虚拟现实技术在学校教育的应用 本文关键词：虚拟现实，在学校，教育，技术
虚拟现实技术在学校教育的应用 本文简介：【摘要】电影《头号玩家》让我对虚拟现实技术产生了浓厚的兴趣，在有了一定了解后我产生了能否让虚拟现实技术进入学校教育的思索。设想利用虚拟现实技术解决学习中的困惑，并调查了它在教育中已有的应用案例，总结了五个方面让它进入学校教育的意义。通过查阅资料，我认为让虚拟现实技术进入学校教育主要存在四个方面的问题
虚拟现实技术在学校教育的应用 本文内容：
【摘要】电影《头号玩家》让我对虚拟现实技术产生了浓厚的兴趣，在有了一定了解后我产生了能否让虚拟现实技术进入学校教育的思索。设想利用虚拟现实技术解决学习中的困惑，并调查了它在教育中已有的应用案例，总结了五个方面让它进入学校教育的意义。通过查阅资料，我认为让虚拟现实技术进入学校教育主要存在四个方面的问题：技术限制、成本较高、软件问题和体验不佳。结合虚拟现实技术目前在中国的发展态势，我提出应该勇敢地在学校教育中探索实践虚拟现实技术教育手段。我认为在不久的将来，随着技术的改进、国家的重视、政策的引领，虚拟现实技术将走进并普及于学校教育，实现教育平衡发展。
【关键词】虚拟现实技术；学校教育；意义；问题；实践探索；普及
1我对虚拟现实技术的认知
1.1我的认知起源
对虚拟现实的认知是从《Minecraft》（我的世界）这款电子游戏开始的，当时的我约莫八九岁。《Minecraft》的模式没有任何限制，在虚拟的计算机环境中，玩家可以自由地进行各种虚拟的创造和探索活动，不过游戏中的模拟环境是采用块状堆积而成的，和真实的状态有一定差异。随着时间的推移，虚拟现实在不断发展，计算机生成的三维立体环境越来越逼真，越来越让人有沉浸感。直至看到电影《头号玩家》，我已被虚拟现实技术描绘的未来场景所震撼，虚拟世界俨然真实世界，虚拟世界的我俨然真实世界的我，进入虚拟世界的每个人俨然生活在一个想象的真实世界中。
1.2我的了解
什么是虚拟现实技术？我开始上网查找资料。虚拟现实（VirtualRealty，VR）技术是仿真技术与计算机图形学、人机接口技术、多媒体技术、传感技术、网络技术等多种技术集合的系统性技术，是一门富有挑战性的交叉技术前沿学科和研究领域。虚拟现实技术由虚拟环境、输入和输出设备、人机交互方式等要素组成：虚拟环境模拟真实世界中的环境，或者构造想象中的世界；输入输出设备包含头戴显示器虚、拟眼镜、数据手套等；人机交互方式是指用户可采用自然的方式对虚拟物体进行操作并得到实时立体的反馈，如语音、头和手等器官的移动。虚拟现实技术产生于60年代，80年代初VPL公司创建人拉尼尔提出“虚拟现实”一词，至90年代初开始被关注并在商业领域得到发展。2014年后VR技术被人们熟知，实现了从“现实”到“虚拟”，人与内容的连接，随着2016“VR产业元年”的开始，虚拟现实产业迅猛发展，虚拟现实技术走到大众的视野和生活中。
2让虚拟现实技术走进学校教育
2.1我的思索
《头号玩家》对未来虚拟世界的描绘展现了VR的壮阔蓝图，激起我对虚拟现实技术的兴趣。再放眼看去，虚拟现实技术已经从前沿概念变成了实体产品，各种VR硬件和软件应用飞速发展：VR电影、VR游戏、VR体验馆、VR试衣间等等。虚拟现实技术凭借其独有的沉浸感和交互性，已应用于很多领域：航天飞行员在模拟训练舱中进行各种仿真驾驶操作，医疗人员在虚拟外科手术训练器里对虚拟人体模型进行手术，军方利用虚拟战场系统进行军事研究，警方进行模拟实景勘察和培训考核等等。VR能创造过去的、现在的、未来的世界，能创造真实的、想象的世界，它激起了我的兴趣也引发着我的思索———能否让虚拟现实技术走进学校教育。
