驗虛擬仿真場景，通過VR眼鏡、VR手柄等設(shè)備來進行仿真操作?？梢匀诤隙喾N來源的信息內(nèi)容，使學(xué)習(xí)者在交互過程中得到三維動態(tài)實景，對肢體行為產(chǎn)生系統(tǒng)化的仿真反饋，能夠沉浸在虛擬仿真的環(huán)境當(dāng)中。與過去傳統(tǒng)的實訓(xùn)方式相比，VR仿真技術(shù)不必局限于場地、天氣、空間這樣的限制，大大降低了學(xué)習(xí)成本，可以廣泛地應(yīng)用在現(xiàn)實的技能實訓(xùn)當(dāng)中。在具有一定風(fēng)險系數(shù)或是需要大量資金、造價較為昂貴的項目中，VR技術(shù)不僅可以大大降低辦學(xué)成本，也可以解決教育資源短缺這樣的難題。

VR技術(shù)廣泛應(yīng)用于實驗類、工學(xué)類、醫(yī)學(xué)類和具有實際操作需求的相關(guān)課程中。例如通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)搭建趨近于現(xiàn)實的場景，使用VR眼鏡和手柄，模擬機械操作全套流程，獲得身臨其境的學(xué)習(xí)體驗，并及時得到教學(xué)反饋。

（三）MR（混合現(xiàn)實）

MR （Mixed Reality）即為混合現(xiàn)實，它是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的進一步發(fā)展，混合現(xiàn)實是指在現(xiàn)實場景當(dāng)中同步呈現(xiàn)出虛擬場景的信息，為用戶在現(xiàn)實世界與虛擬世界之間搭建一個交互反饋的信息回路，從而大大增強用戶體驗的真實感。混合現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)的前提是能夠?qū)⑷S畫面與傳感裝置進行同步化處理，雖然三維成像的生成技術(shù)已經(jīng)相對成熟，但是實時成像才是技術(shù)的關(guān)鍵。為了確保三維圖像在混合現(xiàn)實應(yīng)用中的真實感官效果，必須要保證15幀/秒以上的圖像的刷新頻率，如需取得最佳效果，則需要在30幀/秒以上。但是現(xiàn)有的傳感設(shè)備還不足以滿足最佳體驗效果的需求，力學(xué)傳感設(shè)備和觸覺傳感裝置的開發(fā)也有待進一步提升，以確保虛擬現(xiàn)實設(shè)備的跟蹤精度和跟蹤范圍。其次，立體顯示和傳感器技術(shù)的發(fā)展決定了混合現(xiàn)實中的虛擬交互效果。然而，想要追求最佳的體驗效果，我們現(xiàn)有的傳感設(shè)備還有很大的提升空間。觸覺傳感裝置和力學(xué)傳感設(shè)備的開發(fā)也有待進一步提升，以確保虛擬現(xiàn)實設(shè)備的跟蹤范圍和跟蹤精度，從而提供更加逼真的虛擬交互體驗。

MR技術(shù)常應(yīng)用在技能訓(xùn)練和實操培訓(xùn)等方向，學(xué)習(xí)者通過手持或穿戴傳感設(shè)備，與虛擬場景中的裝備進行匹配，再與環(huán)境進行相關(guān)聯(lián)的互動，實時得到互動反饋，從而發(fā)出下一步操作指令。這種技術(shù)手段集合了感知、建模、呈現(xiàn)、交互多方位的學(xué)習(xí)體驗，通過眼部、頭部、肢體動作捕捉設(shè)備進行實時位置定位。由幾何建模來搭建出具體形狀，再進行物理建模，搭配生理建模、行為智能建模等手段進行3D顯示和3D音效間的無縫融合。之后通過設(shè)備得到的觸覺、力量反饋和語音識別，來進行體感交互。

