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VR眼鏡，VR虛擬現實(shí)技術(shù)的應用對教育行業(yè)的影響有多大？
幾年來(lái)虛擬現實(shí)技術(shù)飛速發(fā)展，它提供一種‘實(shí)物和模型’的環(huán)境，與戴爾的‘經(jīng)驗之塔’最底層不謀而合，虛擬現實(shí)在顯示和提供直接的目的的經(jīng)驗方面是最有效果的，可以向學(xué)習者提供一種最具真實(shí)感的學(xué)習模式。本文就是在對虛擬現實(shí)的內涵有一定了解的基礎上，與教育結合起來(lái)，使虛擬現實(shí)技術(shù)在教育中發(fā)揮更大的作用。
一、 虛擬現實(shí)的介紹
1、 虛擬現實(shí)的定義
虛擬現實(shí)（簡(jiǎn)稱(chēng) VR）是近年來(lái)出現的高新技術(shù)，也稱(chēng)人工環(huán)境。虛擬現實(shí)是利用電腦模擬產(chǎn)生一個(gè)三維空間的虛擬世界，提供使用者關(guān)于視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等感官的模擬，讓使用者如同身歷其境一般，可以及時(shí)、沒(méi)有限制地觀(guān)察三度空間內的事物。
2、 虛擬現實(shí)的基本特征
?。?）浸沒(méi)性
浸沒(méi)性是指用戶(hù)感到作為主角存在與模擬環(huán)境中的真實(shí)程度。理想的環(huán)境應該使用戶(hù)難以分辨真假。使用戶(hù)全身心投入到模擬環(huán)境中，該環(huán)境中的一切看，聽(tīng)，動(dòng)上去感覺(jué)都是真的，如同在現實(shí)世界中的感覺(jué)。
?。?）交互性
用戶(hù)對模擬環(huán)境內物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度。如，用戶(hù)可以用手直接抓取模擬環(huán)境中虛擬的物體，這時(shí)手有握著(zhù)東西的感覺(jué)，并可以感覺(jué)物體繁榮重量，視野中被抓的物體也能立刻隨著(zhù)手的移動(dòng)而移動(dòng)。
?。?）構想性
強調虛擬現實(shí)技術(shù)具有廣闊的可想象空間，可拓展人類(lèi)認知范圍，不僅可再現真實(shí)存在的環(huán)境，也可以隨意構想客觀(guān)不存在的甚至是不可能發(fā)生的環(huán)境。
3、 虛擬現實(shí)的類(lèi)型
?。?）沉浸式 VR 系統
它是一種高級的虛擬現實(shí)系統，提供了一個(gè)完全沉浸的體驗，使用戶(hù)有一種置身與虛擬境界之中的感覺(jué)。它利用頭盔式顯示器和其他設備，把參與者的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和其它感覺(jué)封閉起來(lái)，并提供一種身臨其境、全心投入和沉浸其中的感覺(jué)。這是一套比較復雜的系統。
?。?）增強式 VR 系統
它是把真實(shí)環(huán)境和虛擬環(huán)境結合在一起的一種系統，它既允許用戶(hù)看到真實(shí)的世界，同時(shí)也可以看到疊加在真實(shí)世界的虛擬對象，這種系統既可減少對構成復雜真實(shí)環(huán)境的計算，又可對實(shí)際物體進(jìn)行操作，真正達到亦真亦幻的境界。
?。?）桌面層次 VR 系統
亦稱(chēng)為簡(jiǎn)易型虛擬現實(shí)系統，它是利用計算機創(chuàng )建虛擬環(huán)境，將計算機屏幕作為用戶(hù)觀(guān)察虛擬境界的一個(gè)窗口，使用者通過(guò)鍵盤(pán)、鼠標便可與虛擬環(huán)境進(jìn)行交互。
