VR技术在开放教育资源建设中的应用*

李慧娟

江苏开放大学 南京 210036

0 引言

开放教育依赖于学习资源的设计和传送。由于没有传统的教师或教授面对面教学，资源建设在开放教育发展中占据重要作用。2021年10月19日工业和信息化部中国电子信息产业发展研究院发布了《虚拟现实产业发展白皮书（2021年）》，分析了虚拟现实产业现状、特点及趋势，预计虚拟现实产业将进入新一轮爆发增长期[1]。科技的迅猛发展，为教育教学提供了全新的可能。VR（Virtual Reality虚拟现实）是一种能够使人以沉浸的方式进入和体验人为创造的虚拟世界的计算机仿真技术[2]。VR技术融合应用新型显示、传感器、眼动仪、人工智能和大数据等多领域技术，能够拓展人类的感知边界，改变商业形态和服务模式[3]。随着VR技术的发展与普及，如何将VR技术应用于开放教育资源建设是本文研究的方向。

1 开放教育资源建设的现状

目前，我国共享开放的学习资源是海量的，涉及面非常广泛，支持平台多样，给学习者带来了更多选择，大大提升了学习者的体验[4]。而随着学习者学习需求的不断提升，开放教育资源将不断面临形式更新和内容更新。现有开放教育资源表现形式主要集中在二维层面，如通过传统的图像、文字、音频、视频等形式呈现教学内容，资源更多呈现出单向的模式，缺乏一定的互动性；在智慧教育的趋势下，教育资源建设应该避免形式单一，确保每个学习者都能够找到适合自己的资源形式。同时各个国家都在利用最新的科技手段，探寻发展开放教育资源新形式，开放教育资源将向多元化的形态转变。

在资源内容上，还存在着重复建设、相对过剩、与实践相脱节、高质量的开放教育资源还不具备量的优势的情况。随着时间的推移、研究的深入，需要定期对资源内涵进行调整。另外，开放教育更多依赖于网络教学，这就导致学习者在网络课堂中注意力较难集中，无法像在线下学习时那样投入，学生需要能够更具吸引力和帮助注意力保持的开放教育资源。

2 VR技术在开放教育资源建设中的优势

2.1 VR技术的特征

VR技术具有沉浸感、交互性、构想性3个关键特性。

沉浸感是指参与者借助交互设备，存在于虚拟环境中的真实程度。VR技术可以生成一个非常逼真的虚幻世界，让使用者产生了类似于身处现实世界的感觉。这个世界看上去、听起来都是如此真实，操纵、运动的感觉是如此的逼真，以至于参与者能完全地沉浸其中。

交互性是指参与者可以对虚拟环境中设备、物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度[5]。通过使用专门的设备，参与者可以产生真实的使用效果，参与者不仅可以利用电脑键盘、鼠标进行交互，而且能够通过特殊头盔、数据手套等传感设备进行交互。使用者通过自身的语言、身体运动或动作等自然技能，就能对虚拟环境中的对象进行考察或操作。

构想性是指VR技术中的环境、任务、设备、机器都是虚拟的，是根据需求人为设计出来的，它不仅能将真实存在的环境完美再现，还可以根据设计者的创意创造出现实世界上不存在的环境。相较于呆板的图纸，VR构造的虚拟情景会更加生动和强大。

2.2 开放教育资源建设中使用VR技术的优势

当前的开放教育资源以图文、视频、音频为主，虽然满足了人人、时时、处处的学习需求，但师生之间缺少交互感和真实的临场感，而VR技术通过虚拟建模的方式，不仅丰富了资源的形式，还能搭建更为真实的学习环境。VR技术在开放教育资源建设中体现出独有的优势。

2.2.1 避免教学实验课程中的风险

在传统的实验课程中，教师往往通过视频的方式，展示实验操作的具体方法，演示操作流程。学习者很多情况下受限于现实条件，无法直接进行操作。通过VR技术，一方面可以为学习者搭建一个虚拟的学习环境，让学习者可以在虚拟的实验环境中进行操作。另一方面，虚拟实验室可以在尽可能真实的模拟实验情况下，避免爆炸、有毒物质、误操作等因素给学习者带来的伤害，避免真实实验带来的危险。

2.2.2 突破了时空限制

传统的视频、图文资源对于时间、空间的展现有限，而通过VR技术能够重构出历史场景、建筑构造等，突破时间和空间的限制，帮助学习者构建知识，拓展教学维度，提升教学质量。

