虚拟现实技术在现代教育中的应用研究

任海鹏　邓春红　孙宇

摘要：随着现代信息技术及多媒体技术的快速发展，各种各样的以现代信息技术为依托的新型教育模式应运而生。虚拟现实技术的产生为现代教育的信息化、网络化发展翻开了一个新的篇章。本文在阐述虚拟现实技术概念及特征的基础上，从教学理念、教学手段、教学内容三个方面探讨了虚拟现实技术在现代教育中应用的优势及作用。最后，尝试性提出了虚拟现实技术在现代教育中应用的具体方式，为推进虚拟现实技术在现代教育领域的应用提供有益的参考。

关键词：虚拟现实技术；现代教育；远程教育；模拟实验

中图分类号：G434 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）15-0217-02

Research on the Application of Virtual Reality Technology in Modern Education

REN Hai-peng， DENG Chun-hong，SUN Yu

（Anhui Technical College of Mechanical and Electrical The Department of Information Engineering，Wuhu 241002， China）

Abstract： with the rapid development of modern information technology and multimedia technology， a variety of new educational models based on modern information technology emerge as the times require. The emergence of virtual reality technology has opened a new chapter for the information and network development of modern education. Based on the elaboration of the concept and characteristics of virtual reality technology， this paper discusses the advantages and functions of virtual reality technology in modern education from three aspects： teaching idea， teaching method and teaching content. Finally， the paper puts forward the concrete way of applying virtual reality technology in modern education， which provides a useful reference for promoting the application of virtual reality technology in modern educational field.

Key words： virtual reality technology； modern education； distance education； simulation experiment

傳统的教育模式已经难以适应和满足现代教育的需求。单一的纸质教材、单向灌输的教学方式以及精工细作的教学内容严重影响教学质量的提升。在此形势下，教育教学的改革与创新已经势在必行。虚拟现实技术的出现及应用很好地解决了这些问题。实践证明，基于虚拟现实技术的教育教学方式更加适应大容量快节奏的现代教育需求[1]。因而，广大教育工作者以及相关领域研究者对虚拟现实技术高度重视，并大力推广其在教育教学领域中的应用。

1 虚拟现实技术的概念及特征

虚拟现实技术指的是利用计算机技术为学习者提供一个可感知的三维空间虚拟环境，在这个虚拟环境中学习者可以通过视觉、听觉、触觉相互感知和交流，产生一种身临其境之感。虚拟现实技术作为一种以强化人机交互功能为目标的技术，整合了计算机图形学、人机接口技术、人工智能技术以及可视化技术等多种先进技术的优势，可以让学习者沉浸在虚拟现实环境中，激发学习动机、增强学习体验、实现情境学习[2-3]。具体而言，虚拟现实技术有三大突出特征：1）交互性，可以实现与自然技能十分接近的交互；2）沉浸感，可以使学习者完全沉浸在虚拟现实世界中；3）想象性，可以使现实世界中许多不存在或不易被察觉到的情景变得具体化。

2 虚拟现实技术在现代教育中应用的优势及作用

虚拟现实技术在现代教育中的应用具有很大的优势及作用。基于虚拟现实技术的现代教育教学模式中的学习情境、学习资源和学习工具都进行了全面的革新。这种革新能够有效作用于传统的教学理念、教学内容以及教学手段，使之更加完善，更加符合现代教育的发展趋势和要求[4]。需要强调的是，这种优势及作用是不会“自我发挥”的，需要教师不断充实自我，积极接受虚拟现实技术，更新教学理念、改进教学手段、拓展教学内容，全面提高自身的综合素质能力。

