虛擬現(xiàn)實技術(shù)在現(xiàn)代教育中的運用
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摘要：隨著現(xiàn)代信息技術(shù)及多媒體技術(shù)的快速發(fā)展，各種各樣的以現(xiàn)代信息技術(shù)為依托的新型教育模式應(yīng)運而生。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的產(chǎn)生為現(xiàn)代教育的信息化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展翻開了一個新的篇章。本文在闡述虛擬現(xiàn)實技術(shù)概念及特征的基礎(chǔ)上，從教學(xué)理念、教學(xué)手段、教學(xué)內(nèi)容三個方面探討了虛擬現(xiàn)實技術(shù)在現(xiàn)代教育中應(yīng)用的優(yōu)勢及作用。最后，嘗試性提出了虛擬現(xiàn)實技術(shù)在現(xiàn)代教育中應(yīng)用的具體方式，為推進虛擬現(xiàn)實技術(shù)在現(xiàn)代教育領(lǐng)域的應(yīng)用提供有益的參考。
關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實技術(shù)；現(xiàn)代教育；遠程教育；模擬實驗
傳統(tǒng)的教育模式已經(jīng)難以適應(yīng)和滿足現(xiàn)代教育的需求。單一的紙質(zhì)教材、單向灌輸?shù)慕虒W(xué)方式以及精工細作的教學(xué)內(nèi)容嚴重影響教學(xué)質(zhì)量的提升。在此形勢下，教育教學(xué)的改革與創(chuàng)新已經(jīng)勢在必行。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的出現(xiàn)及應(yīng)用很好地解決了這些問題。實踐證明，基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的教育教學(xué)方式更加適應(yīng)大容量快節(jié)奏的現(xiàn)代教育需求[1]。因而，廣大教育工作者以及相關(guān)領(lǐng)域研究者對虛擬現(xiàn)實技術(shù)高度重視，并大力推廣其在教育教學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用。
1虛擬現(xiàn)實技術(shù)的概念及特征
虛擬現(xiàn)實技術(shù)指的是利用計算機技術(shù)為學(xué)習(xí)者提供一個可感知的三維空間虛擬環(huán)境，在這個虛擬環(huán)境中學(xué)習(xí)者可以通過視覺、聽覺、觸覺相互感知和交流，產(chǎn)生一種身臨其境之感。虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為一種以強化人機交互功能為目標的技術(shù)，整合了計算機圖形學(xué)、人機接口技術(shù)、人工智能技術(shù)以及可視化技術(shù)等多種先進技術(shù)的優(yōu)勢，可以讓學(xué)習(xí)者沉浸在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中，激發(fā)學(xué)習(xí)動機、增強學(xué)習(xí)體驗、實現(xiàn)情境學(xué)習(xí)[2-3]。具體而言，虛擬現(xiàn)實技術(shù)有三大突出特征：1）交互性，可以實現(xiàn)與自然技能十分接近的交互；2）沉浸感，可以使學(xué)習(xí)者完全沉浸在虛擬現(xiàn)實世界中；3）想象性，可以使現(xiàn)實世界中許多不存在或不易被察覺到的情景變得具體化。
2虛擬現(xiàn)實技術(shù)在現(xiàn)代教育中應(yīng)用的優(yōu)勢及作用
虛擬現(xiàn)實技術(shù)在現(xiàn)代教育中的應(yīng)用具有很大的優(yōu)勢及作用。基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的現(xiàn)代教育教學(xué)模式中的學(xué)習(xí)情境、學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)工具都進行了全面的革新。這種革新能夠有效作用于傳統(tǒng)的教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容以及教學(xué)手段，使之更加完善，更加符合現(xiàn)代教育的發(fā)展趨勢和要求[4]。需要強調(diào)的是，這種優(yōu)勢及作用是不會“自我發(fā)揮”的，需要教師不斷充實自我，積極接受虛擬現(xiàn)實技術(shù)，更新教學(xué)理念、改進教學(xué)手段、拓展教學(xué)內(nèi)容，全面提高自身的綜合素質(zhì)能力。
2.1發(fā)展教學(xué)理念
