虚拟现实在小学教学中的应用

张思源

沈阳师范大学教育技术学院 沈阳 110034

虚拟现实在小学教学中的应用

张思源

沈阳师范大学教育技术学院 沈阳 110034

随着计算机技术和信息技术的迅猛发展，新的教学媒体开始不断涌现，教育技术领域出现一种新型教学媒体，它就是虚拟现实技术（Virtual Reality）。通过对虚拟现实的特征的分析，提出虚拟现实如何在小学教学中运用，以及在教学中具有的意义。

虚拟现实技术；小学教学；应用

Author’s address College of Educational Technology, Shenyang Normal University, Shenyang, China 110034

随着科学的发展和社会的进步，教学媒体作为承载、加工和传递信息的介质或工具，人们对教学媒体在教学中发挥的作用越来越重视。虚拟现实技术作为一种教学媒体开始广泛地应用于教学过程中。它在教学过程中可以使学习者置身于另一个世界中，并且使学习者产生身临其境的感觉，为学习者提供了一个新的教师和创新的教学方式。

1 关于虚拟现实技术

虚拟现实是由美国VPL Research Inc公司的Janier在1989年造的一个词，通常是指用头盔显示器和传感手套等一系列新型交互设备构造的一种计算机软硬件环境。人们通过这些设施以自然的技术（如头的转动、身体的运动等）向计算机送入各种命令，得到计算机对用户的视觉、听觉及触觉等多种感官的反馈。虚拟现实包括旧技术，如书、戏剧、电影、管弦乐演奏，也包括新技术，如聊天室、视频会议和视频游戏。然而，对于在虚拟现实领域从事研究工作的人来说，它的定义则更加具体。虚拟现实需要立体画面（以三维的眼光去看待世界）、广阔的视野（在剧院和电视里看电影是不同的）、以观众为中心的视角（当你移动头或身体时，你的视角就会发生变化）、一种与视觉和声音也许还有触觉交互的方式。

虚拟现实技术具体特征包括3个方面。

1）沉浸性。通过设置环境，调动学习者的各种感官，使其能够全身心地投入由虚拟环境所构建的隐性知识体系中，进而充分开发人的潜在能力。

2）交互性。通过人—机交互手段，提高用户与虚拟场景中各种对象相互作用的能力，它是人机和谐的关键性因素。

3）构想性。虚拟现实不仅仅是学习者与机器终端的链接枢纽，而且可使学习者在此虚拟环境中对知识重新整理加工，拓宽自己思考问题的角度，从而产生新的构想，达到由感性知识上升为理性知识的飞跃。

2 虚拟现实技术在小学课堂教学中的应用

儿童与生俱来对世界有着自己独特的感受和观察的角度。他们活泼好动；他们对周围的事物充满好奇；他们对一切充满幻想；他们富有创造力和想象力……他们的学习思维过程和方式主要以形象思维为主，更喜欢游戏式的教学，这正符合虚拟现实技术的优势——为学生提供一个生动、逼真的学习环境，使其能够成为虚拟环境的一名参与者，在虚拟环境中扮演一个角色，调动学生的学习积极性和自主性。

虚拟现实是一种非常有价值的呈现工具，打破传统课堂教学中教师单一讲授的模式，它不像教科书或录像带以固定的顺序来呈现资料，在虚拟现实中学生可以根据自己已有经验选择以任何顺序来体验主题。通过虚拟现实环境能看到系统是如何随着时间变化的，并且操纵这个系统来探索这些变化会产生什么效果，使置身于虚拟现实环境的学生感觉自己是利用自己的感受与主题进行交互的。

2.1 三维模拟呈现课堂教学中需要实地观察但受条件限制无法亲临的空间 小学阶段的学生对知识的接受渴望更加接近生活，然而课堂教学时间和空间却极为有限，这势必会造成课堂所授知识与实际生活的脱节。这就要求在小学课堂教学中教师除了对纯理论知识的讲述之外还要配合学生相应的实践，有时可能需要向学生展示一些实际的空间。但由于条件的限制，不可能让学生进入这些空间。虚拟现实技术则解决了这一问题，为教师课堂教学提供了更恰当的呈现机会，它引导学生通过亲手操纵了解和感受虚拟现实营造的环境。

例如在课堂中，教师通过提供虚拟的勘探森林场景，让学生戴上一个特殊的耳机和手套，通过电脑屏幕转为三维空间、交互式的环境，为学生营造一种与到附近的森林观察动植物和了解森林环境相似的经历和身临其境的感觉。学生处在一个视觉和触觉上都类似真实世界的一个模拟环境中，在这里教师可以设计他们将发现什么并观察到什么，这样教师就可以对低年级的学生进行简单解说，为高年级的学生进行逐步复杂的解说。这样不仅能够吸引学生的注意力，激发学习兴趣，还能够使学生对观察到的事物和现象产生更加深刻的理解。