二、不同虛擬交互技術(shù)手段在教學(xué)中的應(yīng)用

（一）課件及板書標(biāo)注

1.標(biāo)注提示

當(dāng)課件中有圖片需要進行講解時，通過標(biāo)注，能夠更有效地引導(dǎo)學(xué)生進行觀察畫面中所要傳達(dá)出的信息。對教學(xué)重點、難點進行突出展示。

2.公式推導(dǎo)

公式推導(dǎo)類常常應(yīng)用在高等數(shù)學(xué)等需要解析過程的科目中，優(yōu)點在于能夠在講授過程中，將解題思路、推導(dǎo)邏輯完整、清晰地展示在學(xué)生面前。

3.創(chuàng)意繪畫

智慧教室在現(xiàn)代數(shù)字化教育體系中展示出獨特的優(yōu)勢，電子黑白配合VR及AR顯示設(shè)備為多種教學(xué)手段提供技術(shù)支撐。在解析類型的講解中，在板書和課件中使用自由度更高的繪畫功能，授課形式更加靈活多變。

（二）三維模型及場景交互

1.虛擬解剖

在醫(yī)學(xué)研究中，動植物的構(gòu)造有了一個虛擬的解剖形態(tài)，加上動畫展現(xiàn)空間結(jié)構(gòu)、過程演變效果，授課形式更加生動、直觀。能夠大大節(jié)約授課所需要的資源，節(jié)約教學(xué)成本。

2.結(jié)構(gòu)展示

對于相對復(fù)雜的結(jié)構(gòu)分析，運用可旋轉(zhuǎn)、縮放、拆解的三維交互模型會使講解更加到位。比如工業(yè)造型、包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計等科目，使用虛擬交互技術(shù)輔助教學(xué)，可以更加直觀地展示細(xì)節(jié)和結(jié)構(gòu)之間的工作原理，知識點講解更加精準(zhǔn)到位。

3.操作演示

講解某些機械設(shè)備的操作方法時，單純使用靜態(tài)的二維圖片和文字化的流程記錄太過枯燥，不夠直觀。在沒有實操條件的情況下，通過虛擬仿真技術(shù)實現(xiàn)模擬操作，為學(xué)習(xí)者提供最貼近現(xiàn)實的體驗感，提高學(xué)習(xí)及培訓(xùn)效果。

三、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在現(xiàn)代教學(xué)領(lǐng)域中的特征

（一）教育性

虛擬現(xiàn)實技術(shù)使整個教育生態(tài)體系的構(gòu)建更加具有開放性，無論是在教學(xué)過程中所應(yīng)用到的數(shù)字資源進行便捷的整合與發(fā)放、學(xué)習(xí)成果階段性考核、還是在課余自主學(xué)習(xí)等方面，都對教育教學(xué)產(chǎn)生了極有利的輔助作用。滿足教師與學(xué)生在線下和線上混合式教學(xué)中的教與學(xué)需求。日常教學(xué)不受時間、空間限制，在虛擬環(huán)境中搭建正式與非正式的教學(xué)場所，使師生在虛擬的教學(xué)場所進行教學(xué)互動。

（二）交互性

師生可以以個人實際情況創(chuàng)造數(shù)字化的身份參與學(xué)習(xí)，并在虛擬教學(xué)場所進行教學(xué)互動，更加直觀地進行教與學(xué)這兩種行為過程。打破了傳統(tǒng)教學(xué)理論知識的壁壘，當(dāng)學(xué)生面對抽象的概念時，能夠做到身臨其境，甚至觸手可及。從而幫助學(xué)生理解知識點和技能點，充分調(diào)動起學(xué)生對學(xué)習(xí)的主觀能動性。

（三）沉浸性

借助虛擬仿真技術(shù)，特別是虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實，可以創(chuàng)造出具有強烈氛圍感的學(xué)習(xí)場景，使體驗者完全沉浸其中。通過讓學(xué)生置身于更加真實化的學(xué)習(xí)情境中，我們可以充分調(diào)動他們的五感，讓他們充分感受所處教學(xué)環(huán)境的學(xué)習(xí)氛圍，從而更好地促進他們對知識理論的認(rèn)知和形成。

