虚拟现实技术在教育中的应用

中国工程院院士、虚拟现实技术与系统国家重点实验室主任——赵沁平在“中国虚拟现实与可视化产业技术创新战略联盟”第一届理事会会议上说，2016年将成为我国虚拟现实技术的元年。虚拟现实技术（VirtualReality）简称VR，是利用三维图形生成、多传感交互、多媒体、人工智能、人机接口、高分辨显示等高新科技，对现实世界进行全面仿真的一种技术。信息时代，人们之间的交流也将采用新的方式、进入新的领域，实现由文字图像三维VR（虚拟现实）的转变。教育，是人类社会前进与发展的重要动力，在教育中引入较为新颖的虚拟现实技术，开拓新的教学方法与方式，对于学生更高效、更主动地掌握各类技能至关重要。虚拟现实技术产生于20世纪60年代的美国，最近10年，随着计算机信息技术的快速发展而在越来越多的领域得到了推广应用，其出现更使得互联网的平面世界出现了三维场景。虚拟现实技术由于能够创建与现实社会类似的环境，解决学习媒体的情景化及自然交互性的要求，因此较早被欧美一些主要国家应用于教育与教学领域。1985年，美国国立医学图书馆就开始了人体解剖图像数字化研究。随后，德国的汉诺威大学建立了虚拟自动化实验室、西班牙大学电子系开发了电子仪器虚拟工作平台、意大利帕瓦多大学建立了远程虚拟教育实验室、新加坡国立大学开发了远程示波器实验和压力容器实验等。1995年，在互联网上首次出现了“虚拟解剖”实验。与发达国家相比，我国虚拟现实技术的开发和应用还存在差距，但这种差距已引起有关部门和科学家们的高度重视，并根据我国国情制定了开展虚拟现实技术及相关技术领域的研究。清华大学利用虚拟仪器构建了汽车发动机检测系统；华中理工大学机械学院工程检测实验室将其虚拟实验室成果在网上公开展示，供远程教育使用；复旦大学、上海交通大学、广州暨南大学等一批高校也开发了一批新的虚拟仪器系统用于教学和科研。由上可知，虚拟现实技术虽然在国内外的教育教学中有所应用，但在我国教育中的使用仅局限于高校的研究性和探索性教学当中，而对广大普通大、中、小学生的普及则远远不够。由于虚拟现实技术可以使人产生一种身临其境的真实感觉，能够使人与虚拟环境之间进行多维信息的交互，因此该技术具有可以使人从定性和定量综合集成的虚拟环境中获得对客观世界、客观事物的感性及理性认识，进而对某些概念进行深化，并建构新的构思和创意的特性。当前以信息技术为背景的现代教育，学生的学习兴趣得到了提高，主体性得到了较大的发挥。但是，不可否认，绝大部分多媒体信息系统具有明显的局限性，例如学生只能按照时间的流程，按电脑中程序设计的流向有限制地进行浏览和学习，这大大降低了学生学习的参与性，降低了学生主动学习的热情。而虚拟现实技术能够创建与现实社会类似的环境，更容易地解决学习媒体的情景化及自然交互性的要求，从而完美弥补了多媒体技术的不足。在信息传播技术迅猛发展的今天，现有的教育内容、教育手段和教育方法正受到极大的挑战。虚拟现实技术能形象生动地表现教学内容，有效地营造一个跟随技术发展的教学环境，提高学生掌握知识、技能的效率，优化教学过程、提高教学质量、调动学生的学习积极性、突破教学的重点、难点的作用。与此同时，虚拟现实技术还结合了益智游戏、情景化学习、协作学习、远程教育等多种手段，能够有效解决许多以前根本无法解决的教育问题。例如，通过VR进行教育教学活动，在实现人与机器的交流、通过网络进行人与人之间交流的同时，还能够在某种程度上实现教学的游戏性，让教育真正做到寓教于乐，从而有效地激发学生的学习兴趣，进而更为高效地创建学习情景，支持合作，促进交流、知识表达及应用，进而构建优良的学习环境。因此，如果能将虚拟现实技术运用于现代化教育教学中，其效果将是难以言喻的。由于虚拟现实技术能够创建与现实社会类似的环境，进而解决学习媒体的情景化及自然交互性的要求，因此其在教育领域内有着极其广阔的应用前景。在教育理论体系中，学习理论是处于核心地位的。虚拟现实技术在教育中的应用也是在一定的学习理论指导下进行的。虚拟现实技术本身是对客观对象的模拟，所构建的学习环境与实际生活情境相关。因此，如果把虚拟现实技术与教育有机地结合，教育与社会需求之间的差距将得以缩小，这将对未来的教育产生深远影响。在教学实践中，亲身经历、亲身感受比空洞抽象的说教更具说服力，主动地去交互与被动的观看有着质的差别。因此，虚拟现实技术可以广泛用于学习情景的创设，增加学习内容的形象性和趣味性，进而实现模拟训练。通过VR进行学习和教育，不光可以减少现实空间中某些训练操作的困难和危险，更可以使训练造价得到大幅度降低。因此，我们说，虚拟现实技术将是继多媒体、计算机网络之后，在教育领域内最具有应用前景的一项技术。