1、浅谈运用虚拟现实技术创建更和谐的教育环境浅谈运用虚拟现实技术创建更和谐的教育环境论文关键词：虚拟现实技术应用教育环境教学效能 论文摘要：利用计算机生成模拟环境的虚拟现实技术，能将三维空间的意念清楚地表述出来，使学习者直接、自然地与虚拟环境中的各种对象进行交互作用。桌面式虚拟技术成本较低，便于在教育领域广泛应用，它有利于创设新型的教学环境，强化学生学习的主体地位激发学生学习的积极性和创造力，使教学获得事半功倍的效果。 自20世纪80年代以来，以多媒体技术、人机接口技术、传感技术和人工智能等学科为支撑的虚拟现实技术迅猛发展，逐渐渗透到经济、文化、军事以及人们生活等诸多方面，成为近年来国际科技界关注
2、的一个热点。同时，虚拟现实技术也以极快的速度渗入教学领域，为教育的发展提供了一个极好的契机。对于教育事业来说，虚拟现实技术能将三维空间的意念清楚的表示出来，能使学习者直接、自然地与虚拟环境中的各种对象进行交互作用，并通过多种形式参与到事件的发展变化过程中去，从而获得最大的控制和操作整个环境的自度。因此，该项技术的发展在很多教育与培训领域，具有明显的优势和特点。谋求虚拟现实技术更合理地应用于教育教学，为学习者创建更和谐的教育环境已成为一个新兴的教育研究课题。 一、虚拟现实技术应用于教学的原则 (一)促学为本，实用为先 所谓虚拟现实技术(virtuaIReaIity，简称VR)，是指利用计算机生成
3、一种模拟环境，并通过多种专用设备使用户“投入”到该环境中，实现用户与该环境直接进行自然交互的技术；虚拟现实技术叮以让用户使用人的自然技能对世界中的物体进行考察或操作，同时提供视、听、摸等多种直观而又自然的实时感知。 虚拟现实技术应用于教育教学将以促进学习者学习为根本目的，先进的技术手段也将服务于教学需求。随着虚拟现实技术自身的发展，已出现了多层次化的发展趋势，按其交互和浸入程度的不同可以被分为桌面式、沉浸式、叠加式和分布式虚拟现实系统等四类。其中桌面式的虚拟现实技术通过相对低廉的硬件产生较真实的效果，比较简单，需要投入的成本也不高，在教育领域内有着相当的发展远景，易于普及。桌面式虚拟现实技术仅
4、使用个人计算机和低级工作站，把计算机的屏幕作为参与者观察虚拟环境的一个窗口，使用简单的外部设备(如：键盘、鼠标、力矩球、立体眼镜等)来驾驭虚拟环境和操纵虚拟物体。使学习者能够在虚拟的学习环境中扮演一个角色，全身心地投入到学习环境中去，这对他们的技能训练非常有利。利用虚拟现实技术，可以进行例如军事作战技能、外科手术技能、教学技能、体育技能、汽车驾驶技能、电器维修技能等各种职业技能的训练。于这些虚拟的训练系统无任何危险，学习者可以反复练习，直至掌握操作技能为止。像北京航空航天大学计算机系虚拟现实与可视化新技术研究室在国家863计划支持下，作为集成单位，与国防科技大学、浙江大学、装甲兵工程学院、中科
5、院软件所和解放军测绘学院等单位一起建立了一个用于虚拟现实技术研究和应用的分布式虚拟环境基础信息平台(DVENET)。在该平台中可以实现包含远程的数十个武器虚拟平台在同一块逼真地形下进行协同作业或对抗演练。参演人员(即用户)可以通过不同的交互方式控制真实的或虚拟的武器仿真平台在虚拟战场环境中进行异地协同与对抗战术演练。 虚拟现实技术实现了皮亚杰“把实验室搬到课堂上去”的设想与实践，也符合建构主义学习理论关于“学习是一种真实情境的体验”的观点。 (二)乐用为本，适用为上 尝试虚拟现实技术在教学中的运用，要求教师在教学设计中寻找到虚拟现实与教学的最佳结合点和切人点。虚拟现实技术运用于教学必须适当。目
6、前来讲开发一个虚拟系统耗时费力，并不是件容易的事，而我们的教学也不是所有的内容都需要运用虚拟现实技术，可以从时间效能上优化选择，适合用多媒体技术的用多媒体，适合用虚拟现实技术的就用虚拟现实技术。 尝试在教学中运用虚拟现实技术必须适度，教学内容和表现形式必须统一，还要注意给学习者留下足够的思考空间，运用不适当反而会使学习者沉浸在虚幻的世界中，难以自控。虚拟现实有其二重性：对于人的感官来说，它是真实存在的；对于所构造的物体来说，它又是不存在的。因此，能利用这一技术模仿许多高成本的、对人有危险的、或目前尚未出现的真实环境是极有价值的。例如，“仿真物理实验室”系统中，就使学生可以通过亲身实践做、看、听
7、的方式来学习。使用该系统，学生们可以停止时间的推移，以便仔细观察弹簧振子在关键点的运动轨迹随时间的变化过程；可以很容易的演示和控制物体的平抛运动的运动；还可以通过交互式数据模拟“让小车沿长木板匀速运动”等各种实验，从而较深刻地理解物理概念和定律。虚拟现实技术应用于教学是一项全新的课题，没有多少现成的经验可以借鉴。但正因为没有经验，正因为困难重重，这个课题所拥有的创造空间必然是空前广阔的。 二、虚拟现实技术运用于教学的功能优势 虚拟现实技术是计算机产生一种人为的空闯环境，通过多种专用设备让用户在视觉、听觉、触觉、嗅觉等多种感官上产生一种沉浸于虚拟环境的感觉。与传统的人机交互技术相比，虚拟现实具有