2.2我的学习困惑与设想
我们的学习主要依赖书本描绘老师讲授，或通过简单的直观教具等手段去联想理解知识，可往往会被困扰：化学里晶胞中的原子排列各不相同，原子排布的方式很难想象，讲台上老师出具的球棍模型由于遮挡关系显示角度单一，课后我必须把球棍模型拿到眼前多角度的里里外外观看才能弄清结构；数学课讲解立体几何、空间向量，我们要把书上复杂的平面图联想成立体造型，由于没有直观模型，只能凭借硬想，起初真的是很费力；物理的万有引力和航天，我们仅能依据平面图分析做题，虽然变得简单，可浩瀚神奇的宇宙也变得枯燥，原本的兴趣不再浓厚；地理老师通过PPT动图为我们讲解地球的昼夜变化规律，地球公转时太阳光线直射点的变化为什么会导致冬至夜最长夏至昼最长，当理解了老师PPT动图的原理时，我才终于借助它联想出地球的转动了解了知识点，着实周折……试想如果让虚拟现实技术走进课堂，模拟生成逼真的原子排列方式，立体图形，星球运转的宇宙场景，地球的公转等三维立体环境等，每个学生可以沉浸在其中多角度的感知，有了直观、彻底、参与性地观察则能很容易理解知识点，还能拥有探索的乐趣。由于客观条件的制约，学校的课程学习往往是无法拥有实践环境的：物理、化学、生物属于操作性很强的课程，我们几乎没有进行过实验操作，老师一般通过讲义和图片直接呈现实验结果，因为只要知道结论能做题就行，而我们的动手操作能力很差甚至于无，我们探索的欲望被抑制了；安全教育课中有很多通过实践才能掌握的技能，而我们是通过短片，老师的语言描述去了解如何做人工呼吸，如何在火灾中逃生，如何包扎伤口，如果真要面临处理问题肯定会不知所措；英语学习方面，我可以通过不懈的死记硬背提高英语成绩，可无论如何总是会遗忘单词，由于缺乏运用的环境，我们怯于用英语与人进行交流；“上有六龙回日之高标，下有冲波逆折之回川。黄鹤之飞尚不得过，猿猱欲渡愁攀援。青泥何盘盘，百步九折萦岩峦。”我感叹李白《蜀道难》中描写蜀道险阻的壮美诗句，却难以体会诗中蜀道磅礴的气势和李白心中生出的豪情……试想如果能用VR技术建立“虚拟实验室”，学生不仅可以在其中尽情实验探索，还可以避免实验意外；如果能用VR技术模拟安全教育环境，学生就可以在实践演练中掌握真正的生存技能；如果能用VR技术虚拟生成“英语角”，学生就可以进入设置的情景中用英语交流互动；如果能用VR技术生成逼真的自然景观，学生就可以在身临其境中感知诗句文章的美和作者表达的情怀。
2.3我的发现
我的学习困惑相信也是大众学生的困惑，试想如果让虚拟现实进入学校教育，抽象的理论“立”于面前，我们甚至能参与其中，脑袋肯定会豁然开朗。通过查询，我发现自己的设想不是不可以实现的，国内外已有许多大学和公司进行了虚拟教学与实验的研究，学习效果得到充分地肯定。例如：1993年研究者建立了“虚拟的物理实验室”，用于解释某些物理概念，如位置与速度、力量与位移等；2016年，圣泽维尔大学850名学生穿戴上VR设备，搭上太空飞船去探索太阳系的每一个星球，了解遥远太阳系的知识；《欢乐英语》通过模拟情景进行在线演练，高质量沉浸式的培训，让英语学习进入智能交互的新时代。2015年9月，谷歌推出开拓者项目，为课堂打造了一个虚拟现实教育平台，学生可以在老师带领下开启一段完全沉浸的虚拟旅程，将课堂教学还原为更真实的体验。
