虛擬技術教育環境范文

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自20世紀80年代以來，以多媒體技術、人機接口技術、傳感技術和人工智能等學科為支撐的虛擬現實技術迅猛發展，逐漸滲透到經濟、文化、軍事以及人們生活等諸多方面，成為近年來國際科技界關注的一個熱點。同時，虛擬現實技術也以極快的速度滲入教學領域，為教育的發展提供了一個極好的契機。對于教育事業來說，虛擬現實技術能將三維空間的意念清楚的表示出來，能使學習者直接、自然地與虛擬環境中的各種對象進行交互作用，并通過多種形式參與到事件的發展變化過程中去，從而獲得最大的控制和操作整個環境的自由度。因此，該項技術的發展在很多教育與培訓領域，具有明顯的優勢和特點。謀求虛擬現實技術更合理地應用于教育教學，為學習者創建更和諧的教育環境已成為一個新興的教育研究課題。

一、虛擬現實技術應用于教學的原則

(一)促學為本，實用為先

所謂虛擬現實技術(virtuaIReaIity，簡稱VR)，是指利用計算機生成一種模擬環境，并通過多種專用設備使用戶“投入”到該環境中，實現用戶與該環境直接進行自然交互的技術；虛擬現實技術叮以讓用戶使用人的自然技能對世界中的物體進行考察或操作，同時提供視、聽、摸等多種直觀而又自然的實時感知。

虛擬現實技術應用于教育教學將以促進學習者學習為根本目的，先進的技術手段也將服務于教學需求。隨著虛擬現實技術自身的發展，已出現了多層次化的發展趨勢，按其交互和浸入程度的不同可以被分為桌面式、沉浸式、疊加式和分布式虛擬現實系統等四類。其中桌面式的虛擬現實技術通過相對低廉的硬件產生較真實的效果，比較簡單，需要投入的成本也不高，在教育領域內有著相當的發展遠景，易于普及。桌面式虛擬現實技術僅使用個人計算機和低級工作站，把計算機的屏幕作為參與者觀察虛擬環境的一個窗口，使用簡單的外部設備(如：鍵盤、鼠標、力矩球、立體眼鏡等)來駕馭虛擬環境和操縱虛擬物體。使學習者能夠在虛擬的學習環境中扮演一個角色，全身心地投入到學習環境中去，這對他們的技能訓練非常有利。利用虛擬現實技術，可以進行例如軍事作戰技能、外科手術技能、教學技能、體育技能、汽車駕駛技能、電器維修技能等各種職業技能的訓練。由于這些虛擬的訓練系統無任何危險，學習者可以反復練習，直至掌握操作技能為止。像北京航空航天大學計算機系虛擬現實與可視化新技術研究室在國家863計劃支持下，作為集成單位，與國防科技大學、浙江大學、裝甲兵工程學院、中科院軟件所和解放軍測繪學院等單位一起建立了一個用于虛擬現實技術研究和應用的分布式虛擬環境基礎信息平臺(DVENET)。在該平臺中可以實現包含遠程的數十個武器虛擬平臺在同一塊逼真地形下進行協同作業或對抗演練。參演人員(即用戶)可以通過不同的交互方式控制真實的或虛擬的武器仿真平臺在虛擬戰場環境中進行異地協同與對抗戰術演練。

虛擬現實技術實現了皮亞杰“把實驗室搬到課堂上去”的設想與實踐，也符合建構主義學習理論關于“學習是一種真實情境的體驗”的觀點。

(二)樂用為本，適用為上

嘗試虛擬現實技術在教學中的運用，要求教師在教學設計中尋找到虛擬現實與教學的最佳結合點和切人點。虛擬現實技術運用于教學必須適當。目前來講開發一個虛擬系統耗時費力，并不是件容易的事，而我們的教學也不是所有的內容都需要運用虛擬現實技術，可以從時間效能上優化選擇，適合用多媒體技術的用多媒體，適合用虛擬現實技術的就用虛擬現實技術。

嘗試在教學中運用虛擬現實技術必須適度，教學內容和表現形式必須統一，還要注意給學習者留下足夠的思考空間，運用不適當反而會使學習者沉浸在虛幻的世界中，難以自控。虛擬現實有其二重性：對于人的感官來說，它是真實存在的；對于所構造的物體來說，它又是不存在的。因此，能利用這一技術模仿許多高成本的、對人有危險的、或目前尚未出現的真實環境是極有價值的。例如，“仿真物理實驗室”系統中，就使學生可以通過親身實踐——做、看、聽的方式來學習。使用該系統，學生們可以停止時間的推移，以便仔細觀察彈簧振子在關鍵點的運動軌跡隨時間的變化過程；可以很容易的演示和控制物體的平拋運動的運動；還可以通過交互式數據模擬“讓小車沿長木板勻速運動”等各種實驗，從而較深刻地理解物理概念和定律。虛擬現實技術應用于教學是一項全新的課題，沒有多少現成的經驗可以借鑒。但正因為沒有經驗，正因為困難重重，這個課題所擁有的創造空間必然是空前廣闊的。

