虚拟现实技术在教育教学中的应用

虚拟现实技术在教育教学中的应用摘要：虚拟现实技术是近期发展起来的新技术，它在现代教学中的应用研究正逐渐成为热点。该文介绍了虚拟现实技术的基本内涵、主要特征，深入分析了虚拟现实技术应用于现代教学的理论基础，探讨了虚拟现实技术在现代教学中的应用类型、应用形式以及应用领域。

关键词：虚拟现实教育教学应用

一.引言

虚拟现实技术是近些年来研究活跃，它综合了计算机图形学，图像处理与模式识别，智能技术，传感技术，语言处理与音响技术，网络技术等多门学科，将计算机处理的数字化信息变为人们所能感受到的具有各种表现形式的多维信息。尤其是虚拟现实技术作为新的教学媒体，它的出现将对现代教学产生极大的影响。

二. 虚拟现实概述

1.虚拟现实技术的基本内涵

虚拟现实技术的基本内涵包括：操作者可以通过人的自然动作来与虚拟环境发生交互；虚拟的实体不是客观存在的，是由计算机通过相应的算法来生成的；虚拟现实需要依靠专门的传感设备来进行交互作用。[1]

2.虚拟现实技术的主要特征

沉浸性——虚拟现实技术根据人类的视、听觉的生理心理特点，

借助电脑，传感器和图像生成系统虚拟真实环境，让参与者体会到身临其境的感觉，即“沉浸”于虚拟的环境中。

交互性——主要是指实现参与者与虚拟环境中的对象交互操作，达到真正的人机和谐。

构想性——强调虚拟现实技术不仅可再现真实情境，还可随意地构想客观现实不存在的、甚至是不可能发生的环境。

3.虚拟现实技术的分类

虚拟现实技术根据不同的分类方式有多种分法，这里主要介绍按功能不同分为三种类型：沉浸型格局、简易型和共享型。

沉浸型虚拟现实系统是一套使用户全身心地沉浸或者投入到虚拟情境中。

简易型虚拟现实系统由普通的计算机系统组成，用户通过键盘、鼠标便可与虚拟情境进行交互作用。

共享型虚拟现实系统是利用远程网络，将异地用户联结起来，通过网络对同一虚拟世界进行观察和操作。[2]

三.虚拟现实在教育上应用的理论依据

1.传统学习环境中难以促进学习者对知识进行正向迁移

传统的学习情境中，学生通过传统的阅读和记忆方式学习，在特定的条件下，这种学习方式有时候不是积极有效的学习方式。抽象科学概念的掌握需要学习者建构关于现象的智力模型，而这种模型经常混合了难以理解的抽象性概念等不可见因素。然而在现实世

界中如果没有实际的物体被感知，学生在学习这些概念时就不能类推，不能在头脑中建构相对应的认知结构模型，从而也就不能形成知识的正迁移。

2.建构主义是虚拟现实在教育领域中应用的理论依据

虚拟现实技术在教育领域中应用最重要的理论支持就是建构学习理论中的情境学习理论。建构主义学习理论认为知识不是通过教师传授得到的，而是学习者积极主动的进行有意义的建构获得的。情境化教学的倡导者认为：只有把学习置于社会和物理的环境中，使学习者能够感知、应用所学到的知识，这种学习才是有意义的学习。[3]

四.虚拟现实技术在教育教学中的应用领域

1.虚拟校园

虚拟校园是虚拟现实技术最早在教育领域的具体应用，虽然大多数虚拟校园仅仅只实现校园场景的浏览功能，但虚拟现实技术提供的这种活的浏览方式和新的媒体表现形式具有鲜明的特征。随着网络时代的到来，网络教育迅猛发展，尤其是在宽带技术广泛应用的今天，国内一些高校以及教育机构已经开始推广和使用虚拟校园模式。

2.虚拟教学

在教育教学方面，可以应用虚拟模拟进行演示、探索、教学。利用简易型虚拟现实技术表现某些系统的结构和动态，为学生提供

一种可供他们体验和观测的环境。建立教学模拟的关键在于创建被模拟对象的模型，然后用计算机描述此模型，通过运算产出。这些输出能够在一定程度上反映真实世界的行为。教学模拟是一种十分有价值的cai 模式，在教学中有广泛的应用。

3.虚拟培训

虚拟现实技术的沉浸性和交互性，能够使学生在虚拟学习情境中全身心地投入学习，非常利于学生的技能学习训练。利用沉浸型虚拟现实系统，可以做多种技能训练，对高职高专技能性教学有着极大的推动作用。

4.虚拟实验

尽管虚拟实验室虽然并不是真实实验室，但它具有优于真实实验室的特点，如：虚拟实验室无磨损、无破坏，可多次反复使用；虚拟实验可以规避真实实验操作中可能存在的各种危险；可以把抽象的理论概念直观化、形象化，方便学习者对知识的理解；虚拟实验有利于培养学生的创新意识和探索精神。[4]

五.虚拟现实在教学中的应用类型

从虚拟现实的建立和作用来看，虚拟现实系统主要有以下五个要素：专家、真实世界、认知模型、虚拟世界和学习者。根据它们之间的相互关系与在教学中的具体应用实践可以将虚拟现实将其分为四种类型：概念学习、技能训练、协作学习和科学研究。[5] （1）概念学习：专家在现实环境中研究，通过相关科学分析的

方法建立相应的认知模型，通过计算机辅助技术建立各种感知模型来创设与之相关的虚拟环境，通过其反馈来不断调整自己的认知模型，并由此而重新调整虚拟环境，直到与真实世界相符为止。

（2）技能训练：与概念学习类似，专家首先模拟出和真实环境相符的虚拟环境。学习者根据虚拟环境的反馈来训练相关技能，并不断的纠正直至达到相关要求。

（3）协作学习：依旧与概念学习类似，专家首先模拟和真实环境相符的虚拟环境。学习者一方面可以通过虚拟环境来进行自己知识的学习，或者也可以根据其环境的反馈进行协作学习，从而建构自己的知识结构体系。

（4）科学探究：专家首先模拟和真实环境相符的虚拟环境。学习者可以自身独立进行或者选择与他人合作的方式，进行探索研究，通过科学的方法建构自己的认知结构体系，形成相关认知模型，再通过虚拟环境的反馈来检验与调整自己的认知模型结构。

六.虚拟现实在教学中的应用形式

1.虚拟实物：是指用虚拟现实的方法来展现教学中用到的实物，学习者可以根据自己的主观意愿来对虚拟的实物进行移动、旋转或缩放，通过对虚拟实物的操作来完成相应知识的意义建构。

2.虚拟游览：是指用虚拟的方法创设一个教学场景，学习者可以根据自己的主观意愿来选择游览路线、速度和视点，通过在虚拟场景里的浏览，从而使得意义建构得到完成。