2.4我眼中的意义
自古就有“知行合一”、“因材施教”的教育思想，然而课堂上无法进行教学和实践随心切换，无法让一个老师面对一个学生，现实教学偏重书本认知轻于实践感受，面向学生大众忽视个体差异。利用虚拟现实技术，在学校我们也能拥有各种实践场所，通过模拟生成的三维立体环境，学生能随时跟着书本沉浸其中，直观形象、亲身感受、实践演练，在实践中得出真知。所以通过VR技术可以打破课堂教学的局限性，将理论与实践融合，实现教学理论与教学实践的一体化；可以通过一对一模式让每个学生拥有自己的学习环境和“指导老师”，根据学生水平针对性的学习，实现教学的个性化。兴趣是学习的内驱力，学习质量取决于学生的内因。枯燥抽象，单一空洞，被动接受的教学方式难以激起学生内在的学习探索欲望，虚拟现实技术让学生身临其境，亲自去了解探索未知事物，这无疑是调动学生内因的强大外因，它可以成为激发学生学习兴趣，提高老师教学质量的利器。由于是在虚拟的环境中探索实践，所以能避免学生发生实践伤害。如物理、化学、生物等具有实验操作性的课程，我们可以建造虚拟的实验室，让学生在模拟环境中实验，探索互动，却不用担心实验伤害，让实践活动拥有安全性。如果让虚拟现实技术走进并普及于学校教育，我以为在未来可能会实现统一标准。让虚拟现实设备成为学校基础建设设施，统一基础教材，统一配备虚拟教育软件，那么无论东南西北，无论高山平原，无论汉蒙苗回，无论贫困富裕，中国的每一个孩子都能获得同等的教育资源，在虚拟校园中可以获得同等的学习条件，进行实践与探索。既然具备了统一的标准，大家就可以面对同一张高考卷获得同样的录取分数，就会拥有人们向往的教育公平，所以我认为虚拟现实技术能促进教育发展的平衡性。
3虚拟现实技术走进学校教育面临的问题
目前，虚拟现实技术在教育方面的确有一些应用案例，但只是处于点上的研究和示范，距离大规模应用还有一段相当的距离。让虚拟现实技术走进学校教育会面临哪些问题呢？通过查阅，试着罗列了几个我以为重要的问题：
3.1技术限制
当前的虚拟现实技术还不成熟，包括以下几个方面：①三维图形实时生成技术。受计算机图形处理能力的限制，用户在在操作过程中仍然会感觉别扭。②传感反馈技术。现有的传感技术主要在视觉、听觉、触觉、力量等几方面，味觉、嗅觉感知有待开发。③语音输入输出技术。要想通过语音与虚拟世界进行交互还有待人工智能的发展跟进，如何在虚拟世界中创造立体、自然的声效也是需要深入研究的课题。
3.2成本问题
一个产品如要普及，肯定要考虑是否拥有能被大众接受的价格。市场上的虚拟产品很多，如虚拟现实生成设备、感知设备、和位置追踪设备等，但具有较好体验感的产品价格都不低。对于学校而言，如果要给每个学生配备一套虚拟现实设备，教育投入极其庞大，对家长而言，这也会成为很大的经济负担。况且由于技术的不成熟，产品的更新换代势必也会快，更换也成为了潜在的巨大成本。我认为高昂的成本将成为虚拟设备走进并普及于学校的阻碍之一。
3.3软件问题
