虛擬技術(shù)教育環(huán)境范文

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自20世紀(jì)80年代以來，以多媒體技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)、傳感技術(shù)和人工智能等學(xué)科為支撐的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)迅猛發(fā)展，逐漸滲透到經(jīng)濟(jì)、文化、軍事以及人們生活等諸多方面，成為近年來國(guó)際科技界關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)。同時(shí)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也以極快的速度滲入教學(xué)領(lǐng)域，為教育的發(fā)展提供了一個(gè)極好的契機(jī)。對(duì)于教育事業(yè)來說，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能將三維空間的意念清楚的表示出來，能使學(xué)習(xí)者直接、自然地與虛擬環(huán)境中的各種對(duì)象進(jìn)行交互作用，并通過多種形式參與到事件的發(fā)展變化過程中去，從而獲得最大的控制和操作整個(gè)環(huán)境的自由度。因此，該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展在很多教育與培訓(xùn)領(lǐng)域，具有明顯的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。謀求虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)更合理地應(yīng)用于教育教學(xué)，為學(xué)習(xí)者創(chuàng)建更和諧的教育環(huán)境已成為一個(gè)新興的教育研究課題。

一、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)的原則

(一)促學(xué)為本，實(shí)用為先

所謂虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(virtuaIReaIity，簡(jiǎn)稱VR)，是指利用計(jì)算機(jī)生成一種模擬環(huán)境，并通過多種專用設(shè)備使用戶“投入”到該環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)用戶與該環(huán)境直接進(jìn)行自然交互的技術(shù)；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)叮以讓用戶使用人的自然技能對(duì)世界中的物體進(jìn)行考察或操作，同時(shí)提供視、聽、摸等多種直觀而又自然的實(shí)時(shí)感知。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于教育教學(xué)將以促進(jìn)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)為根本目的，先進(jìn)的技術(shù)手段也將服務(wù)于教學(xué)需求。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)自身的發(fā)展，已出現(xiàn)了多層次化的發(fā)展趨勢(shì)，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(xiàn)實(shí)系統(tǒng)等四類。其中桌面式的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)通過相對(duì)低廉的硬件產(chǎn)生較真實(shí)的效果，比較簡(jiǎn)單，需要投入的成本也不高，在教育領(lǐng)域內(nèi)有著相當(dāng)?shù)陌l(fā)展遠(yuǎn)景，易于普及。桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)僅使用個(gè)人計(jì)算機(jī)和低級(jí)工作站，把計(jì)算機(jī)的屏幕作為參與者觀察虛擬環(huán)境的一個(gè)窗口，使用簡(jiǎn)單的外部設(shè)備(如：鍵盤、鼠標(biāo)、力矩球、立體眼鏡等)來駕馭虛擬環(huán)境和操縱虛擬物體。使學(xué)習(xí)者能夠在虛擬的學(xué)習(xí)環(huán)境中扮演一個(gè)角色，全身心地投入到學(xué)習(xí)環(huán)境中去，這對(duì)他們的技能訓(xùn)練非常有利。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以進(jìn)行例如軍事作戰(zhàn)技能、外科手術(shù)技能、教學(xué)技能、體育技能、汽車駕駛技能、電器維修技能等各種職業(yè)技能的訓(xùn)練。由于這些虛擬的訓(xùn)練系統(tǒng)無任何危險(xiǎn)，學(xué)習(xí)者可以反復(fù)練習(xí)，直至掌握操作技能為止。像北京航空航天大學(xué)計(jì)算機(jī)系虛擬現(xiàn)實(shí)與可視化新技術(shù)研究室在國(guó)家863計(jì)劃支持下，作為集成單位，與國(guó)防科技大學(xué)、浙江大學(xué)、裝甲兵工程學(xué)院、中科院軟件所和解放軍測(cè)繪學(xué)院等單位一起建立了一個(gè)用于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究和應(yīng)用的分布式虛擬環(huán)境基礎(chǔ)信息平臺(tái)(DVENET)。在該平臺(tái)中可以實(shí)現(xiàn)包含遠(yuǎn)程的數(shù)十個(gè)武器虛擬平臺(tái)在同一塊逼真地形下進(jìn)行協(xié)同作業(yè)或?qū)寡菥殹⒀萑藛T(即用戶)可以通過不同的交互方式控制真實(shí)的或虛擬的武器仿真平臺(tái)在虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中進(jìn)行異地協(xié)同與對(duì)抗戰(zhàn)術(shù)演練。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了皮亞杰“把實(shí)驗(yàn)室搬到課堂上去”的設(shè)想與實(shí)踐，也符合建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論關(guān)于“學(xué)習(xí)是一種真實(shí)情境的體驗(yàn)”的觀點(diǎn)。