2.2 再现生活中无法观察到的自然现象或变化过程，描述抽象概念 对于真实生活中的很多现象和事物，如太阳系的运动、神秘的太空、微小的动物、细菌的活动、人体血液流动以及人体器官等，都是很难利用肉眼观察到的，只能根据书本的介绍在头脑中形成大体的印象，而无法亲自去感受。运用虚拟现实技术可以对这些现象和事物进行模拟。它允许学习者以不同的比例和形态看待事物，使学习者成为拥有不同能力或特征的其他人或物，如会飞的鸟、蜿蜒的河、沿着血流流动的血红细胞，抑或是飘浮在太空中的羽毛去体会失重状态下的感受。

例如在地球是圆形的研究中，教师试图帮助一年级和二年级学生了解地球的形状，将他们行走其上看起来扁平的地球和从太空看到的圆形的地球相对应。这很难从通常每天行走的地球表面的一小块上获悉，事实上，这些对地球了解的表面现象妨碍了学生试图了解地球的真正形状。教师可以使用虚拟现实将学生带入一个圆形的小行星上，而不是试图把他们已有的扁平模型转变为一个圆模型。虚拟现实可以使学生相信他们真的走在小行星上，这样他们就知道在小球体上行走的感觉。然后在一个小塑料模型和一个地球仪的帮助下使学生了解地球也是一样的，只是大了一些。

2.3 三维模型仿真演示 在传统实际课堂教学中，多媒体课件所展示的事物大多是平面的、静态的，处于小学阶段的学生很难把屏幕静止的事物与真实形象结合起来。虚拟现实技术则解决了课堂教学中的这一难题，通过友好的人机交互界面和三维立体图像，把真实的事物展示给学生，学生可以通过多角度观察，也可以对其放大和缩小以适应不同的需要。

3 虚拟现实技术在小学实验教学中的应用

在教学中，许多昂贵的实验、培训器材，由于受价格的限制而无法普及，虚拟现实技术从根本上解决实验教学中存在的这些问题。各个学科通过虚拟现实技术建立虚拟实验室，学生可以走进这个虚拟实验室自由地做实验，身临其境般地操作虚拟仪器，操作结果可以通过仪表显示和身体的感受反馈给学生，来判断操作是否正确，无须担心实验设备的损坏和欠缺。不消耗器材，也不受时间、场地等外界条件限制，可重复操作，可谓资源取之不尽，用之不竭，并可以随时更新。此外，虚拟现实实验具有绝对的安全性，可以避免由于学生在实验过程中操作不当引起的潜在威胁。

4 虚拟现实技术在小学教学中的应用前景展望

随着计算机技术的发展，虚拟现实正掀开其神秘的面纱，逐渐走进教学，充分解决现代小学课堂教学和实验教学中存在的教学方式单一、资源不足等问题。彻底改变小学教学的传统课堂枯燥单一的教学模式，改善教学资源，使学生在虚拟的环境中，通过真实的体验融入其中。学生通过自我导向来探索学习，进而真正成为学习的主体，提高学生对学习环境的控制，激发对学习的积极性。

目前，虚拟现实系统的硬件设备仍比较昂贵，虚拟现实技术也尚未能普及。但是，随着技术的不断发展和完善，以及硬件设备价格的不断降低，虚拟现实技术作为一种新型的教育媒体，以其自身强大的教学优势和潜力，将会逐渐受到教育工作者的重视和青睐，这种新的媒体必将广泛应用于教学，推动小学教学改革的全面发展。

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[2]姚芳.浅析虚拟现实技术在高职教学中的应用[J].吉林工程技术师范学院学报,2009(01)

[3]恽如伟.中学物理虚拟现实教学软件的设计与思考[J].中国电化教育,2003(4)

[4]Johnson A.VR as Instructional Technology: the CAVE as Classroom[EB/OL].http://www.evl.uic.edu/aej/papers/ harlemchapter.pdf

Application of Virtual Reality in Primary Teaching//

Zhang Siyuan

With the rapid development of the computer technology and information technology, the new teaching media have begun to emerge constantly. The new type of instructional media have been emerged in educational technology area, it is virtual reality technology. Through analyse the characteristics of virtual reality, this article put forward on how to use in primary school teaching and the significance of teaching.

virtual reality; teaching-primary; application

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1671-489X(2010)06-0103-02

10.3969 /j.issn.1671-489X.2010.06.103