浅谈虚拟现实在教育中的应用前景

张青霞

【摘 要】本文就虚拟现实教育若干问题给予分析，浅谈其特点及教学模式，从而对其在教育中的应用前景进行探讨。

【关键词】网络教育；学习过程；虚拟现实教育

一、网络教育的发展状况

随着Internet在我国的日益普及、网络教育在我国也迅速发展起来。有学者将我国的网络教育分成以下四类：

1、同步式网络教育。这种教育的教学内容与过程与具体的中小学教学过程紧密结合，实际上是基础教育领域中课堂教学的延伸。如北京重点中学101中学与高拓电子公司联合推出的“101中学远程教育网”就是这样一个例子。学生每周可从网上接收101中学一周的同步教育内容、疑难问题解答及模拟试题。目前已联网教授包括初一至高三年级的数学、物理、化学、语文、外语，全部由一线骨干教师提供内容。师生之间可以通过电子邮件提问和答疑。

2、学历式网络教育。目前教育部已经批准清华大学、北京邮电大学、浙江大学、湖南大学四所通过网络开展本科学历和研究生学历的教育。这类教育由于有文凭的号召力量，且能够解决成人教育受时空限制太多的问题，现在发展也非常快。

3、益智式网络教育。这类网络教育着眼于发展学生兴趣爱好，它是通过设计一个个问题，让学生自主参与解决问题的过程，并在这个过程中学习知识，发展技能。但这种网络教育在我国还较少。

4、培训式网络教育。这种网络教育的目标是使学习者快速形成某种技能，学到某种实用知识。它的课程实具较强的实用性、职业倾向性。与现在的职业技术教育相类似。在如今竞争激烈、知识更新换代迅速的信息时代，这种网络教育本应得到迅速发展，但遗憾的是，相对同步式与学历式网络教育，它的发展非常缓慢。

通过以上介绍，我们不难发现我国网络教育发展存在以下几个问题：

（1）网络教育主要面向基础教育，而高等教育、职业技术教育和继续教育领域不够完善。

（2）网络教育只是传统课堂教育在远程教育的简单延伸，在网上的教学内容只是教师在课堂上的讲义，授课的形式由在同一教室的教师讲，学生听变成在不同对方教师讲，学生听。学生在授课中仍旧处于被动地，网络教育所具有的交互性、协作性。信息量大的优点没有充分发挥；

（3）网上的绝大多数教学内容是为了应付考试服务的，针对各种考试如中考、高考、托福、GRE进行辅导，提供大量的模拟题让学生训练，这其实成了一种变相的题库；

（4）受应试教育影响较深最能体现网络教育特点的第三种、第四种类型在我国发展缓慢，网络教育的优势并非真正体现。

二、虚拟现实教育

1984年美国的Willian·Gibson在一本名为Newromancerd的书中，幻想人类可以漫游于计算机模拟生成的世界之中，并第一次使用了Virtual Reality（虚拟现实，简称VR）一词。对于VR的概念，计算机科学家Isadale在1993年在Internet网上给出的概念比较精炼：虚拟现实是人类与计算机和极其复杂的数据进行交互的一种方法。

VR的特点及类型，理想的VR系统应具有如下几个特点：

·多媒体信息感知性。VR系统具有感知视、听、触、嗅、味多种信息的能力；

·沉浸性。用户将感觉不到身体所处的外部环境而“融合”到虚拟世界中去；

·交互性。用户通过三维交互设备直接控制虚拟世界中的对象；

·自主性。VR世界中的物体可按各自的模型和规则自主运动。

虽然在理论上VR系统应具有上述的特征，但由于实现时各种条件的限制而有所差异。根据交互界面的不同，可将VR系统分为几种不同的类型：

（1）世界之窗（Window on World Systems-WoW）：这种系统使用普通的计算机監视器来显示虚拟世界，用户通过键盘、鼠标来控制在虚拟世界中的运动，如同通过窗户观察世界一样。这是目前应用最多、实现最方便、最经济的一类VR系统。

（2）视频映射（Video Mapping）：这是WoW系统的一个变种，它使用视频输入设备将用户的身影与虚拟世界的图像合成在一起，用户通过监视器来观察自身与世界的交互。