2.2.3 提供多样化的学习环境

VR技术可以给学习者搭建更具人性化和学习氛围的学习环境，运用VR技术可以根据学习者的个体差异，设计出不同的物体和场景，如通过VR技术模拟教学内容中的人物和相关的教学场景。而且学习者可以根据自己的学习进度情况，调整自己的学习节奏。对特定场景的模拟，也可以让学生产生身临其境的体验，激发学习者的学习兴趣和学习积极性。开放教育中学习者的学习活动并不是在传统的教室中进行，VR技术可以通过虚拟教室提供更贴近生活的教学环境，让学习者能够在更加生活化的场景中进行学习，提高了学习者参与学习活动的情境性与直观性；

2.2.4 提升教学活动效果

VR技术的沉浸性特点可以让学习者产生身临其境的感觉，能有效提升教学活动的效果，使学习者更感兴趣并能沉浸其中，让学习能更加主动参与到学习活动中。情境学习理论认为知识是学习者在一定情境中主动建构的，强调知识与情境之间动态的相互作用。而VR技术可以近乎完美地支持情境学习。通过提供丰富的感知线索、真实的学习情境、及时并多感觉的反馈，帮助学习者满足情境学习的需要，提升学习效果。

3 VR教育资源的分类及应用

VR教育资源的形式和种类是多样的，根据VR教育资源的表现形式和具体应用，将VR教育资源分为全景展示型、体验训练型、平台支持型三类。

3.1 全景展示型VR教育资源

全景展示型VR教育资源就是通过展示某些事物或环境的全貌，帮助学习者系统地习得知识。它主要应用于展示现实生活中较难现场观察到的事物或场景，通过虚拟技术让学习者可以在虚拟空间中进行全方位参观，形成立体感知。常见的全景展示型VR教育资源有路线展示图、数字博物馆、科普体验室等场景。另一方面用来将抽象的理论进行形象化的展示，通过直观展示加深学习者对知识的理解。如通过VR演示汽油机模型中由化学能转化为机械能的做功冲程，详细观察转化原理；化学VR中如何找到H元素和O元素，来组成一个水分子等。

3.1.1 全景展示型VR教育资源案例

我们以“VR科普角”这一教育资源为例详细进行介绍，“VR科普角”是针对科普教育的知识点，利用虚拟现实技术和虚拟现实设备，以VR科普资源为基础，打破传统科普教育课的形式，为学习者提供沉浸式的科普知识学习和体验，实现自主性学习、探究式学习等各种个性化教学方式，提升学生的学习兴趣。此项目中包含丰富的教育资源，为学习者创设真实的教育环境，打造高度开放、可交互、沉浸式的内容事件，加深体验者对事件发展的理解。如“林则徐--单衔上疏”这个资源，如图1所示。

图1 “林则徐--单衔上疏”资源展示

进入郊外资源，可以体验在清道光年间，大雨带来的特大水灾导致农田颗粒无收，林则徐到郊外视察，关怀百姓，安排赈灾事宜。在此过程中，通过背景音乐、音效、文字展示，配合故事叙事，让场景更加真实，学习者更容易沉浸其中。

通过视觉锚点的跟随，进入到衙门资源，体验林则徐在衙门内与众多官员商讨赈灾计策，决议要独自上书朝廷为民请愿的场景。进入府内资源，可体验林则徐不顾衙役的劝阻，执意要上书反映灾区惨况，雨夜在书桌奋笔疾书的场景。进入赏析资源，可以体验以卷画形式还原的林则徐赈灾时的心路历程，以及表彰林则徐为民族为人民恪尽职守、兴利除弊的高尚品格。

在全部资源体验完成后，会自动返回前一页面，可重新选择进入进行再次体验。可以帮助学习者全面、真实地了解整个事件的发生过程。

3.1.2 全景展示型VR教育资源设计

此类VR教育资源具有学习内容丰富、学习环境真实轻松的特点，可以支持学习者进行自主探究学习，以体验的方式让学习者参与其中，多感官的参与能有效加强学习者的记忆、辅助认知。

全景展示类VR教育资源在设计时要注意具备完整的空间感和情景性，让学习者能够产生身临其境的临场感。在此类资源的建设中，要特别注意场景的真实还原。场景越真实，学习者的沉浸感越强。所以在虚拟场景的构建中，坐标体系应该与真实世界相匹配，物体间的比例关系要准确。同时在场景中可以加入音效、环境声、故事等元素，使场景内容更加丰富，兼具学习引导的作用。在交互过程中，可以有意识地进行反馈设计，如在VR资源中，设计一个视觉锚点，通过视觉锚点触发不同的效果，如在安全教育VR资源中，学习者通过转动头部在房间中寻找灭火设备，当视觉锚点在正确的物品上短暂停留时，镜头拉近，自动拾起此物品。通过学习者的视线跟随，增强环境交互的真实感。让学习者可以有选择性地参与学习，充分体现学习者的主观能动性。

