虚拟现实技术在教育教学中的应用及思考.pdf

1、（ ） 91教 育 技 术2 0 1 2 年 第 8 期 下 半 月 软 件 导 刊收 稿 日 期 ： 2012-06-29作 者 简 介 ： 余 卫 红 （ 1987-） ， 女 ， 江 西 南 昌 人 ， 西 华 师 范 大 学 教 育 学 院 教 育 技 术 专 业 2010 级 硕 士 研 究 生 ， 研 究 方 向 为 计 算 机 教 育 应 用 ； 陈 超 （ 1985-） ， 女 ， 河 北唐 山 人 ， 西 华 师 范 大 学 教 育 学 院 教 育 技 术 专 业 2010 级 硕 士 研 究 生 ， 研 究 方 向 为 计 算 机 教 育 应 用 。虚 拟 现 实 技 术

2、在 教 育 教 学 中 的 应 用 及 思 考余 卫 红 ， 陈 超（ 西 华 师 范 大 学 教 育 学 院 ， 四 川 南 充 637002）摘 要 ： 虚 拟 现 实 技 术 能 够 解 决 学 习 中 情 景 化 及 自 然 交 互 性 的 要 求 ， 从 而 在 教 育 领 域 内 有 着 巨 大 的 应 用 前 景 。 阐述 了 虚 拟 现 实 技 术 的 概 念 以 及 在 教 育 中 的 应 用 特 点 和 对 虚 拟 现 实 在 教 学 中 的 展 望 。关 键 字 ： 虚 拟 现 实 技 术 ； 教 学 应 用 ； 教 学 辅 助 手 段 ； 灵 境 技 术中 图 分 类

3、号 ： G434 文 献 标 识 码 ： A 文 章 编 号 ： 1672-7800（ 2012） 08-0091-02将 虚 拟 现 实 技 术 引 入 教 学 中 是 虚 拟 现 实 技 术 应 用 的 重 要 领域 ， 也 是 教 学 辅 助 手 段 改 革 的 一 个 重 要 方 面 。 虚 拟 现 实 是 一 技术 领 域 ， 人 们 能 利 用 它 仿 造 出 虚 拟 环 境 并 能 身 临 其 中 。 教 育 过程 中 很 重 要 的 一 个 过 程 就 是 呈 献 知 识 信 息 ， 而 虚 拟 现 实 在 呈 献知 识 信 息 方 面 有 着 独 特 的 优 势 ， 它 可

4、以 在 广 泛 的 科 目 领 域 提 供无 限 的 体 验 ， 从 而 加 速 和 巩 固 学 生 学 习 知 识 的 过 程 ， 由 此 看 来 它在 教 育 领 域 有 着 十 分 广 泛 的 应 用 前 景 。1 虚 拟 现 实 技 术 的 相 关 概 念虚 拟 现 实 （ VR-Virtual Reality） 技 术 ， 又 称 灵 境 技 术 ， 是 上 世纪 90 年 代 兴 起 的 一 门 崭 新 的 综 合 性 信 息 技 术 。 它 主 要 利 用 计算 机 图 形 学 、 仿 真 技 术 、 多 媒 体 技 术 、 人 工 智 能 技 术 、 计 算 机 网络 技 术

5、、 并 行 处 理 技 术 和 多 传 感 器 技 术 ， 生 成 逼 真 的 三 维 虚 拟 环境 ， 通 过 多 种 传 感 器 和 可 视 化 设 备 ， 将 画 面 、 声 音 等 作 用 于 用 户的 视 觉 、 听 觉 、 触 觉 ， 使 用 户 融 入 这 种 特 殊 的 环 境 中 ， 并 能 够 通过 语 言 、 手 势 等 自 然 的 方 式 与 之 进 行 实 时 交 互 ， 创 建 了 一 种 适 人化 的 多 维 信 息 空 间 1 。 虚 拟 现 实 的 基 本 特 征 可 归 纳 为 3 个 ： 即沉 浸 性 、 交 互 性 和 构 想 性 。沉 浸 性 （ Im

