教育学-虚拟现实技术教学应用研究.docx

虚拟现实技术教学应用研究 【摘要】虚拟现实作为近年来极为火热的科技话题，给人们带来焕然一新的感官享受，同时，它在教育教学中的应用也日渐丰富，涌现出大量的理论研究和实证研究。本研究重点针对核心期刊领域的研究文献，梳理了虚拟现实技术在教育教学方面的起源和发展，分析了虚拟现实技术在教育教学中的应用和影响。 【关键词】虚拟现实技术；教学应用；虚拟现实学习环境 前言 虚拟现实技术的应用极为广泛，目前在游戏、电影、直播等艺术娱乐领域占据主流，在教育与培训方面也有大量应用，其次是军事航天训练、商业VR购物，医学人体解剖等。如今，VR技术正在越来越多的应用于各行各业。将虚拟现实技术融入教育领域中，能够将三维空间的景物清楚客观的表示出来，是学习者能够更加自然、直接地与虚拟环境中的各种对象进行交互，并通过多种形式参与到时间变化当中去，从而获得最大的操作和控制整个环境的自由度。新媒体联盟发布的《地平线报告：2016高等教育版》预测：未来几年内，虚拟现实技术将成为教育领域中最具有潜力的六个技术之一[1]。VR由于具有沉浸性（Immersion）、交互性（Interaction）及想象性（Imagination)三个特性[2]，在教育教学中的应用更为广泛。特别是在5G低能耗、高数据速率、高系统容量背景下[3]，越来越多的地区将虚拟现实技术应用到教育中。 虚拟现实技术教学应用研究概述 关于虚拟现实的思想，最早可以追溯到上个世纪六十年代。1965 年虚拟现实之父Ivan Sutherland在国际信息处理联合会（IFIP） 会议上发表的一篇名为《终极的显示》的论文中首次提出了包括具有交互图形显示、力反馈设备以及声音提示的虚拟现实系统的基本思想，描述的就是我们现在熟悉的虚拟现实。在此之后，对虚拟现实技术的研究越来越多，而且涉及到军事训练、建筑工程等各个领域。而我国虚拟现实技术的研究起步于20世纪90年代初。随着计算机图形学、计算机系统工程等的高速发展，虚拟现实技术得到相当的重视。2016年3月17日全国两会授权发布的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》中指出：“大力推进先进半导体、机器人、增材制造、智能系统、新一代航空装备、空间技术综合服务系统、智能交通、精准医疗、高效储能与分布式能源系统、智能材料、高效节能环保、虚拟现实与互动影视等新兴前沿领域创新和产业化，形成一批新增长点。”虚拟现实位列其中。 作为一项新技术在教育教学领域的应用，虚拟现实技术为广大教师提供了一种全新的教学手段。目前虚拟现实技术在国外应用非常广泛，包括军事院校教学、体育专项训练、医学学生模拟实习、飞机操作、汽车驾驶、机床操作等教学中。作为虚拟现实技术的发源地，美国拥有相对较多的虚拟现实技术的研究机构。美国也最先把虚拟现实技术应用到教育中，特别是在军事教学中。 将虚拟现实技术应用于教育领域可以追溯到20世纪80年代，但是受限于当时计算机软硬件的发展水平，相关研究在当时的关注度并不高[4]。在1992年，美国东卡罗琳那大学建立了虚拟现实技术与教育实验室，以确认虚拟现实技术适合教育应用的可能性，评价当时的虚拟现实技术软件和硬件，比较虚拟现实教学与其它教育媒体的效果，考察虚拟现实技术对教育的影响及其在真实世界中的应用。 在将虚拟现实技术应用于教育领域时，其背后最重要的理论基础是建构主义学习理论。建构主义理论提倡以学生为中心，不仅要求学生由知识的被动接受者变为信息加工、意义建构的主体；而且要求教师要由知识的传授者、灌输者变为帮助学生建构意义的促进者和引导者，建构主义学习环境中设计的情境、活动和社会互动能够持续地挑战学习者头脑中已有的经验，从而促进新知识的形成。由建构主义延伸出的一系列教学策略，例如情境化学习、体验式学习、合作性学习、问题导向学习、探究式学习等，因其都具有一些与虚拟学习环境相一致的特点，可以广泛地应用于虚拟现实环境的教学与学习中[5]。而建构主义理论支持下的基于虚拟现实的学习环境就是一个动态的虚拟仿真学习环境，可以延伸学习者观察事物的视角，引导他们探索科学世界的思考和行为的方式，发展学生不完整的前概念和经历完整的科学探究过程，并且能为学习者提供在现实世界中无法实现的体验，如原子微观世界、无法随意重复的实训[6]。 虚拟现实技术在教学中的应用 虚拟现实在教育中的应用主要是通过让学生在由虚拟现实相关的软硬件所呈现出的三维虚拟环境中进行学习来实现的。学生可以从第一人称视角或第三人称视角进入虚拟世界，并可以通过使用一定的硬件设备与虚拟世界进行互动和获得感觉信息的反馈[7]。对于描述此类专门用于教育领域的虚拟现实环境的术语，Huang等[8]采用“虚拟现实学习环境”这一术语比较全面、简洁地概括了虚拟现实技术在教育领域中应用的形式和思想。 目前，我国虚拟现实技术的教育应用主要