（四）持續(xù)性

創(chuàng)新型的學(xué)習(xí)模式能夠調(diào)動學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)主觀能動性，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情。使學(xué)生可以隨時隨地、個性化地學(xué)習(xí)、交流、實踐，將課上教師為主授的學(xué)習(xí)延續(xù)到課下的自主學(xué)習(xí)。同時，完整記錄教與學(xué)的全部教學(xué)環(huán)節(jié)，教師通過數(shù)據(jù)反饋總結(jié)教學(xué)成果，發(fā)現(xiàn)教學(xué)問題，改進教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量，促進自身專業(yè)持續(xù)性發(fā)展。

（五）娛樂性

學(xué)生根據(jù)自己的發(fā)展目標(biāo)、個人學(xué)習(xí)和興趣，以及自身的學(xué)習(xí)能力，在自主選擇學(xué)習(xí)方式時，能夠更加自主地選擇自己感興趣的學(xué)習(xí)方式。這樣，學(xué)生能夠更好地發(fā)揮自己的學(xué)習(xí)能動性和創(chuàng)造性，實現(xiàn)更加有效的學(xué)習(xí)。還可以借助相關(guān)平臺，注冊個人賬戶，定制自己喜歡的角色、場景等，并設(shè)置游戲化的學(xué)習(xí)任務(wù)和目標(biāo)。 在游戲化的學(xué)習(xí)過程中，充分調(diào)動全身感官系統(tǒng)，通過聲音采集設(shè)備的指令接收、動作捕捉設(shè)備的行為反饋、眼動儀的視覺捕捉、觸摸屏的手勢操作等不同渠道實現(xiàn)行為目的，以近乎真實的、自然的、感同身受的交互來完成學(xué)習(xí)這一枯燥的行為。借助虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實、混合現(xiàn)實等技術(shù)手段，根據(jù)授課計劃及教學(xué)目標(biāo)，游戲化的教學(xué)模式為輔助手段，將知識、娛樂融為一體，實現(xiàn)真正意義上的寓教于樂的學(xué)習(xí)方式。

四、虛擬現(xiàn)實技術(shù)對于教育教學(xué)的影響

（一）輔助線下教學(xué)，改善線上學(xué)習(xí)體驗。

借助虛擬現(xiàn)實技術(shù)與工具，創(chuàng)造出最具還原效果的知識技能應(yīng)用場景，模擬實際操作，實時檢驗學(xué)習(xí)成果。傳統(tǒng)教學(xué)模式下，需要教師與學(xué)生在固定的教學(xué)場地，一對多人進行教學(xué)，往往不能面面俱到照顧到每一名學(xué)生，學(xué)習(xí)成果的檢驗也需要在課后集中審閱，學(xué)生得到的考核結(jié)果具有延后性，不能與當(dāng)堂學(xué)習(xí)的狀態(tài)銜接。學(xué)習(xí)效果的實時反饋能夠?qū)W(xué)生起到一定的激勵作用，及時得到糾正與指導(dǎo)，實現(xiàn)對學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中得到的結(jié)果進行精準(zhǔn)評價。降低學(xué)習(xí)成本，改善學(xué)習(xí)的認(rèn)知過程。

（二）去中心化的學(xué)習(xí)管理，個人定制化的學(xué)習(xí)。

不再單純以教師為教學(xué)主體，學(xué)習(xí)從被動行為轉(zhuǎn)為主動行為。為師生進行精準(zhǔn)定位，根據(jù)授課內(nèi)容需求定制多元化的學(xué)習(xí)場景，能夠為學(xué)習(xí)者呈現(xiàn)多模態(tài)的學(xué)習(xí)資源，開展豐富的學(xué)習(xí)活動形式。實現(xiàn)教育資源的共建共享，并能根據(jù)教學(xué)評估及時更新教學(xué)配置資源。節(jié)約傳統(tǒng)的收發(fā)作業(yè)形式所花費的時間與精力，不再側(cè)重于教師點對點的指導(dǎo)，方便師生更便捷地組織與開展多元學(xué)習(xí)活動。