6、mersion） ， 又 称 临 场 感 或 存 在 感 ， 是 指 用 户 全 身 心投 入 到 计 算 机 创 建 的 三 维 虚 拟 环 境 中 ， 利 用 一 切 感 觉 去 体 会 该环 境 ， 让 用 户 如 同 在 现 实 世 界 中 的 感 觉 一 样 。 在 此 情 境 下 用 户可 以 更 清 晰 地 观 察 所 研 究 的 对 象 ， 将 抽 象 的 数 据 信 息 变 换 为 现实 的 体 验 ， 从 中 获 取 知 识 2 。交 互 性 （ Interactivity） 是 指 用 户 对 该 环 境 下 的 物 体 的 可 操 作程 度 和 真 实 环 境 下 的

7、操 作 程 度 是 相 当 的 。 用 户 用 手 去 抓 取 虚 拟环 境 下 的 物 体 ， 能 感 受 到 该 物 体 的 存 在 ， 有 质 感 有 质 量 ， 并 且 会随 着 你 的 手 的 移 动 而 移 动 。构 想 性 （ Imagination） ， 又 称 为 自 主 性 ， 是 指 虚 拟 现 实 向 使 用者 提 供 了 发 挥 想 象 力 的 机 制 。 人 可 能 从 定 性 和 定 量 综 合 的 集 成环 境 中 得 到 感 性 和 理 性 的 认 识 ， 拓 宽 了 人 类 认 知 范 围 ， 从 而 可 深化 概 念 ， 促 进 学 习 效 果 的 提 高

8、 。2 虚 拟 现 实 在 教 育 教 学 中 的 具 体 应 用 及 教 学 变 化2.1 虚 拟 现 实 在 教 学 中 的 具 体 应 用教 育 领 域 常 见 的 应 用 主 要 有 ： 建 筑 工 程 学 ， 可 通 过 虚 拟 现 实的 交 互 性 来 对 未 完 工 的 办 公 大 楼 进 行 参 观 ， 以 激 发 灵 感 ； 在 考 古学 方 面 ， 可 以 参 观 我 们 不 可 能 到 达 的 世 界 博 物 馆 、 研 究 一 些 私 人的 收 藏 绘 画 或 者 雕 塑 ； 在 医 学 教 育 方 面 ， 由 于 学 生 的 数 目 不 少 ，真 实 的 尸 体 又

9、有 限 ， 学 生 可 以 通 过 虚 拟 的 试 题 来 学 习 解 剖 学 ， 对于 是 医 生 ， 在 做 手 术 之 前 可 以 利 用 一 些 实 际 的 数 据 ， 对 该 手 术 进行 周 密 计 划 ； 导 游 培 训 ， 在 虚 拟 环 境 下 ， 让 学 生 参 观 世 界 各 地 的风 景 名 胜 ， 并 对 这 些 名 胜 的 历 史 、 特 点 、 文 化 内 涵 等 进 行 学 习 ；生 物 教 育 ， 学 生 可 以 操 纵 分 子 模 型 ， 观 察 药 物 的 复 杂 结 构 ； 历 史教 育 ， 学 生 可 以 回 到 古 代 ， 感 受 古 代 的 文 化

10、 气 息 ； 社 会 科 学 ， 参观 世 界 各 地 的 社 会 风 情 ， 了 解 各 地 生 活 形 态 与 习 性 。（ 1） 虚 拟 教 学 。 利 用 虚 拟 现 实 技 术 不 但 可 以 方 便 教 师 的 教学 而 且 可 以 为 学 生 提 供 丰 富 的 学 习 资 料 和 不 同 的 学 习 方 式 。 譬如 在 理 科 的 数 理 化 当 中 ， 有 些 概 念 是 非 常 抽 象 的 ， 如 果 仅 仅 凭 借教 师 的 口 头 讲 授 ， 不 但 教 师 讲 授 困 难 而 且 学 生 学 起 来 也 很 费 劲 ，教 学 效 果 不 好 。 在 虚 拟 环 境