二、 虛擬現實(shí)與教育的結合
1、 虛擬現實(shí)與教育理論的結合
從教育的發(fā)展過(guò)程看，任何一種新技術(shù)、新媒體的出現，都會(huì )引起教育上的革命；紙和印刷術(shù)的出現，廣播和電視技術(shù)的發(fā)展，計算機和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展，都曾經(jīng)引起了教育在質(zhì)和量上的飛躍。毫無(wú)疑問(wèn)，虛擬現實(shí)與教育相結合，也一定會(huì )在教育領(lǐng)域中產(chǎn)生質(zhì)和量的飛躍。
?。?）認知理論
認知主義學(xué)習論對學(xué)習的基本解釋是：學(xué)習是一種內部發(fā)展的過(guò)程，是一種由同化和順應交替發(fā)生做用，從而導致生理，心理從平衡狀態(tài)到不平衡狀態(tài)的循環(huán)過(guò)程。與此相對應，認知主義的教學(xué)觀(guān)念是：為學(xué)生提供一種對自身進(jìn)行認知加工的特定情境和特殊過(guò)程，從而在促進(jìn)學(xué)生認知結構的形成過(guò)程中推動(dòng)學(xué)生的認知發(fā)展。虛擬現實(shí)與教育相結合，必須從學(xué)生的認知心理出發(fā)，注重學(xué)生的具體經(jīng)驗和對情境的理解，使得學(xué)習者的新舊知識之間的同化順利完成，建構起自己的認知結構，促進(jìn)認知發(fā)展。
?。?）建構理論
建構主義理論認為，知識不是通過(guò)教師傳授得到，而是學(xué)習者在一定的情景即社會(huì )文化背景下，借助其他人（包括教師和學(xué)習伙伴），利用必要的學(xué)習資料，通過(guò)意義建構的方式獲得，由于學(xué)習是在一定情景即社會(huì )文化背景下，借助其他人的幫助即通過(guò)人際間的活動(dòng)而實(shí)現的意義建構過(guò)程，故建構主義學(xué)習理論認為“情境”、“協(xié)做”、“會(huì )話(huà)”和“意義建構”是學(xué)習環(huán)境中的四大要素或四大屬性，虛擬現實(shí)技術(shù)的特性是有利于這四大特性的充分體現，從而能有效地創(chuàng )設建構主義學(xué)習環(huán)境，使學(xué)習者可以在其中進(jìn)行自由探索和自主學(xué)習，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習積極性，幫助學(xué)生建構當前所學(xué)知識的意義。事實(shí)證明，虛擬現實(shí)技術(shù)有效地創(chuàng )設建構主義學(xué)習環(huán)境。
建構主義為發(fā)展 VR 在教育中的應用提供了最好的理論基礎。建構主義認為，知識的建構來(lái)自于個(gè)人體驗。VR 的沉浸性去除了參與者與計算機之間的界限，為個(gè)人了解世界創(chuàng )設了一種體驗，有助于材料的學(xué)習。VR 為學(xué)生進(jìn)行非符號系統的學(xué)習創(chuàng )設環(huán)境，從而避免學(xué)生學(xué)習建立在符號系統的學(xué)科時(shí)失敗。
?。?）模擬情境
虛擬現實(shí)與教育相結合，主要是物理模擬，即通過(guò)設計與原型（自然現象或過(guò)程）相似的模型，并利用該模型來(lái)間接地研究原型規律：模擬那些尚無(wú)簡(jiǎn)單有效的儀器可以演示的實(shí)驗：模擬那些不易觀(guān)察或不能從外部直接觀(guān)察其內部狀態(tài)規律的系統：重視稍縱即逝的自然現象或過(guò)程，等等。