2.1发展教学理念

我国现有的教育理念与国际上先进的教学理念相比，还存在很大的差距。虚拟现实技术的应用有助于促进我国教学理念的发展，实现与国际先进教学理念的接轨。这无论是对我国教育事业可持续发展而言，还是对推进社会主义精神文明建设而言，都具有重大现实意义[5]。从教师的角度讲，虚拟现实技术的辅助教学功能是十分强大的。这就意味着教师要彻底打破传统的“三中心”教学理念，鼓励学生自主学习与探索。但是，这并不等同于教师在教学过程中的作用减弱了。相反，基于虚拟现实技术的教育教学模式对教师的综合素质能力提出了更高的要求，教师不仅要学习虚拟现实技术的操作与应用，还要扮演讲解者、引导者、组织者多重角色。虚拟现实技术对教师素质能力提出的要求与建构主义学习理论、情境学习理论、自我导向学习理论等并无本质区别[6][7]。由此可见，虚拟现实技术在现代教育中的应用能够帮助教师发展教学理念，逐步与世界先进的教学理念接轨。

2.2改进教学手段

长期以来，我国教育采用以教师讲解为主的教学手段，形式单一、枯燥，很难激发学生的学习兴趣。虚拟现实技术的应用为我国传统教学手段的改进提供了有利契机。在虚拟现实技术的支持下，可以充分实现人机交互，使学生的视觉、听觉、触觉等多种感官都参与到学习过程中。同时，应用虚拟现实技术，还可以使小组合作学习方式、竞赛学习方式、在线学习方式等先进的教学方式和手段得到更高效的利用，激发学生全面参与、全程参与，实现教学手段的新突破。

2.3拓展教学内容

受传统教学模式的桎梏，教育机构设定的教学内容是十分有限的。比如，教材内容以文字形式为主，很多东西难以表达出来。又比如，实验教学中，基于对学生人身安全、实验成本以及其他各种因素的考虑，仅设定了一小部分安全系数高、易操作、实验成本低的实验项目。这不仅不利于激发学生学习的兴趣和动机，还很容易造成知识点断裂的问题，影响学生学习的系统性、全面性和深入性。虚拟现实技术具有想象性的特征，可以把课本无法表达的教学内容通过夸张的形式变得具体化。另外，虚拟现实技术中的实验设备都是虚拟的，而且可以重复利用，不用考虑成本的问题。总之，在虚拟现实技术的帮助下，可以把许多教材中难以表达或实验中难以操作的教学内容具体、形象地展现出来，实现教学内容全面化、多元化，从而为学生学习提供更丰富、更完善的教学资源。

3 虚拟现实技术在现代教育中应用的具体方式

3.1自主探索学习

传统的学习模式受到时间和空间的严格限制，学生只能在固定的时间和地点接受知识传授。在现代信息技术的支持下，学习者可以通过网络平台接受在线教育，但是这种在线教育的人机交互性比较差，很难激发学生的学习兴趣。虚拟现实技术在现代教育中的应用可以加强人机交互，促进学生以更大的热情投入到自主学习和研究探索中。无论是在校学生，还是已经步入职场的人，或是接受特殊教育的残障人士，只要有学习需求和动机，都可以通过网络平台自主探索学习。而且，在虚拟现实技术的支持下，学习者在网络平台的学习体验就如同“身临其境”一般。学习者可以跟着自己的学习思路和学习进度自主选择教学内容、会话情境，大大提高学习的自主性，进而提高学习效率。

3.2模拟实验学习

现实的实验中有一些高成本或高危性的实验是很难操作的，利用虚拟现实技术可以把实际生活中许多不便操作或不易操作的实验演示出来，让一些深奥晦涩的知识直观地呈现在学生面前。这不仅有利于激发学生的学习兴趣，而且还有助于引导学生在“逼真”的学习场景中加深对知识的理解和记忆。比如，化学实验中一些容易引发爆炸、燃烧等现象的实验，在学校实验室是不具备操作条件的，通过模拟实验学习可以让学生“亲自见证”这些高危实验过程及现象。又比如，地理中的地壳运用，仅凭教师的讲解，学生是很难理解地壳运动的原理的，在模式实验室中可以把整个地壳运动的过程清晰、直观地展现出来，让学生通过对地壳运动现象的观察深刻理解这一知识点的本质内容。同时，对于一些实验内容比较复杂，需要长时间观察和记录的实验，可以通过虚拟实验室“精剪”出来，不仅让学习者直观地看到了整个实验变化过程，而且还大大节省了学生的学习时间和精力，提高学习效果。目前，虚拟实验室在物理化等理科教育中的应用已经逐渐普及，并取得良好的教学效果。但其在文科领域中的应用还很少，有待相关领域研究者继续发掘虚拟现实技术的潜力，加大其在文科教学领域的应用。另外不得不提的是，虚拟军事训练场，其与虚拟实验室的功能大同小异，通过构建真实的对抗训练环境，对学习者进行军事训练。