五、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在現(xiàn)代化教育教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題

（一）技術(shù)支持與教學(xué)理論的匹配尚不成熟

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育環(huán)節(jié)中雖然已得到廣泛應(yīng)用，但是如何與教學(xué)實施的所有環(huán)節(jié)相匹配還處于早期探索階段，技術(shù)支持與底層教育理論尚未成熟。目前階段看來，缺乏專門為教育領(lǐng)域設(shè)計和開發(fā)的虛擬現(xiàn)實教育教學(xué)產(chǎn)品，在現(xiàn)階段已有的教學(xué)應(yīng)用中，以依托于社交平臺或元宇宙游戲等方式為主，目前仍缺乏能夠保障教育標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范化與整體育人體系發(fā)展的政策與技術(shù)支持。

（二）對虛擬與現(xiàn)實混合式教學(xué)合理配比不夠重視

如果學(xué)生長時間沉浸于虛擬的教學(xué)環(huán)境和教學(xué)方式，可能會產(chǎn)生對現(xiàn)實的逃避意識、過度依賴虛擬環(huán)境而喪失人際交往能力。尤其是在情境化教學(xué)、個性化學(xué)習(xí)、游戲化學(xué)習(xí)等場景中，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)教學(xué)的多樣化，但是智能的教學(xué)服務(wù)與體驗也會引發(fā)一系列的心理與行為影響，需要教師在教學(xué)環(huán)節(jié)中時刻保持教學(xué)的輿情監(jiān)控，為虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用環(huán)節(jié)制定合理的教學(xué)計劃。

六、未來發(fā)展

在教育部關(guān)于產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項目立項政策的支持下，各院校應(yīng)積極思考如何使拓展教學(xué)空間，豐富教學(xué)方法，變革教學(xué)方式，創(chuàng)新教學(xué)模式，從整體的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)環(huán)境、教學(xué)方法和教學(xué)過程等方面促進教學(xué)方式的改革，從而提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。虛擬現(xiàn)實技術(shù)恰恰能夠為現(xiàn)代化的教學(xué)提供開放性的、創(chuàng)造性的、更加寬泛的教育環(huán)境，使學(xué)生個人與社會產(chǎn)生正向的互動引導(dǎo)。通過人機協(xié)同的教育環(huán)境，為學(xué)習(xí)者呈現(xiàn)多模態(tài)的學(xué)習(xí)資源，實現(xiàn)教育資源的共建共享，合理配置教育資源。為師生進行精準(zhǔn)的人物畫像，支持多元化學(xué)習(xí)場景的適配，提供豐富多樣的學(xué)習(xí)活動，方便師生更便捷地組織與開展多元學(xué)習(xí)活動。使教學(xué)評價主體更加多元化，并努力實現(xiàn)過程與結(jié)果的精準(zhǔn)教學(xué)評價，真正實現(xiàn)對學(xué)生的知識、能力與素養(yǎng)的多維評價。

七、結(jié)語

綜上所述，虛擬現(xiàn)實技術(shù)是現(xiàn)代化教學(xué)改革的必然選擇，無論是在教學(xué)的實施環(huán)節(jié)，還是在教學(xué)成果的評價中，都具有相當(dāng)重要的實施意義與價值。大力推進教學(xué)改革的形勢下，作為教育工作者更應(yīng)當(dāng)正視現(xiàn)代高精尖產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用價值。在高科技手段輔助下開展實踐教學(xué)。在現(xiàn)代化的教學(xué)實訓(xùn)環(huán)節(jié)中，教師可以嘗試將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用到教學(xué)，使教學(xué)環(huán)節(jié)的實施不再受場地、設(shè)備、空間、實踐的局限，使教學(xué)中的各個實訓(xùn)環(huán)節(jié)都能夠得到有效實施，滿足不同資質(zhì)的學(xué)生不同的學(xué)習(xí)需求，提升教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量。