(二)樂用為本，適用為上

嘗試虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)中的運(yùn)用，要求教師在教學(xué)設(shè)計(jì)中尋找到虛擬現(xiàn)實(shí)與教學(xué)的最佳結(jié)合點(diǎn)和切人點(diǎn)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用于教學(xué)必須適當(dāng)。目前來講開發(fā)一個(gè)虛擬系統(tǒng)耗時(shí)費(fèi)力，并不是件容易的事，而我們的教學(xué)也不是所有的內(nèi)容都需要運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以從時(shí)間效能上優(yōu)化選擇，適合用多媒體技術(shù)的用多媒體，適合用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的就用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。

嘗試在教學(xué)中運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)必須適度，教學(xué)內(nèi)容和表現(xiàn)形式必須統(tǒng)一，還要注意給學(xué)習(xí)者留下足夠的思考空間，運(yùn)用不適當(dāng)反而會(huì)使學(xué)習(xí)者沉浸在虛幻的世界中，難以自控。虛擬現(xiàn)實(shí)有其二重性：對(duì)于人的感官來說，它是真實(shí)存在的；對(duì)于所構(gòu)造的物體來說，它又是不存在的。因此，能利用這一技術(shù)模仿許多高成本的、對(duì)人有危險(xiǎn)的、或目前尚未出現(xiàn)的真實(shí)環(huán)境是極有價(jià)值的。例如，“仿真物理實(shí)驗(yàn)室”系統(tǒng)中，就使學(xué)生可以通過親身實(shí)踐——做、看、聽的方式來學(xué)習(xí)。使用該系統(tǒng)，學(xué)生們可以停止時(shí)間的推移，以便仔細(xì)觀察彈簧振子在關(guān)鍵點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡隨時(shí)間的變化過程；可以很容易的演示和控制物體的平拋運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)；還可以通過交互式數(shù)據(jù)模擬“讓小車沿長(zhǎng)木板勻速運(yùn)動(dòng)”等各種實(shí)驗(yàn)，從而較深刻地理解物理概念和定律。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)是一項(xiàng)全新的課題，沒有多少現(xiàn)成的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。但正因?yàn)闆]有經(jīng)驗(yàn)，正因?yàn)槔щy重重，這個(gè)課題所擁有的創(chuàng)造空間必然是空前廣闊的。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用于教學(xué)的功能優(yōu)勢(shì)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是計(jì)算機(jī)產(chǎn)生一種人為的空闖環(huán)境，通過多種專用設(shè)備讓用戶在視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等多種感官上產(chǎn)生一種沉浸于虛擬環(huán)境的感覺。與傳統(tǒng)的人機(jī)交互技術(shù)相比，虛擬現(xiàn)實(shí)具有三個(gè)最突出的特征：交互性、沉浸感和想象性。這些特征應(yīng)用于教育中主要有以下方面突出的優(yōu)勢(shì)。

(一)創(chuàng)設(shè)交互式學(xué)習(xí)環(huán)境，有利于促進(jìn)學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變

《新課程標(biāo)準(zhǔn)》強(qiáng)調(diào)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，積極倡導(dǎo)自主、合作、探究的學(xué)習(xí)方式，重視學(xué)生主動(dòng)積極的參與意識(shí)和精神。運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)計(jì)算機(jī)生成的學(xué)習(xí)環(huán)境，讓學(xué)習(xí)者可以從自己的視點(diǎn)出發(fā)，利用自然的技能和某些設(shè)備對(duì)這一生成的虛擬世界客體進(jìn)行瀏覽和互動(dòng)。這種技術(shù)方法不僅僅局限于常規(guī)的屏幕顯示設(shè)備，而是多通道的人機(jī)交互模式，讓學(xué)習(xí)者感覺似乎離開了自身所處的外部真實(shí)環(huán)境，已經(jīng)沉浸在虛擬世界中，成為系統(tǒng)的組成部分。此時(shí)學(xué)習(xí)主要不是依賴教師的講授，而是依靠學(xué)習(xí)者與環(huán)境的互動(dòng)由學(xué)習(xí)者通過自身的感受，經(jīng)過大腦思考和分析，形成目標(biāo)實(shí)施策略，通過界面操作，系統(tǒng)接收信號(hào)，智能化地進(jìn)行反饋，達(dá)到真正意義上的交互。這種探索性的學(xué)習(xí)，更有利于學(xué)習(xí)者進(jìn)行自主的建構(gòu)式學(xué)習(xí)。使人有可能從定性和定量綜合集成的虛擬環(huán)境中得到感性和理性的認(rèn)識(shí)，進(jìn)而深化概念、產(chǎn)生新意和構(gòu)想，主動(dòng)地尋求、探索和接受信息。這一學(xué)習(xí)方式和原來的接受型、被動(dòng)型的學(xué)習(xí)方式從本質(zhì)上是不同的。學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變不僅僅是學(xué)習(xí)方法的轉(zhuǎn)變，還涉及學(xué)習(xí)習(xí)慣、學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)意識(shí)、學(xué)習(xí)品質(zhì)等心理因素和心理力量。