3.2远程开放学习

远程开放教育主要以现代信息技术及多媒体技术为教学手段，其改变了传统的教师面授的教学模式，受教育者通过卫星电视直播或计算机网络进行学习，也可以下载教学资料自学。经过长时间探索，我国的远程开放教育已经颇具规模，并取得了一定的成效。但是目前远程开放教育教学资源管理平台和网络教学资源整体上种类繁多、形態各异、互不兼容。因此，政府相关部门和远程开放教育机构致力于“云计算”整合技术的研究，吸收和引进国内外先进的网络技术，优化远程开放教育教学资源体系结构。笔者认为，在远程开放教育教学资源整合研究中应加大对虚拟现实技术的研究和应用。

随着互联网行业的发展，计算机网络技术水平大幅度提高，人们对网络服务器的数量和性能方面的要求也明显提高。然而，由于开发新的服务器造价过高，开发起来并不容易。面对人们对计算机资源高计算水平的迫切需求，利用现有计算机资源的合作来代替开发高端服务器的独立计算能力的想法产生，这就是最初的“云计算”理念。云计算技术的工作原理是把数量庞大的中端、甚至低端的计算机资源组合到一起，形成一个规模巨大的资源服务平台。用户不用考虑资源服务平台内部是如何运作的，只需要访问客户端就能获取相应的资源服务。而且可以按使用费用随时获取，灵活性强、成本低廉。但是，“云计算”技术的应用只能提高远程教育资源的开放性和共享性，并不能改变教学资源的形式。基于虚拟现实技术的远程开放教育系统可以进一步丰富教学资源形式，学习者可以通过多种感官感知虚拟世界中的一切，从而完全沉浸在这个虚拟世界中，强化学习体验，提高学习效果。

4 结语

虚拟现实技术在现代教育中的应用优势是有目共睹的。随着现代教育的信息化、智能化发展，虚拟现实技术必将得到更广泛的应用。可以预见，在未来的教育教学领域中，虚拟实验室、虚拟教室、虚拟训练场等基于虚拟现实技术的教育模式将发挥巨大的潜力，为现代教育发展注入全新的活力。但是，虚拟现实技术在现代教育领域中的应用并不是一蹴而就的，需要经过长期的探索与实践。尤其是对虚拟现实技术在现代教育中应用的关键技术，比如动态环境建模技术、三维图形生成技术、系统集成技术等，还有待进一步改进和完善。这需要相关领域研究者加强研究。同时，广大教育工作者也要与时俱进，以虚心的态度认真学习和应用这一新技术。

参考文献：

[1] 于歆杰.在线开放课程需要建以致用[J].中国高等教育，2015（24）：9-10.

[2] 谭园园，孙迦，朱露.在线开放课程建设规范探讨[J].新西部旬刊，2015（2）：120-121.

[3] 黄传慧.开放教育资源整合与共享探索——主要模式、机制与形式探析[J].开放教育研究，2010（2）.

[4] 季长清.基于移动云计算的远程教育模式研究[J].吉林省教育学院学报，2011，27（ 1） ： 135-136.

[5] 朱丹.基于虚拟现实的MOOC教学交互模式的研究与系统实现[D].西南交通大学，2015.

[6] 邹玲.虚拟现实技术在现代远程教育中的应用研究[J].继续教育，2017（4）：39.

[7] 王艳春，张曙.网络环境下基于虚拟现实技术的虚拟实验室的研究[J].齐齐哈尔大学学报：自然科学版，2007（1）：22.