虛擬現實(shí)構造的環(huán)境應從學(xué)習者的視角出發(fā)，使其如同感受真實(shí)世界一樣，為其提供直觀(guān)、有效的交互，使之能從空間和現象的內部角度來(lái)觀(guān)察事物，更好地理解掌握所獲得的信息，提高抽象思維能力。
2、 虛擬現實(shí)對教育的影響
?。?）對傳統教學(xué)模式的影響
改變傳統的教師主宰課堂的模式，改變學(xué)生被動(dòng)接受知識，缺乏創(chuàng )新思維和創(chuàng )新能力。多媒體，網(wǎng)絡(luò )，加上虛擬現實(shí)技術(shù)的迅猛發(fā)展。這些技術(shù)能提供界面友好、形象直觀(guān)的交互式學(xué)習環(huán)境；能提供圖文聲像并茂的多種感官綜合刺激等等。
?。?）對教學(xué)手段的影響
互動(dòng)啟發(fā)式教學(xué)。通過(guò)身臨其境的、自主控制的人機交互，由視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)獲取，提供生動(dòng)活潑的直觀(guān)形象思維材料、展現學(xué)生不能直接觀(guān)察到的事物等，形成知識點(diǎn)。學(xué)生從思維，情感和行為多面的參與教學(xué)活動(dòng)。
發(fā)現式教學(xué)。這是一種以解決問(wèn)題為中心的教學(xué)形式，虛擬現實(shí)在實(shí)訓教學(xué)中可以讓學(xué)生進(jìn)入問(wèn)題存在的環(huán)境，有針對性地建構虛擬情境，引導學(xué)生進(jìn)行探究。能提供良好的人機交互，還允許學(xué)生出錯，自行了解錯誤的根由及后果，發(fā)現解決問(wèn)題的方法。
?。?）對教學(xué)實(shí)驗的影響
實(shí)驗是多數教學(xué)活動(dòng)必不可少的一部分。彌補教學(xué)設備的不足。在遠程教學(xué)實(shí)驗中，往往因為實(shí)驗設備，產(chǎn)地，經(jīng)費等方面的原因，使一些教學(xué)實(shí)驗無(wú)法進(jìn)行。虛擬現實(shí)可以彌補這點(diǎn)不足，學(xué)生足不出戶(hù)便可實(shí)驗，獲得真實(shí)的體會(huì )，從而豐富了感性認識。避免真實(shí)試驗或操作所帶來(lái)的各種危險。
?。?）對學(xué)習方式的影響
虛擬現實(shí)系統可以虛擬歷史人物、偉人、名人、教師、學(xué)生、醫生等各種人物形象，創(chuàng )設一個(gè)人性化的學(xué)習環(huán)境，使遠程教育的氣氛更加活躍、自然、親切。例如：英語(yǔ)學(xué)習，讓學(xué)生與人交談，達到訓練學(xué)生口語(yǔ)的目的。
?。?）對角色的影響
虛擬現實(shí)的沉浸性和交互性使學(xué)生能夠在虛擬的學(xué)習環(huán)境中扮演一個(gè)角色，全身心地投入到學(xué)習環(huán)境中去，這非常有利于學(xué)生的技能訓練。如：駕駛訓練。
三、 虛擬現實(shí)在教育中的應用
1、 課堂教學(xué)
課堂教學(xué)是教學(xué)的主要方式，也是虛擬現實(shí)運用于教學(xué)的主要戰場(chǎng)。根據不同的學(xué)科，虛擬現實(shí)發(fā)揮著(zhù)不同的作用，主要有以下方面的應用：立體物體的展示，立體空間的展示，展品的介紹，虛擬空間的營(yíng)造與構建，虛擬場(chǎng)景的構造等。
?。?）立體物體的展示