3.2 体验训练型VR教育资源

体验训练型VR教育资源是利用虚拟现实技术，构建一个三维虚拟的实验实训场景。学习者在此场景中，通过佩戴数据手套、头戴式设备、三维控制设备、力量反馈设备等，运用动作捕捉、位置追踪等手段，实现与虚拟场景之间的交互。

体验训练型VR教育资源多应用于各种危险环境、操作对象在现实中难以获得、实操训练成本高、新设备和新产品的实验验证等情景，如外科手术训练、空间站维修训练、各类物化实验、机械设备拼装、特殊技能训练等。

3.2.1 体验训练型VR教育资源案例

以“高空救猫”这一教育资源为例详细进行介绍，如图2所示。

图2 “高空救猫”资源展示

“高空救猫”是让学习者体验如何在高空开展救援任务并发现常见的问题。此项目需要佩戴VR头盔、耳机、手持2支VR手柄。启动VR高空救猫程序后，学习者的初始位置应处于电梯内。通过手柄扳手，电梯将上升至20层高空。到达高空后，电梯门打开，可看到悬于高空的木板上，有需要救援的小猫，玩家可走向小猫，体验高空救援的全过程。

3.2.2 体验训练型VR教育资源设计

体验训练型VR教育资源可大幅缩减成本，提高技术习得的效率，而VR技术的沉浸性和交互性，可以使学习者全身心地投入学习环境中去，十分适用于对学习者技能的培养。

体验训练型VR教育资源在设计时，首先，要求设备的精准性高，如果展示项目中包含手柄等互动设备，要注意保持虚拟场景和真实场景的一致性，如在虚拟场景中出现的手柄，在大小、转动方向、拾取动作上应与现实中的一致。根据具体要求，也可以采用真实手部模型进行替代，大小比例应与现实场景中一致，避免给学习者的自我认知造成困惑。其次，要充分评估学习者参与其中的行为，预估出学习者的姿势、动作、参照物比例等，针对学习者不同的行为采用不同的设计策略。在虚拟环境中设置合适的参照物，根据参照物设计虚拟场景中的物体、空间比例，如果在虚拟环境中比例失调会极大地影响学习者的沉浸体验，甚至会产生不适的感觉。最后，要符合认知习惯，提供多感官、自然性的交互，所有的交互行为都应具有动作开始和结束的暗示，提供实时、持续的反馈。

3.3 平台支持型VR教育资源

2007年UNESCO进一步明确和扩展了开放教育资源定义，指基于互联网，以教育和研究为目的，可供自由、开放使用的数字化资源，包括内容和相关技术工具[6]。平台支持型VR教育资源即指即具有平台特性，同时能实现虚拟化物体和场景搭建的全流程支持。此类资源最常用于设计类课程，方便学习者快速验证自己的设计思路和想法，打破传统教学方式，通过沉浸式虚拟现实技术为教育教学带来全新的亮点。提高学习者兴趣及动手设计能力，同时能够帮助教师更直观检验学习者的学习成果，进行学习评价及反馈。

3.3.1 平台支持型VR教育资源案例

我们以“101VR室内设计教学平台”为例详细进行介绍。“101VR室内设计教学平台”将VR技术与室内设计相结合，提供室内设计专业教学、实训整体解决方案。平台核心功能包括习作鉴赏、案例分发、师生交互、智能备课、自动作业收发以及“所见即所得”的可视化设计呈现，同时可将作品一键转换为虚拟现实全景模式，通过VR设备创造虚拟体验空间，如图3所示。

图3 “101VR室内设计教学平台”资源界面展示

学习者通过沉浸式体验逼真的室内装修效果，激发创造性思维，更好地理解和掌握设计技能。平台以U3D引擎为基础底层，支持一键导入户型图，生成3D房间模型，实时渲染可快速生成装修成品图。内含3D资源，支持独立调用、再组装，并且可对单一的建装资源做进一步的个性化设计，实现资源的复用。可以快速实现房屋3D模型的建立，所有的建装资源支持独立调用、再组装和对单一的建装资源的个性化设计。

平台所有的3D设计方案都一键转为虚拟现实全景模式，只需戴上VR眼镜，即可在虚拟现实的设计全景中，进行真实的空间合理化布局检验、交通流线检验等，能够直观地了解建筑结构与图纸施工效果，快速预见问题。