11、下 ， 教 师 和 学 生 可 以 一 起 观 察 关 键性 的 问 题 大 大 提 高 了 学 生 的 理 解 能 力 和 掌 握 能 力 。（ 2） 虚 拟 实 验 或 实 训 。 我 们 可 以 利 用 虚 拟 现 实 技 术 ， 建 立 各种 虚 拟 实 验 室 ， 根 据 教 学 内 容 的 更 新 ， 可 以 适 当 更 换 虚 拟 设 备 ，这 样 既 节 约 了 成 本 又 使 实 践 训 练 能 够 及 时 跟 上 技 术 的 发 展 ， 学技 术 应 用（ ） 教 育 技 术2 0 1 2 年 第 8 期 下 半 月 软 件 导 刊92生 在 生 动 、 逼 真 的 学 习

12、 环 境 下 ， 学 习 过 程 得 到 了 加 速 和 巩 固 。（ 3） 虚 拟 仿 真 校 园 。 相 比 传 统 的 远 程 教 育 ， 虚 拟 现 实 技 术 能够 提 供 生 动 、 逼 真 的 学 习 环 境 ， 学 生 能 够 作 为 一 名 参 与 者 ， 在 虚拟 环 境 中 扮 演 一 个 角 色 ， 这 对 调 动 学 生 的 学 习 积 极 性 ， 突 破 教 学的 重 点 、 难 点 ， 让 学 生 成 为 真 正 的 学 习 主 人 起 到 积 极 的 作 用 。 虚拟 现 实 应 用 于 教 育 是 教 育 技 术 发 展 的 一 个 飞 跃 ， 它 营 造 了

13、 “ 自 主学 习 ” 的 环 境 。2.2 虚 拟 现 实 给 教 学 带 来 的 变 化在 虚 拟 现 实 技 术 产 生 之 前 ， 人 类 的 学 习 主 要 有 两 种 方 式 ： 一是 通 过 实 践 作 用 于 现 实 世 界 进 行 学 习 ； 二 是 利 用 课 本 、 课 堂 进 行间 接 学 习 。 随 着 现 代 信 息 技 术 的 飞 速 发 展 ， 虚 拟 现 实 技 术 的 出现 为 人 类 提 供 了 一 个 全 新 的 “ 第 三 世 界 ” 虚 拟 世 界 ， 使 得 人 们 能够 更 好 地 认 识 世 界 ， 改 造 世 界 。虚 拟 现 实 系 统 作

14、 为 一 种 全 新 意 义 上 的 教 学 媒 体 应 用 于 教育 ， 将 促 使 教 育 形 态 、 教 育 环 境 、 教 学 过 程 的 基 本 要 素 及 相 互 关系 发 生 重 大 变 化 ， 使 教 师 、 学 生 、 媒 体 之 间 的 关 系 形 成 结 构 。（ 1） 教 学 观 念 的 变 化 。 传 统 的 教 学 主 要 是 以 教 师 为 中 心 ， 学生 是 处 于 被 动 的 学 习 环 境 ， 教 学 内 容 、 结 构 、 教 学 方 法 都 是 由 教师 决 定 的 ， 现 代 化 的 教 学 方 法 要 求 改 变 传 统 的 教 学 方 式 ， 以

15、 教 师为 主 导 ， 学 生 为 主 体 。 虚 拟 现 实 技 术 有 利 于 创 造 以 学 生 为 中 心的 个 别 化 教 学 的 环 境 ， 以 教 师 为 中 心 的 授 课 形 式 将 会 被 改 变 ， 学生 是 学 习 的 主 人 得 以 真 正 实 现 。 以 现 代 教 育 思 想 为 指 导 ， 虚 拟现 实 技 术 引 入 教 学 ， 使 用 虚 拟 技 术 对 教 学 方 法 进 行 改 进 ， 有 良 好的 人 机 交 互 功 能 ， 学 生 被 动 的 学 习 变 为 主 动 的 学 习 ， 由 “ 要 我 学 ”转 变 为 “ 我 要 学 ” ， 教 学 观