通過(guò)虛擬現實(shí)，我們可以構建一個(gè)與實(shí)物同樣的三維物體，如在高中立體幾何的三垂線(xiàn)定理是立體幾何教學(xué)中的一個(gè)重點(diǎn)同時(shí)也是一個(gè)難點(diǎn)。這時(shí)我們如果利用 VRML 語(yǔ)言畫(huà)出題目中的這幾條線(xiàn)，然后讓學(xué)生在各個(gè)視覺(jué)去觀(guān)察，一則省卻了實(shí)物的制作，二則讓學(xué)生按照自己的意愿去觀(guān)察。還有一些關(guān)于空間直線(xiàn)之間的位置、平面之間的位置關(guān)系及二面角等方面的教學(xué)，教師都可以比較容易地制作出較精致的桌面虛擬現實(shí)來(lái)輔助數學(xué)教學(xué)。
?。?）立體空間的展示
立體空間是指在現實(shí)世界中存在的或者根據歷史資料在歷史中曾經(jīng)真實(shí)存在的空間。在教學(xué)中，我們可能需要向學(xué)生展示這些空間，但由于條件的限制，不可能讓學(xué)生進(jìn)入這些空間，在以往教學(xué)中，可能只能夠通過(guò)教師的描繪來(lái)激發(fā)學(xué)生的想象，在學(xué)生的頭腦中創(chuàng )建出這個(gè)虛擬的空間來(lái)。使用虛擬現實(shí)，我們不僅能在學(xué)生頭腦中建立這些空間，而且可以讓學(xué)生看得見(jiàn)、聽(tīng)得見(jiàn)，甚至可以摸得著(zhù)。如：在中學(xué)歷史教學(xué)中，古羅馬在人類(lèi)文明發(fā)展史上占有重要的地位。如何將像古羅馬這樣的失落的遠古外國文明介紹給學(xué)生，使他們進(jìn)行建筑學(xué)、藝術(shù)史、古代史和古文學(xué)史的學(xué)習呢？ 進(jìn)入這個(gè)完全虛擬的世界，學(xué)生會(huì )感到置身于陌生的異域環(huán)境中，古羅馬的各種人文景觀(guān)歷歷在目，你可以跟隨講著(zhù)拉丁語(yǔ)或英語(yǔ)的向導在虛擬的世界里漫游，同扮演著(zhù)各種角色的虛擬演員談話(huà)?？梢韵胂蟮竭@種再造古羅馬對學(xué)生的吸引力，學(xué)生可以身臨其境地觀(guān)察各種藝術(shù)奇觀(guān)、雕塑、繪畫(huà)藝術(shù)品，體會(huì )當時(shí)的人文環(huán)境，觀(guān)察古羅馬的各種建筑特點(diǎn)，比較對此后的文化復興的影響，觀(guān)察住宅的建造格，而且從各個(gè)方位去看都是那么的美麗、勻稱(chēng)。
2、 科學(xué)實(shí)驗
一般學(xué)?，F有的條件下，有許多實(shí)驗是根本不可能做的，如核反應實(shí)驗，還有些實(shí)驗是不能讓學(xué)生做的，如涉及到放射性物質(zhì)或有毒物質(zhì)的部分。利用 VR 技術(shù)，可以有效地解決實(shí)驗條件與實(shí)驗效果之間的矛盾。在教學(xué)中，許多昂貴的實(shí)驗、培訓器材，由于受價(jià)格的限制而無(wú)法普及。如果利用 VR 技術(shù)，在多媒體計算機上建立虛擬實(shí)驗室，學(xué)習者便可以走進(jìn)這個(gè)虛擬實(shí)驗室，身臨其境般的操作虛擬儀器，操作結果可以通過(guò)儀表顯示身體的感受反饋給學(xué)生，來(lái)判斷操作是否正確。這種實(shí)驗既不消耗器材，也不受場(chǎng)地等外界條件限制，可重復操作，直至得出滿(mǎn)意結果。VR 實(shí)驗室的一大優(yōu)點(diǎn)還在于其絕對的安全性，不會(huì )因操作失誤而造成人身事故。
四、 虛擬現實(shí)在教育中優(yōu)勢
1、彌補遠程教學(xué)條件的不足。
在遠程教學(xué)中，往往會(huì )因為實(shí)驗設備、實(shí)驗場(chǎng)地、教學(xué)經(jīng)費等方面的原因，而使一些應該開(kāi)設的教學(xué)實(shí)驗無(wú)法進(jìn)行。利用虛擬現實(shí)系統，可以彌補這些方面的不足，學(xué)生足不出戶(hù)便可以做各種各樣的實(shí)驗，獲得與真實(shí)實(shí)驗一樣的體會(huì )，從而豐富感性認識，加深對教學(xué)內容的理解。