(二)提供多元化認(rèn)知工具，有利于促進(jìn)師生角色的轉(zhuǎn)變

傳統(tǒng)教學(xué)中，教師往往直接掌握教學(xué)活動(dòng)，學(xué)生的主體地位受到很大的限制，學(xué)生合作少，探索性、創(chuàng)造性不易發(fā)揮。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)使教師的角色由傳統(tǒng)意義上知識(shí)的傳授者、控制者，轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)習(xí)活動(dòng)的引導(dǎo)者、促進(jìn)者和支持者。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以從三維視覺、聽覺、觸覺或嗅覺等多途徑，讓學(xué)習(xí)者感覺自己融合在虛擬環(huán)境中，這不僅意味著把學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)重新交給了學(xué)生，更意味著教師教的方式產(chǎn)生了根本的轉(zhuǎn)變：由灌輸變?yōu)閱l(fā)、由領(lǐng)導(dǎo)變?yōu)檎T導(dǎo)、由命令變?yōu)閹椭亩挂越處煘橹行模瑢W(xué)生圍著老師轉(zhuǎn)的教學(xué)模式變成以學(xué)生為中心，老師為學(xué)生學(xué)習(xí)提供支持。這種支持可能是直接面對(duì)面的幫助，也可能是通過環(huán)境變量的控制進(jìn)行的間接的幫助。由學(xué)生自己決定學(xué)什么，怎么學(xué)。

(三)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用于教學(xué)的價(jià)值取向

1．從關(guān)注運(yùn)用新興技術(shù)到關(guān)注教學(xué)內(nèi)涵和效果

在教學(xué)中，新技術(shù)的使用都是為了提高教學(xué)效果。有時(shí)看似新鮮的技術(shù)反而阻礙了老師的創(chuàng)造思維，更改了原來的優(yōu)秀教學(xué)計(jì)劃，固然使課堂活躍了、使學(xué)生活躍了，但這卻是以課堂內(nèi)涵和教學(xué)效果的弱化為代價(jià)的。表面上看是將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用于教學(xué)了，實(shí)際上卻違背了教學(xué)的宗旨。在不斷的實(shí)踐中更多地關(guān)注運(yùn)用新技術(shù)后，是否提升了課堂的內(nèi)涵，是否優(yōu)化了教學(xué)效果，是否有利于促進(jìn)學(xué)生發(fā)展?并且逐漸提高每次課堂教學(xué)、每個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)的效率的意識(shí)。

2．從關(guān)注少數(shù)學(xué)生到關(guān)注更廣泛的學(xué)習(xí)群體受到班級(jí)集體授課形式的制約

傳統(tǒng)的課堂教學(xué)中．教師對(duì)學(xué)生群體的關(guān)注往往不夠廣泛，往往只是比較積極的一部分同學(xué)活躍在教師的視野之內(nèi)，而缺乏學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的學(xué)生往往保持沉默。在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與教學(xué)的整合中，教師可以運(yùn)用虛擬技術(shù)手段，盡可能使每一個(gè)學(xué)習(xí)者都身臨其境，感受學(xué)習(xí)氛圍，調(diào)動(dòng)每位學(xué)習(xí)者的積極性，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。

3．從關(guān)注知識(shí)的傳授與獲得到關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)過程與方法

在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用到教學(xué)的探索中，若很多教師依然如往常一樣將教學(xué)活動(dòng)的重點(diǎn)放在相關(guān)知識(shí)的傳授和相關(guān)結(jié)論的告知上，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所起的作用僅僅是輔助教師教學(xué)的工具，其啟發(fā)學(xué)習(xí)者思考、促進(jìn)發(fā)展的內(nèi)在功能并沒有被激發(fā)出來。學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)不僅意味著是他接受了多少知識(shí)或結(jié)論，更是一個(gè)發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的動(dòng)態(tài)過程，如果沒有學(xué)習(xí)者的質(zhì)疑、判斷、比較、選擇、分析、綜合，沒有多種觀點(diǎn)的碰撞和論爭(zhēng)，學(xué)習(xí)者很難學(xué)會(huì)獲得知識(shí)的方法。在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用的過程中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注自己的學(xué)習(xí)過程，引導(dǎo)學(xué)生反思自己在學(xué)習(xí)過程中所采用的方法，從而使學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)。

隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展和成熟，它將更準(zhǔn)確地模擬和表現(xiàn)那些在現(xiàn)實(shí)中存在的，但在課堂教學(xué)環(huán)境下用別的方法很難做到或者要花費(fèi)很大代價(jià)才能顯現(xiàn)的各種事物。利用其交互性、沉浸性和操作性的特點(diǎn)來表現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容，充分調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)者的主動(dòng)性和創(chuàng)造性，解決教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，促進(jìn)學(xué)習(xí)者對(duì)學(xué)習(xí)素材的探索，提高教育教學(xué)的效能。我們相信虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一個(gè)新型的教育媒體，能使真實(shí)問題通過虛擬手段獲得認(rèn)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(xiàn)代教育領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用并發(fā)揮其重要作用，營(yíng)造一個(gè)更和諧、更有效的教育環(huán)境。