16、 念 发 生 了 极 大 的 变 化 3 。（ 2） 教 学 内 容 的 变 化 。 由 于 虚 拟 技 术 的 介 入 ， 教 学 内 容 不 论是 外 在 形 式 还 是 内 在 结 构 都 发 生 了 翻 天 覆 地 的 变 化 。 从 外 在 形式 来 看 ， 由 原 来 的 录 音 、 录 像 转 变 为 现 在 的 具 有 人 机 交 互 功 能 的计 算 机 ； 对 于 抽 象 的 概 念 和 原 理 来 说 ， 不 但 可 以 用 文 字 和 语 音 描述 还 可 以 用 逼 真 的 实 景 来 展 现 ； 另 外 可 以 借 助 计 算 机 的 强 大 功能 ， 对 于 一

17、些 具 有 危 险 性 的 场 所 或 者 实 现 不 了 的 事 件 ， 进 行 虚 拟仿 真 。 传 统 教 学 中 知 识 内 容 的 结 构 及 顺 序 都 是 以 教 为 主 的 传 统教 材 ， 教 学 顺 序 性 很 强 ， 在 教 师 的 讲 授 下 学 生 获 得 正 确 的 概 念 、原 理 。 这 种 形 式 下 的 学 习 ， 灵 活 性 不 强 ， 难 以 促 使 学 生 从 已 建 立的 知 识 结 构 向 新 知 识 结 构 迁 移 。 学 生 在 使 用 虚 拟 现 实 技 术 后 ，可 以 接 近 人 类 认 知 特 点 的 方 式 去 组 织 教 学 内 容

18、 、 构 建 知 识 结 构 ，这 种 组 织 信 息 的 方 式 是 非 线 性 结 构 。 虚 拟 现 实 技 术 可 以 将 信 息的 组 织 形 式 与 信 息 内 容 呈 现 的 多 样 性 、 复 杂 性 有 效 结 合 起 来 ， 为学 生 提 供 了 一 种 动 态 、 开 放 的 结 构 化 认 知 形 式 ， 其 中 既 包 括 学 科的 基 本 内 容 ， 又 包 括 学 科 内 容 之 间 的 逻 辑 关 系 ， 既 注 重 知 识 的 形成 过 程 ， 又 注 重 知 识 的 结 构 ， 凭 借 我 们 的 视 觉 、 听 觉 、 触 觉 信 息 的协 调 作 用 ，

19、 使 教 学 内 容 的 统 一 与 灵 活 性 得 到 了 完 善 的 结 合 ， 更 有利 于 学 生 思 维 的 扩 散 ， 在 原 有 的 知 识 基 础 上 ， 获 得 新 知 识 3 。（ 3） 教 学 手 段 的 变 化 。 教 学 手 段 影 响 着 教 学 效 果 ， 是 实 现 教学 目 的 和 教 学 任 务 的 有 效 保 证 。 虚 拟 现 实 技 术 的 出 现 使 得 教 学手 段 更 科 学 化 、 更 高 效 益 ， 能 提 供 直 观 的 、 形 象 的 多 重 感 官 刺 激的 视 听 觉 材 料 。 虚 拟 技 术 为 学 生 提 供 生 动 活 泼 的

20、 直 观 形 象 思 维材 料 ， 让 学 生 观 察 到 在 现 实 生 活 中 不 能 观 察 到 的 事 物 。 与 传 统媒 体 相 比 ， 虚 拟 现 实 技 术 更 有 利 于 学 生 的 分 析 总 结 能 力 的 提 高 ，构 建 多 学 科 交 叉 的 知 识 网 络 ， 有 利 于 学 生 知 识 的 获 取 和 增 长 ， 培养 有 创 新 意 识 的 综 合 型 人 才 3 。3 虚 拟 现 实 技 术 在 教 育 应 用 中 存 在 的 问 题 及 展 望3.1 存 在 的 问 题（ 1） 虚 拟 现 实 的 效 果 还 有 待 加 强 。 我 们 现 阶 段 的 虚