2、避免真實(shí)實(shí)驗或操作所帶來(lái)的各種危險。
以往對于危險的或對人體健康有危害的實(shí)驗，一般采用電視錄像的方式來(lái)取代實(shí)驗，學(xué)生無(wú)法直接參與實(shí)驗，獲得感性認識。利用虛擬現實(shí)技術(shù)進(jìn)行虛擬實(shí)驗，則可以免除這種顧慮。學(xué)生在虛擬實(shí)驗環(huán)境中，可以放心地去做各種危險的或危害人體的實(shí)驗。例如，虛擬的化學(xué)實(shí)驗，可以避免化學(xué)反應所產(chǎn)生的燃燒、爆炸所帶來(lái)的危險；虛擬的外科手術(shù)，可避免由于學(xué)生操作失誤，而造成“病人”死亡的醫療事故；虛擬的飛機駕駛教學(xué)系統，可免除學(xué)員操作失誤而造成飛機墜毀的嚴重事故。
3、徹底打破空間、時(shí)間的限制。
利用虛擬現實(shí)技術(shù)，可以使學(xué)生進(jìn)入到大至宇宙天體，小至原子粒子的內部進(jìn)行觀(guān)察，甚至進(jìn)行交互。這是電視錄像媒體所無(wú)法比擬的。虛擬技術(shù)還可以突破時(shí)間的限制，一些需要幾十年甚至上百年才能觀(guān)察的變化過(guò)程，通過(guò)虛擬現實(shí)技術(shù)，可以在很短的時(shí)間內呈現給學(xué)生觀(guān)察。例如，生物中的孟德?tīng)栠z傳定律，用果蠅做實(shí)驗往往要幾個(gè)月的時(shí)間，而虛擬技術(shù)在一堂課內就可以實(shí)現。
4、可以虛擬人物形象。
虛擬現實(shí)系統可以虛擬歷史人物、偉人、名人、教師、學(xué)生、醫生等各種人物形象，創(chuàng )設一個(gè)人性化的學(xué)習環(huán)境，使遠程教育的氣氛更加活躍、自然、親切。例如，在虛擬的課堂學(xué)習氣氛中，遠教學(xué)生可以與虛擬的教師、學(xué)生一起交流、討論，共同探討學(xué)習中的各種問(wèn)題，進(jìn)行協(xié)作化學(xué)習。在思想品德課教學(xué)中，學(xué)生可以與虛擬的先進(jìn)人物一起座談、交流，通過(guò)先進(jìn)人物的言行來(lái)感化學(xué)生，從而達到思想品德教育的目的。在外語(yǔ)教學(xué)中，可以通過(guò)計算機虛擬學(xué)生到國外旅游的情境，讓學(xué)生與人交談，達到訓練學(xué)生口語(yǔ)的目的。虛擬現實(shí)技術(shù)能夠為學(xué)生提供生動(dòng)、逼真的學(xué)習環(huán)境，學(xué)生能夠成為虛擬環(huán)境的一名參與者，在虛擬環(huán)境中扮演一個(gè)角色，這對調動(dòng)學(xué)生的學(xué)習積極性，突破教學(xué)的重點(diǎn)、難點(diǎn)，培養學(xué)生的技能都將起到積極的作用。
五、 虛擬現實(shí)在教育中的未來(lái)展望
教育專(zhuān)家指出：嶄新的技術(shù)，會(huì )帶給我們嶄新的教育思維，解決了我們以前無(wú)法解決的問(wèn)題，將給我們的教育帶來(lái)一系列的重大變革。親身去經(jīng)歷、親身去感受比空洞抽象的說(shuō)教更具說(shuō)服力。主動(dòng)地去交互與被動(dòng)的觀(guān)看，有質(zhì)的差別。在教育技術(shù)領(lǐng)域，虛擬現實(shí)技術(shù)在科技研究、虛擬仿真校園，虛擬教學(xué)、虛擬實(shí)驗，教育娛樂(lè )等方面的應用更為廣泛性