我國現(xiàn)有的教育理念與國際上先進的教學(xué)理念相比，還存在很大的差距。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用有助于促進我國教學(xué)理念的發(fā)展，實現(xiàn)與國際先進教學(xué)理念的接軌。這無論是對我國教育事業(yè)可持續(xù)發(fā)展而言，還是對推進社會主義精神文明建設(shè)而言，都具有重大現(xiàn)實意義[5]。從教師的角度講，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的輔助教學(xué)功能是十分強大的。這就意味著教師要徹底打破傳統(tǒng)的“三中心”教學(xué)理念，鼓勵學(xué)生自主學(xué)習(xí)與探索。但是，這并不等同于教師在教學(xué)過程中的作用減弱了。相反，基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的教育教學(xué)模式對教師的綜合素質(zhì)能力提出了更高的要求，教師不僅要學(xué)習(xí)虛擬現(xiàn)實技術(shù)的操作與應(yīng)用，還要扮演講解者、引導(dǎo)者、組織者多重角色。虛擬現(xiàn)實技術(shù)對教師素質(zhì)能力提出的要求與建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論、情境學(xué)習(xí)理論、自我導(dǎo)向?qū)W習(xí)理論等并無本質(zhì)區(qū)別[6][7]。由此可見，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在現(xiàn)代教育中的應(yīng)用能夠幫助教師發(fā)展教學(xué)理念，逐步與世界先進的教學(xué)理念接軌。
2.2改進教學(xué)手段
長期以來，我國教育采用以教師講解為主的教學(xué)手段，形式單一、枯燥，很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用為我國傳統(tǒng)教學(xué)手段的改進提供了有利契機。在虛擬現(xiàn)實技術(shù)的支持下，可以充分實現(xiàn)人機交互，使學(xué)生的視覺、聽覺、觸覺等多種感官都參與到學(xué)習(xí)過程中。同時，應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，還可以使小組合作學(xué)習(xí)方式、競賽學(xué)習(xí)方式、在線學(xué)習(xí)方式等先進的教學(xué)方式和手段得到更高效的利用，激發(fā)學(xué)生全面參與、全程參與，實現(xiàn)教學(xué)手段的新突破。
2.3拓展教學(xué)內(nèi)容
受傳統(tǒng)教學(xué)模式的桎梏，教育機構(gòu)設(shè)定的教學(xué)內(nèi)容是十分有限的。比如，教材內(nèi)容以文字形式為主，很多東西難以表達出來。又比如，實驗教學(xué)中，基于對學(xué)生人身安全、實驗成本以及其他各種因素的考慮，僅設(shè)定了一小部分安全系數(shù)高、易操作、實驗成本低的實驗項目。這不僅不利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和動機，還很容易造成知識點斷裂的問題，影響學(xué)生學(xué)習(xí)的系統(tǒng)性、全面性和深入性。虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有想象性的特征，可以把課本無法表達的教學(xué)內(nèi)容通過夸張的形式變得具體化。另外，虛擬現(xiàn)實技術(shù)中的實驗設(shè)備都是虛擬的，而且可以重復(fù)利用，不用考慮成本的問題?？傊?，在虛擬現(xiàn)實技術(shù)的幫助下，可以把許多教材中難以表達或?qū)嶒炛须y以操作的教學(xué)內(nèi)容具體、形象地展現(xiàn)出來，實現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容全面化、多元化，從而為學(xué)生學(xué)習(xí)提供更豐富、更完善的教學(xué)資源。
3虛擬現(xiàn)實技術(shù)在現(xiàn)代教育中應(yīng)用的具體方式
3.1自主探索學(xué)習(xí)
傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)模式受到時間和空間的嚴格限制，學(xué)生只能在固定的時間和地點接受知識傳授。在現(xiàn)代信息技術(shù)的支持下，學(xué)習(xí)者可以通過網(wǎng)絡(luò)平臺接受在線教育，但是這種在線教育的人機交互性比較差，很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在現(xiàn)代教育中的應(yīng)用可以加強人機交互，促進學(xué)生以更大的熱情投入到自主學(xué)習(xí)和研究探索中。無論是在校學(xué)生，還是已經(jīng)步入職場的人，或是接受特殊教育的殘障人士，只要有學(xué)習(xí)需求和動機，都可以通過網(wǎng)絡(luò)平臺自主探索學(xué)習(xí)。而且，在虛擬現(xiàn)實技術(shù)的支持下，學(xué)習(xí)者在網(wǎng)絡(luò)平臺的學(xué)習(xí)體驗就如同“身臨其境”一般。學(xué)習(xí)者可以跟著自己的學(xué)習(xí)思路和學(xué)習(xí)進度自主選擇教學(xué)內(nèi)容、會話情境，大大提高學(xué)習(xí)的自主性，進而提高學(xué)習(xí)效率。
3.2模擬實驗學(xué)習(xí)
現(xiàn)實的實驗中有一些高成本或高危性的實驗是很難操作的，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以把實際生活中許多不便操作或不易操作的實驗演示出來，讓一些深奧晦澀的知識直觀地呈現(xiàn)在學(xué)生面前。這不僅有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且還有助于引導(dǎo)學(xué)生在“逼真”的學(xué)習(xí)場景中加深對知識的理解和記憶。比如，化學(xué)實驗中一些容易引發(fā)爆炸、燃燒等現(xiàn)象的實驗，在學(xué)校實驗室是不具備操作條件的，通過模擬實驗學(xué)習(xí)可以讓學(xué)生“親自見證”這些高危實驗過程及現(xiàn)象。又比如，地理中的地殼運用，僅憑教師的講解，學(xué)生是很難理解地殼運動的原理的，在模式實驗室中可以把整個地殼運動的過程清晰、直觀地展現(xiàn)出來，讓學(xué)生通過對地殼運動現(xiàn)象的觀察深刻理解這一知識點的本質(zhì)內(nèi)容。