虚拟现实技术在教育课程中的应用

王美霞

摘 要：文章主要研究虚拟现实在教育课程中的运用，讨论了使用虚拟现实的原因，介绍了利用虚拟现实的优缺点，并提出了何时使用和何时不使用虚拟现实，给出了一般模型。可用于确定何时在教育课程中使用虚拟现实。

关键词：虚拟现实；教育课程；应用

在教育领域中使用虚拟现实（Virtual Reality，VR）可看作是计算机辅助教学（Computer Aided Instruction，CAI）或计算机培训（Computer Based Training，CBT）的某种变化。使用计算机作为教学辅助工具有很长的历史，最早起始于20世纪50年代初，而对其进行研究则始于20世纪60年代初。自1977年微型计算机问世以来，计算机（特别是微型计算机或个人电脑）逐渐应用到了许多形式的教育之中。而虚拟现实可用于所有类型的计算机，因此其发展也遵循了这一发展趋势[1]。

1 虚拟现实技术在教育课程中的应用研究现状

自20世纪80年代以来，对虚拟现实在教育方面的应用和有效性进行了许多研究。有研究表明，虚拟环境可以激发学习和理解，因为它提供了符号和经验信息之间的紧密耦合。许多研究集中在儿童和年轻学习者如何在3D环境中进行互动和学习，如虚拟游乐场、洞穴等。以物理学为例，学生几乎不能“感知”和“理解”他们所研究现象。但是，利用虚拟现实可以实现这个目标。这也可以为学生的概念的理解与进一步的学习提供帮助。3D环境对学习概念的最重要的贡献是促进了空间知识的理解。Burdea等[2]在1994年提出了虚拟现实的3个基本特征：沉浸感（Immersion）、构想性（Imagination）、交互性（Interaction），这3个基本特征也经常被简称为虚拟现实的3I特征。

尽管VR被认为是一个非常有前景的学习工具，但仍有许多问题需要进一步研究。这些问题主要包括：确定适当的理论或模型来指导其设计和开发；研究其特性使其能够支持学习；了解它的使用是否可以提高预期的性能和理解等。此外，在使用此技术时如何达到更有效的学习，对不同天赋的学习者的影响等也需进一步研究。

2 在教育课程中使用虚拟现实的原因

在每一个层次的教育，虚拟现实都有可能有所作为，可以引导学习者的新发现，对其进行激励和鼓励和激发。

VR可以从第一人称的角度使学生身临其境（即沉浸感），提供非象征性的经验，以帮助学生学习。学习者可以参与到学习环境中，拥有一种存在感，成为环境的一部分。而在传统教育课程中，不能以任何其他方式获得这些经验，而是更倾向于促进第三人称的象征性体验。许多学生由于不能很好地理解与掌握学科的理论知识而学习不好。VR却为学生提供了一个新的途径，它可以促使学生通过沉浸式的体验学习掌握抽象的概念。就此而言，VR也许是最好的和最可能的解决方案。

3 在教育课程中使用虚拟现实的优缺点

使用VR教学的优点在许多方面与使用计算机或交互式仿真的优点相似，尤其是三维计算机模拟。例如，一个模拟可以提供真实的和相关的场景，利用关卡的形式，激发用户的兴趣，迫使他们采取行动，并为他们提供不受限制的选择。使用虚拟现实教学目标的一个主要优点是它具有很强的激励性。

虚拟现实可以比其他方法更准确地说明某些特性、过程等。VR允许对一个物体进行极端的特写检查。VR给出了基于新视角的洞察力的机会。从内部或顶部或底部查看对象的模型，显示以前从未见过的区域。例如，一旦一个分子被建模在VR，学生可以详细研究它，进入分子内走动，并熟悉其部分。VR允许从远处检查物体，显示整体而非部分。社区的VR模型使居民对建筑物、街道和开阔区域之间的互联有不同的看法。

VR可以改变学习者与主题的互动方式。VR需要相互作用，它鼓励积极参与，而不是被动。通过立即查看结果，鼓励与虚拟环境交互的参与者继续进行交互。VR为学习者提供了一个机会，让他们知道以前未知的发现。通过对现实世界进行建模，新的观点是可能的，研究模型可以提供前所未有的洞察力。VR允许残疾人参加实验或学习环境时，否则他们不能这样做。他们可以做化学和物理实验和学习。VR允许学习者以自己的速度进行体验。学习者决定在与虚拟环境进行交互时应该做什么。VR允许学习者在不按常规班级时间表固定的宽时段内进行体验。

VR允许学习者通过做一个建构主义的方法来学习。VR通过实际使用来提供新技术的经验。用新设备模拟一个新的过程可以训练一个工人。VR为通过远程教育教授的一些目标提供了一种方法，以前不可能用这种方式教授。