（3）沉浸式系统（Immersive System）：这种系统完全将用户的视角及感觉包容在虚拟世界内部，用户所看到、听到、碰到乃至闻到和尝到的都是虚拟世界中的物体。这是最理想的VR系统。这种系统的一种方法就是用多个投影显示建造一个“洞穴”或房间，观察者站在其中。

（4）遥控系统（Teleprescence）：这种系统不同与完全由计算机生成虚拟世界的系统，它是真实世界的反映。这种技术是把真实世界中的远程传感器与操作者的感觉联系起来。比如用在异地带有摄像机的机器人处理危险情况，医生用窥镜做手术等。

（5）混合系统（Mixed Reality）是遥控系统和VR系统的集成。这种技术将计算机生成的图像与真实世界的图像合成在一起。比如医生在做外科手术时看到的可能是预先用CT扫描获得的图像与实时超声波扫描图像的叠加图像；或者战斗机驾驶员看到的是地图与数据的合成图像等。

三、虚拟现实在教育中的应用前景

进入90年代，虚拟现实技术发展很快，并从一种研究工具走向实际应用领域。由于虚拟现实能提供一种丰富我们日常的学习、生活的经验，它在人类活动的各项领域如建筑、考古、艺术、娱乐、运动、航空、医学、军事及教育等领域将会起着重要作用。在虚拟现实的学习中，高水平的交互作用和个别化提高了学生的学习兴趣，学生不仅仅当一个观察者，还是一个积极的参与者。美国学者斯图尔特和托马斯于1991年列出了虚拟现实在教育中的八大用途：

·探索学生用其它方法不能接近的现有的地方和事物；

·探索如果没有大小和时间的改变，就不能有效测量的真实事物；

·创造具有可变特性的地方和事物；

·通过一个有共同兴趣的全球俱乐部与居住在遥远地方的人相互交流，或者与来自世界各地的学生在课外自修项目上进行合作；

·在想象的空间与真实的人进行交流以支持重复的设计；

·以非现实的方式与真实的人相互交流；

·创造和操作数据结构和数学的功能等抽象概念的表征；

·与参加模拟谈判的代表，不同人生观的历史人物代表的虚拟的人进行交流。

在这方面，西方发达国家的一些实践展示了VR在教育领域中令人鼓舞的应用前景。由于技术先进、设备昂贵，目前在我国这方面的研究与实践还都集中于军事与仿真领域。下面略举几例VR在教育中的应用。

美国在卡罗琳大学的虚拟技术教育实验室发明了一种虚拟现实系统用来教儿童区分他们家里安全的和危险的地位。代顿大学研究所组织设计了一个被称为“女孩子能做任何事情”的采用虚拟现实方法的程序，用来激发鼓励青春期女孩子为将来的职业做准备。“虚拟乐队”为音乐学院指挥专业的学生解决了实践太少的苦恼，只要你佩戴一种磁性的传感器，随着你指挥动作的变化就会产生相应的演奏效果。1995年在Internet上曾经进行了一个引起世界性轰动的教育课题：“虚拟青蛙解剖”。在这个虚拟实验室里，你可以用虚拟手术刀一层层地分离青蛙，观察它的肌肉和骨骼组织，与真正的解剖实验几乎一样，但没有呛人的药水味。同时为了能更详尽地观察，你还能够任意调整观察角度，放大或缩小图像。……

类似的例子还很多。许多以往无法或较难演示的实验或工程过程，现在都可以通过虚拟现实学习系统来实现。相信在不远的将来，虚拟现实教学系统将是教育教学的一个新方向。教师和学生能以新的、有效的方式对学习环境进行操作和控制。随着这些系统越来越便宜，它们的应用将会可能和可行，教学也将更个别化。

【参考文献】

[1]肖树滋主编：《电化教育概论》，北京师范大学出版社；

[2]珍妮特·沃期，戈登·德莱顿著《学习的革命》，顾瑞荣，陈标，许静译，上海三联书店；

[3]陈淑英著：《视听媒体与方法在教学上的应用之研究》，文景出版社印行；

[4]韦有双、王飞、冯允成：《虚拟现实与系统仿真》，1999.4.