同時，對于一些實驗內(nèi)容比較復(fù)雜，需要長時間觀察和記錄的實驗，可以通過虛擬實驗室“精剪”出來，不僅讓學(xué)習(xí)者直觀地看到了整個實驗變化過程，而且還大大節(jié)省了學(xué)生的學(xué)習(xí)時間和精力，提高學(xué)習(xí)效果。目前，虛擬實驗室在物理化等理科教育中的應(yīng)用已經(jīng)逐漸普及，并取得良好的教學(xué)效果。但其在文科領(lǐng)域中的應(yīng)用還很少，有待相關(guān)領(lǐng)域研究者繼續(xù)發(fā)掘虛擬現(xiàn)實技術(shù)的潛力，加大其在文科教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。另外不得不提的是，虛擬軍事訓(xùn)練場，其與虛擬實驗室的功能大同小異，通過構(gòu)建真實的對抗訓(xùn)練環(huán)境，對學(xué)習(xí)者進行軍事訓(xùn)練。
3.3遠程開放學(xué)習(xí)
遠程開放教育主要以現(xiàn)代信息技術(shù)及多媒體技術(shù)為教學(xué)手段，其改變了傳統(tǒng)的教師面授的教學(xué)模式，受教育者通過衛(wèi)星電視直播或計算機網(wǎng)絡(luò)進行學(xué)習(xí)，也可以下載教學(xué)資料自學(xué)。經(jīng)過長時間探索，我國的遠程開放教育已經(jīng)頗具規(guī)模，并取得了一定的成效。但是目前遠程開放教育教學(xué)資源管理平臺和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源整體上種類繁多、形態(tài)各異、互不兼容。因此，政府相關(guān)部門和遠程開放教育機構(gòu)致力于“云計算”整合技術(shù)的研究，吸收和引進國內(nèi)外先進的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，優(yōu)化遠程開放教育教學(xué)資源體系結(jié)構(gòu)。筆者認為，在遠程開放教育教學(xué)資源整合研究中應(yīng)加大對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究和應(yīng)用。隨著互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展，計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)水平大幅度提高，人們對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的數(shù)量和性能方面的要求也明顯提高。然而，由于開發(fā)新的服務(wù)器造價過高，開發(fā)起來并不容易。面對人們對計算機資源高計算水平的迫切需求，利用現(xiàn)有計算機資源的合作來代替開發(fā)高端服務(wù)器的獨立計算能力的想法產(chǎn)生，這就是最初的“云計算”理念。云計算技術(shù)的工作原理是把數(shù)量龐大的中端、甚至低端的計算機資源組合到一起，形成一個規(guī)模巨大的資源服務(wù)平臺。用戶不用考慮資源服務(wù)平臺內(nèi)部是如何運作的，只需要訪問客戶端就能獲取相應(yīng)的資源服務(wù)。而且可以按使用費用隨時獲取，靈活性強、成本低廉。但是，“云計算”技術(shù)的應(yīng)用只能提高遠程教育資源的開放性和共享性，并不能改變教學(xué)資源的形式。基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的遠程開放教育系統(tǒng)可以進一步豐富教學(xué)資源形式，學(xué)習(xí)者可以通過多種感官感知虛擬世界中的一切，從而完全沉浸在這個虛擬世界中，強化學(xué)習(xí)體驗，提高學(xué)習(xí)效果。
4結(jié)語
虛擬現(xiàn)實技術(shù)在現(xiàn)代教育中的應(yīng)用優(yōu)勢是有目共睹的。隨著現(xiàn)代教育的信息化、智能化發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)必將得到更廣泛的應(yīng)用?？梢灶A(yù)見，在未來的教育教學(xué)領(lǐng)域中，虛擬實驗室、虛擬教室、虛擬訓(xùn)練場等基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的教育模式將發(fā)揮巨大的潛力，為現(xiàn)代教育發(fā)展注入全新的活力。但是，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在現(xiàn)代教育領(lǐng)域中的應(yīng)用并不是一蹴而就的，需要經(jīng)過長期的探索與實踐。尤其是對虛擬現(xiàn)實技術(shù)在現(xiàn)代教育中應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，比如動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)、三維圖形生成技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)等，還有待進一步改進和完善。這需要相關(guān)領(lǐng)域研究者加強研究。同時，廣大教育工作者也要與時俱進，以虛心的態(tài)度認真學(xué)習(xí)和應(yīng)用這一新技術(shù)。
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作者：任海鵬 鄧春紅 孫宇 單位：安徽機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系統(tǒng)