使用虚拟现实的缺点主要与成本、学习如何使用硬件和软件所需的时间、可能的健康和安全效果有关，以及处理可能不情愿使用和集成新技术到课程中。与所有新技术一样，随着时间的推移，这些问题可能会逐渐消失，而虚拟现实在教育之外的领域中更普遍地被使用。

4 如何选择使用虚拟现实

虚拟现实并不能适用于每一个教学目标。有一些教学场景可以使用，有些时候则不应该使用。那么，何时使用和何时不使用呢？

残疾人由于身体的缺陷，在常规教学中许多实验是无法参与的。另外，有一些实践教学环节，也会因为其身体的原因无法参加。这都给残疾人的学习带来了相当大的困难，导致许多残疾人不能选择自己所喜欢的专业。虚拟现实的出现却带给了他們无限的希望，让他们有机会与正常人一样不受身体条件的束缚，从事自己所喜爱的职业。

在教学或训练中，常常会遇到使用真实的东西时有比较大的危险性或者不可能、不方便进行。有时候，学习者或受训者使用真实的东西所犯的错误可能对学习者造成破坏，导致情绪低落。有的对环境有害或者会对设备造成损害，导致财产损失。还有的，本身价格高昂，不能任由学习者广泛使用。所有的这些传统教学所面临的问题与挑战，正是虚拟现实技术的专长。

在学习的过程中，通常都会涉及许许多多的概念，尤其是相当一部分的概念十分抽象。这让抽象思维有所欠缺的学习者的学习充满挑战。虚拟现实技术，可以利用可视化，使用图形符号，使得抽象的概念更容易理解。一些教学任务涉及灵巧的手工或身体的运动。虚拟现实可以让学习者直接进入虚拟世界，使得学习更加有趣[3]。

那是不是意味着无需真实的东西就可以了呢？答案当然是否定的。无论是教学亦或者是训练，无论是教师还是学生，真实事物还是不能用虚拟现实所完全替代。尽管虚拟现实有着许多传统教学所不具备的优异特性，然而不可否认的是：过度使用虚拟环境可能会对身体或情感造成损害。使用虚拟环境可能导致学习者混淆虚拟的模型与现实。并且，有些虚拟现实成本太高，无法合理使用，不能达到预期的学习效果。

5 在教育课程中确定何时使用虚拟现实

学习的过程可以由数以百计的具体目标组成，每一个都必须由学生掌握。传统上，目标是使用教科书、讲座、讨论和某些形式的媒体来讲授的。虚拟现实可以用来教授其中的一些目标，它可以用来确定是否已经掌握了某些目标。教师必须决定任何一个课程在何时何地使用VR。决定何时使用VR会导致决定在何处使用VR。模型可以帮助他们作出这些决定。

确定何时使用虚拟现实的模型一般包括以下内容步骤。首先，我们需要制定具体的课程目标。然后选择可以使用模拟、计算机生成的模拟或虚拟现实（3D模拟）作为度量或实现手段的目标。在选择时，应充分考虑使用虚拟现实的原因和优点。通过选择可以使用虚拟现实的3D模拟作为衡量或实现课程目标的手段来细化选择列表。对于列表中的每个目标，都要确定需要的现实主义水平，从非常象征性到非常真实的规模；确定所需的浸入式和存在的类型，从没有浸入3D环境（例如桌面VR）到完全浸入（使用头部安装显示、手套等），即并没有感觉的存在与强烈的存在感；确定与之交互的类型，以及感知输入和输出，到和从虚拟世界或环境所需要的（例如，触觉或感觉，3D声音，音频，视觉，文字，手势）。接着选择虚拟现实的软件、硬件、交付系统等。再根据目标的要求，由教师或虚拟世界构建者建立虚拟环境，学生则可以对虚拟环境预建和修改。由此产生的虚拟环境将使用一组学生进行评估，评估结果用于修改虚拟环境，直到虚拟环境显示成功地衡量或帮助实现目标。最后使用目标填充对虚拟环境进行评估，评估结果用于修改虚拟环境，以保持与目标相关的虚拟环境。只要虚拟环境与目标人群一起使用，评估和修改就会继续进行。

6 结语

虚拟现实在教育课程中的应用占有一席之地。使用VR和优势的原因有很多。随着时代发展，社会进步，虚拟现实技术在教育领域的应用范围必将越来越广，呈现多元化的发展趋势。它与教育教学的深度融合将会进一步推进教学改革的发展，对于提高教育技术水平、改善教学环境、丰富教学资源、优化教学过程，培养个性化、创新型的人才具有重要作用。随着虚拟现实教育应用水平的逐步提升，希望虚拟现实在教育课程中的应用所面临的问题能够一步步得到有效解决。

[参考文献]

[1]徐大敏，于兆勤，郭钟宁.虚拟现实技术及其应用与展望[J].机床与液压，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.虛拟和增强现实（VR/AR）技术在教学中的应用与前景展望[J].数字教育，2017（1）：1-10.