平台提供丰富的案例资源，案例与课程搭配，直观呈现设计理念，快速掌握设计技能。平台提供系统的配套教材知识体系、覆盖综合性的教学与实训功能，101教育PPT、作业系统，IM实现课堂内外无缝连接；案例分享便于示范教学，激发创作灵感；实训与作业让学习向注重实践、注重动手、注重过程、注重创意实现方面发展。

教师在进行室内设计授课时，可以运用平台提供的大量不同类型的资源作为案例进行讲解，并可以选择将案例输出到VR进行360度全景的体验，可以更好地让学习者理解授课内容。学习者可以通过平台进行作品分享，对应班级组织成员可以进行查看和鉴赏。

3.3.2 平台支持型VR教育资源设计

此类VR教育资源具有平台支持性，所以应包含多种形式教学资源库及实用教学工具，可开放、共享、兼容多种教学设备和教学资源，包括移动设备、头戴式VR设备、MR设备、桌面式交互设备、白板、大屏等。VR平台应集成多种硬件及AI系统，让师生会聚于VR中，营造趋近真实的互动体验，充分发挥VR的教学支撑作用。研究发现教育平台的感知易用性对感知有用性呈正相关，开发VR教育平台时，要考虑平台的易用性，注重学习者的操作难度，满足学习者沉浸感的需求，提供沉浸式场景。提供充足的虚拟场景库、虚拟物件库、训练考核库等资源，可以实现考核网络化。建立个人档案，为学习者的精细化管理提供依据。

4 VR技术在开放教育资源应用中的困境

4.1 较高的技术挑战

相较于其他教育资源，VR教育资源设计和开发的门槛高，对设备的依赖性较大。VR资源需要头显的分辨率至少要达到 4k，有的甚至有更高的画质要求，当分辨率不足够大时，会在一定程度上产生眩晕感，影响沉浸式的体验感；很多VR资源外表看起来很吸引人，但内容却不如人意，其主要原因就是设计者在教育教学理论积累和经验方面的欠缺。因此，VR教育资源的开发，除了需要开发者有很强的创新能力和设计能力，还要具备一定的教育教学学科背景。

4.2 对教师提出新要求

VR教育资源在教学过程中呈现独有的优势，但在虚拟环境中，会提供多样的功能以及丰富的场景，这些可能会成为学习者的干扰信息，影响学习者对于学习内容的注意。同时VR技术具有沉浸性的体验感，往往包含了多元信息传送方式，比如说在一个虚拟场景中会通过声音、文字、图像、力感等多种方式传达教学信息。但是多渠道的信息传递和多感官刺激，容易对学习者造成认知负荷，所以在进行教学设计的时候，教师要特别注意避免信息冗余和注意分散等问题。在活动设计中要特别注意对学生注意力保持的设计。同时在VR教育资源的使用中，教师较难监控教育过程的开展，所以在整个过程中，如何时时监管学习者的行为，形成有效的形成性评价，也需要教师进行引导和干预。

同时，应用VR技术开展教育教学，本来应用性就极强，对教师的素质要求很高，而目前还缺乏系统有效的VR技术培训，而培养一批既懂VR技术，又擅长开放教育教学模式的教师将成为关键。

4.3 资源评价缺失

在开放教育VR资源建设中，对什么是优质的VR教育资源，如何长期、可持续地推进VR教育资源的建设，如何评价VR教育资源建设带来的成效等问题尚没有明确的标准和规划。标准的缺失导致质量得不到应用的保障，这样就无法客观、全面地对VR教育资源的质量进行评价。导致目前VR教育资源建设质量参差不齐，不能更好地服务于学习者需求。

4.4 比较高昂的费用支出

要将VR技术投入开放教育中使用，那就必然要购买相应的VR产品和设备，这将直接导致教学成本的提高。除了硬件价格昂贵外，头戴设备等的兼容还比较差，有时同一品牌的产品对于不同应用都存在不兼容的现象。同时，绝大部分的VR产品的功能与价格成正比关系，即功能越完善，成本也越高，而价格相对较低的VR产品，其性能也比较差，导致学生体验也不好[7]。

5 结束语

虽然目前VR在教育资源建设的应用上还存在一些困难，但是VR技术在教育中的作用和优势愈加凸显。未来是智能教育时代，技术支持高质量的教育教学是必然趋势。将VR虚拟现实技术与开放教育资源建设深度融合，开发出符合学习者特色、满足学习者需求的教学资源，将是“VR+开放教育”的主要着力点。相信VR教育资源将促使学生主动获取更多的知识与技能，使开放教育能够得到更长远发展。