21、 拟 现 实的 表 示 更 多 地 在 于 几 何 ， 表 示 方 面 缺 乏 逼 真 行 为 模 型 ， 在 感 知 方面 ， 虚 拟 现 实 技 术 研 究 较 多 为 听 觉 ， 在 触 觉 方 面 关 注 较 少 ， 真 实性 与 实 时 性 有 待 进 一 步 加 强 ， 其 虚 拟 的 效 果 还 存 在 不 足 。 与 真实 世 界 相 比 ， 虚 拟 世 界 在 真 实 程 度 方 面 还 有 差 距 ， 无 法 提 供 真 实环 境 的 全 部 感 官 刺 激 ， 也 无 法 达 到 如 真 实 世 界 的 真 实 程 度 。（ 2） 硬 件 环 境 不 足 。 虽 然 在

22、成 本 方 面 有 所 降 低 ， 但 是 虚 拟 现实 技 术 相 关 的 设 备 在 使 用 起 来 还 存 在 不 方 便 、 效 果 不 佳 等 问 题 。有 些 设 备 还 是 相 对 昂 贵 且 设 备 的 使 用 局 限 性 也 很 大 ， 需 要 使 其轻 巧 化 和 降 低 成 本 。 在 未 来 教 育 中 会 与 传 统 教 学 进 一 步 融 合 ，且 因 其 强 大 的 沉 浸 度 、 交 互 性 、 多 感 知 的 人 性 化 特 性 必 将 对 教育 领 域 产 生 深 远 的 影 响 获 得 更 加 广 阔 的 应 用 和 发 展 前 景 。（ 3） 社 会 性

23、 障 碍 。 人 的 社 会 性 决 定 了 人 与 人 之 间 交 往 的 重要 性 ， 社 会 交 往 的 需 求 有 时 必 须 是 面 对 面 的 ， 即 使 是 通 过 计 算 机这 种 媒 介 参 与 社 会 活 动 其 交 往 也 仍 然 存 在 不 足 。 由 于 计 算 机 辅助 教 育 的 飞 速 发 展 和 先 进 交 往 手 段 逐 渐 出 现 ， 使 得 我 们 对 这 个问 题 的 看 法 越 来 越 明 确 ， 越 来 越 理 性 。 我 们 说 ， 人 机 交 往 并 不 能完 全 替 代 直 接 交 往 ， 长 时 间 操 作 计 算 机 导 致 学 生 社

24、会 交 往 能 力下 降 ， 这 种 情 况 应 予 以 警 惕 。3.2 展 望虚 拟 现 实 作 为 教 育 技 术 的 核 心 内 容 之 一 ， 与 其 它 教 学 方 式的 根 本 区 别 就 是 虚 拟 现 实 技 术 打 破 了 传 统 的 单 向 传 授 知 识 的 教学 模 式 ， 能 够 开 导 学 生 思 维 的 流 畅 性 、 变 通 性 和 精 细 性 ， 为 培 养学 生 的 发 散 思 维 提 供 了 丰 富 的 资 源 和 便 利 的 空 间 ， 将 学 生 的 学习 、 练 习 及 自 我 测 验 结 合 起 来 ， 形 成 一 种 生 动 、 活 泼 、 积

25、 极 的 教 学方 式 ， 这 是 任 何 一 种 教 学 都 不 可 替 代 的 。 虽 然 有 这 么 多 优 势 ， 但是 虚 拟 现 实 还 存 在 一 定 的 问 题 ， 如 果 能 把 上 面 提 到 的 虚 拟 现 实的 不 足 之 处 加 以 改 进 ， 虚 拟 现 实 在 教 育 教 学 中 的 作 用 将 会 发 挥更 大 的 作 用 。参 考 文 献 ： 1 百 度 .虚 拟 现 实 技 术 EB/OL http： / 2 赵 士 滨 .虚 拟 现 实 技 术 进 入 高 校 教 学 的 研 究 与 实 现 J .电 化 教 育 研 究 ，2001（ 2） 3 梁 琨 ， 黄 小 丽 虚 拟 现 实 技 术 在 教 育 中 的 应 用 探 讨 J 软 件 导 刊 .教 育技 术 ， 2008（ 3） .（ 责 任 编 辑 ： 邬 江 华 ）技 术 应 用