虚拟现实要走进学校，不仅要配备硬件设施，还必须要有和学校教程配套的教学软件。目前虚拟现实行业还没有完善的行业标准，开发商都是各自开发自己的产品，虽然已有很多VR技术运用于实际教学的案例，但毕竟只是点上的研究性运用，并没有针对学校教材的专门性研发机构进行配套研发。没有系统性软件产品跟进，虚拟设备于学校而言存在的意义不大，VR技术也就难以走进并普及于学校教育。
3.4体验不佳
据了解，目前的虚拟现实设备在使用时普遍会给用户带来眩晕，恶心，疲劳的问题。如果不能以舒适的姿态进入虚拟现实世界，用户追求偶尔的新奇后，还能长时间持续体验吗？如果投入校园，学生因身体的不适产生抵触情绪，会影响其与虚拟现实的互动，会使学习效果变差。这种不适还会让家长和老师担心———长时间佩戴虚拟设备是否会对学生的身体造成不良影响。不佳体验会成为推广普及虚拟设备的阻碍，产品的改善是亟待解决的问题。
4在学校探索实践先进教育技术
4.1良好的大环境
我国的虚拟现实技术研究起步较晚，与美国等发达国家相比有一定差距，要追上甚至赶超他们的步伐，不能靠空洞的口号，而是需要技术人员的研发、国家的重视、政策的支持。我惊喜地发现：“国家自然科学基金会，国家高技术研究发展计划已将虚拟现实技术研究列为重点研究项目；国内许多研究机构和高校有了很多研究成果；腾讯、华为、小米等科技巨头先后发布了自己的VR战略和产品；阿里巴巴布局虚拟购物商城系统；各种体验馆雨后春笋般出现于全国各地等等。”目前中国虚拟现实技术良好的发展大环境让我相信———虚拟现实技术走进学校教育是可以实现的。
4.2勇于探索实践
据了解，计算机的普及也曾遭遇过各种问题，如技术不成熟、成本高、屏幕辐射等等。然而再看现在，计算机早已融入生活的方方面面，世界迈进了互联网的时代。学校不仅普及了计算机用于教学，还设置了计算机课程，计算机操作成了每个人必备的基本技能。放眼未来，世界将开启虚拟现实技术的时代。我们如想走在世界发展的前列，不仅要让自己的科学技术走在前列，还要让创造科学技术的人才走在世界的前列，而学校是创造人才的摇篮，学校教育技术的领先，会决定未来人才培养的规格。我认为学校不应等待一切条件成熟，应抢占教育发展的先机，勇敢探索实践让虚拟现实技术走进学校教育，通过先进的教育手段培养出具有探索创新精神的人才，创造中国美好的未来。
5展望未来
让虚拟现实技术走进学校教育，我认为可以先从试点学校做起，汲取经验后再普及到全中国的校园。2018年12月25日，我在新闻中看到中国工业和信息化部发布的《关于加快推进虚拟现实产业发展的指导意见》，其中一段针对教育领域的文字让我振奋：“推进虚拟现实技术在高等教育、职业教育等领域和物理、化学、生物、地理等实验性演示性课程中的应用，构建虚拟教室，虚拟实验室等教育教学环境，发展虚拟备课、虚拟授课、虚拟考试等教育教学新方法。”有了政策的引领，虚拟现实技术在教育中的应用将迈入快速发展的大道。展望未来，我看到虚拟现实技术走进了学校教育、走进了每所校园、走进了每个学生，中国实现了教育发展的平衡性，实现了人们心中的教育公平。
参考文献
[1]李振华.虚拟现实技术基础.北京：清华大学出版社，2017.
[2]刘光然.虚拟现实技术.北京：清华大学出版社，2015.
[3]刘向东.一本书读懂虚拟现实.北京：清华大学出版社，2017.
[4]淘VR.虚拟现实：从梦想到现实.北京：电子工业出版社，2017.
作者：禹祺杰 单位：西安交通大学苏州附属中学
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