8、三个最突出的特征：交互性、沉浸感和想象性。这些特征应用于教育中主要有以下方面突出的优势。 (一)创设交互式学习环境，有利于促进学习方式的转变 新课程标准强调学生学习方式的转变，积极倡导自主、合作、探究的学习方式，重视学生主动积极的参与意识和精神。运用虚拟现实技术计算机生成的学习环境，让学习者可以从自己的视点出发，利用自然的技能和某些设备对这一生成的虚拟世界客体进行浏览和互动。这种技术方法不仅仅局限于常规的屏幕显示设备，而是多通道的人机交互模式，让学习者感觉似乎离开了自身所处的外部真实环境，已经沉浸在虚拟世界中，成为系统的组成部分。此时学习主要不是依赖教师的讲授，而是依靠学习者与环境的互动学习者
9、通过自身的感受，经过大脑思考和分析，形成目标实施策略，通过界面操作，系统接收信号，智能化地进行反馈，达到真正意义上的交互。这种探索性的学习，更有利于学习者进行自主的建构式学习。使人有可能从定性和定量综合集成的虚拟环境中得到感性和理性的认识，进而深化概念、产生新意和构想，主动地寻求、探索和接受信息。这一学习方式和原来的接受型、被动型的学习方式从本质上是不同的。学习方式的转变不仅仅是学习方法的转变，还涉及学习习惯、学习态度、学习意识、学习品质等心理因素和心理力量。(二)提供多元化认知工具，有利于促进师生角色的转变 传统教学中，教师往往直接掌握教学活动，学生的主体地位受到很大的限制，学生合作少，探索
10、性、创造性不易发挥。虚拟现实技术使教师的角色传统意义上知识的传授者、控制者，转变为学习活动的引导者、促进者和支持者。 虚拟现实技术可以从三维视觉、听觉、触觉或嗅觉等多途径，让学习者感觉自己融合在虚拟环境中，这不仅意味着把学习的主动权重新交给了学生，更意味着教师教的方式产生了根本的转变：灌输变为启发、领导变为诱导、命令变为帮助。从而使以教师为中心，学生围着老师转的教学模式变成以学生为中心，老师为学生学习提供支持。这种支持可能是直接面对面的帮助，也可能是通过环境变量的控制进行的间接的帮助。学生自己决定学什么，怎么学。 (三)虚拟现实技术运用于教学的价值取向 1从关注运用新兴技术到关注教学内涵和效果
11、 在教学中，新技术的使用都是为了提高教学效果。有时看似新鲜的技术反而阻碍了老师的创造思维，更改了原来的优秀教学计划，固然使课堂活跃了、使学生活跃了，但这却是以课堂内涵和教学效果的弱化为代价的。表面上看是将虚拟现实技术运用于教学了，实际上却违背了教学的宗旨。在不断的实践中更多地关注运用新技术后，是否提升了课堂的内涵，是否优化了教学效果，是否有利于促进学生发展?并且逐渐提高每次课堂教学、每个教学环节的效率的意识。 2从关注少数学生到关注更广泛的学习群体受到班级集体授课形式的制约 传统的课堂教学中教师对学生群体的关注往往不够广泛，往往只是比较积极的一部分同学活跃在教师的视野之内，而缺乏学习兴趣和学习
12、动机的学生往往保持沉默。在虚拟现实技术与教学的整合中，教师可以运用虚拟技术手段，尽可能使每一个学习者都身临其境，感受学习氛围，调动每位学习者的积极性，激发他们的学习动机。 3从关注知识的传授与获得到关注学生的学习过程与方法 在虚拟现实技术运用到教学的探索中，若很多教师依然如往常一样将教学活动的重点放在相关知识的传授和相关结论的告知上，虚拟现实技术所起的作用仅仅是辅助教师教学的工具，其启发学习者思考、促进发展的内在功能并没有被激发出来。学习者的学习不仅意味着是他接受了多少知识或结论，更是一个发现问题、分析问题、解决问题的动态过程，如果没有学习者的质疑、判断、比较、选择、分析、综合，没有多种观点的
13、碰撞和论争，学习者很难学会获得知识的方法。在虚拟现实技术运用的过程中，教师可以引导学生关注自己的学习过程，引导学生反思自己在学习过程中所采用的方法，从而使学生学会学习。 随着虚拟现实技术的发展和成熟，它将更准确地模拟和表现那些在现实中存在的，但在课堂教学环境下用别的方法很难做到或者要花费很大代价才能显现的各种事物。利用其交互性、沉浸性和操作性的特点来表现教学内容，充分调动学习者的主动性和创造性，解决教学中的重点和难点，促进学习者对学习素材的探索，提高教育教学的效能。我们相信虚拟现实技术作为一个新型的教育媒体，能使真实问题通过虚拟手段获得认知，解决以前无法解决的问题，将给教育带来一系列的重大变革，并逐渐受到教育工作者的重视和青睐，最终在现代教育领域得到广泛应用并发挥其重要作用，营造一个更和谐、更有效的教育环境。