二、虛擬現實技術運用于教學的功能優勢

虛擬現實技術是計算機產生一種人為的空闖環境，通過多種專用設備讓用戶在視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等多種感官上產生一種沉浸于虛擬環境的感覺。與傳統的人機交互技術相比，虛擬現實具有三個最突出的特征：交互性、沉浸感和想象性。這些特征應用于教育中主要有以下方面突出的優勢。

(一)創設交互式學習環境，有利于促進學習方式的轉變

《新課程標準》強調學生學習方式的轉變，積極倡導自主、合作、探究的學習方式，重視學生主動積極的參與意識和精神。運用虛擬現實技術計算機生成的學習環境，讓學習者可以從自己的視點出發，利用自然的技能和某些設備對這一生成的虛擬世界客體進行瀏覽和互動。這種技術方法不僅僅局限于常規的屏幕顯示設備，而是多通道的人機交互模式，讓學習者感覺似乎離開了自身所處的外部真實環境，已經沉浸在虛擬世界中，成為系統的組成部分。此時學習主要不是依賴教師的講授，而是依靠學習者與環境的互動由學習者通過自身的感受，經過大腦思考和分析，形成目標實施策略，通過界面操作，系統接收信號，智能化地進行反饋，達到真正意義上的交互。這種探索性的學習，更有利于學習者進行自主的建構式學習。使人有可能從定性和定量綜合集成的虛擬環境中得到感性和理性的認識，進而深化概念、產生新意和構想，主動地尋求、探索和接受信息。這一學習方式和原來的接受型、被動型的學習方式從本質上是不同的。學習方式的轉變不僅僅是學習方法的轉變，還涉及學習習慣、學習態度、學習意識、學習品質等心理因素和心理力量。

(二)提供多元化認知工具，有利于促進師生角色的轉變

傳統教學中，教師往往直接掌握教學活動，學生的主體地位受到很大的限制，學生合作少，探索性、創造性不易發揮。虛擬現實技術使教師的角色由傳統意義上知識的傳授者、控制者，轉變為學習活動的引導者、促進者和支持者。

虛擬現實技術可以從三維視覺、聽覺、觸覺或嗅覺等多途徑，讓學習者感覺自己融合在虛擬環境中，這不僅意味著把學習的主動權重新交給了學生，更意味著教師教的方式產生了根本的轉變：由灌輸變為啟發、由領導變為誘導、由命令變為幫助。從而使以教師為中心，學生圍著老師轉的教學模式變成以學生為中心，老師為學生學習提供支持。這種支持可能是直接面對面的幫助，也可能是通過環境變量的控制進行的間接的幫助。由學生自己決定學什么，怎么學。

(三)虛擬現實技術運用于教學的價值取向

1．從關注運用新興技術到關注教學內涵和效果

在教學中，新技術的使用都是為了提高教學效果。有時看似新鮮的技術反而阻礙了老師的創造思維，更改了原來的優秀教學計劃，固然使課堂活躍了、使學生活躍了，但這卻是以課堂內涵和教學效果的弱化為代價的。表面上看是將虛擬現實技術運用于教學了，實際上卻違背了教學的宗旨。在不斷的實踐中更多地關注運用新技術后，是否提升了課堂的內涵，是否優化了教學效果，是否有利于促進學生發展?并且逐漸提高每次課堂教學、每個教學環節的效率的意識。

2．從關注少數學生到關注更廣泛的學習群體受到班級集體授課形式的制約

傳統的課堂教學中．教師對學生群體的關注往往不夠廣泛，往往只是比較積極的一部分同學活躍在教師的視野之內，而缺乏學習興趣和學習動機的學生往往保持沉默。在虛擬現實技術與教學的整合中，教師可以運用虛擬技術手段，盡可能使每一個學習者都身臨其境，感受學習氛圍，調動每位學習者的積極性，激發他們的學習動機。

3．從關注知識的傳授與獲得到關注學生的學習過程與方法

在虛擬現實技術運用到教學的探索中，若很多教師依然如往常一樣將教學活動的重點放在相關知識的傳授和相關結論的告知上，虛擬現實技術所起的作用僅僅是輔助教師教學的工具，其啟發學習者思考、促進發展的內在功能并沒有被激發出來。學習者的學習不僅意味著是他接受了多少知識或結論，更是一個發現問題、分析問題、解決問題的動態過程，如果沒有學習者的質疑、判斷、比較、選擇、分析、綜合，沒有多種觀點的碰撞和論爭，學習者很難學會獲得知識的方法。在虛擬現實技術運用的過程中，教師可以引導學生關注自己的學習過程，引導學生反思自己在學習過程中所采用的方法，從而使學生學會學習。

隨著虛擬現實技術的發展和成熟，它將更準確地模擬和表現那些在現實中存在的，但在課堂教學環境下用別的方法很難做到或者要花費很大代價才能顯現的各種事物。利用其交互性、沉浸性和操作性的特點來表現教學內容，充分調動學習者的主動性和創造性，解決教學中的重點和難點，促進學習者對學習素材的探索，提高教育教學的效能。我們相信虛擬現實技術作為一個新型的教育媒體，能使真實問題通過虛擬手段獲得認知，解決以前無法解決的問題，將給教育帶來一系列的重大變革，并逐漸受到教育工作者的重視和青睞，最終在現代教育領域得到廣泛應用并發揮其重要作用，營造一個更和諧、更有效的教育環境。