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【摘 要】虚拟现实技术作为一种辅助教学手段在教育领域的应用，改变了单一外部刺激教学模式，更有利于知识的获取与保持，提高教学质量。它在教学上的应用能有效地促进学生的认识结构的形成和发展，促进人们的认识观念、教育观念发生根本性的变化。本文探讨了虚拟现实技术及其在教育教学中的应用和优势，以及对教学产生的影响。
【关键词】虚拟现实 教育 教学
虚拟现实技术作为一种新型的教学媒体，改变了以往的人机交互方式，能让浏览者全身心地投入到虚拟环境中，让学习者通过亲自的“经历”与“感受”在与虚拟场景交互的过程中获得知识。作为一种全新的教学媒体形式，虚拟现实技术在教育中充分激发学习者的兴趣与积极性，提高学习者的学习效率，更有利于学习者的知识获取。并且，虚拟现实技术在教育方面的应用使教育模式不断发展，最显著的特点在于突破时空的限制，教师和学生可以借助各种现代教育技术的支持，在虚拟时空中完成教育活动，增强了各个学科的课堂教学效果，扩大学科间的横向联系，推动计算机辅助教育的不断前进。
一、虚拟现实技术概述
虚拟现实从本质上讲是一种先进的计算接口技术，是由计算机和电子技术创建的新世界，是一个看似真实的模拟环境。它将现实世界中存在的或者现实世界本来没有的事物和环境，通过各种技术虚拟出来，再通过视觉、听觉、触觉、味觉、嗅觉等因素的协同作用，然后通过多种传感设备，用户可根据自身的感觉，以人的自然技能对虚拟世界中的对象进行考察和操作，以自然的方式与这个环境进行交互(包括感知环境并干预环境)，通过实现用户和该环境直接进行交互参与其中的事件，使参与者“沉浸”于模拟环境，感觉到就如真实的世界一样。从而产生置身于相应真实环境的虚幻感、沉浸感和真实感。它集先进的计算机技术、传感与测量技术、仿真技术、微电子技术等为一体，是20世纪科学技术进步的结晶。
二、虚拟现实技术在教育领域中的应用
目前，虚拟现实技术在教育领域中的应用主要包括虚拟校园、虚拟教学、培训、虚拟实验以及科技研究。
虚拟校园是虚拟现实技术在教育领域最早的具体应用，虽然大多数虚拟校园仅仅实现校园场景的浏览功能，但虚拟现实技术提供活的浏览方式，全新的媒体表现形式都具有非常鲜明的特点。
在虚拟教学方面，应用教学模拟进行演示、探索、游戏教学。利用简易型虚拟现实技术表现某些系统（自然的、物理的、社会的）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工作是创建被模拟对象（真实世界）的模型，然后用计算机描述此模型，通过运算产生输出。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。
虚拟现实技术的特点在虚拟培训方面表现比较突出。虚拟现实技术的沉浸性和交互性，使学生能够在虚拟的学习环境中扮演一个角色，全身心地投入到學习中去，这非常有利于学生的技能训练。利用沉浸型虚拟现实系统，可以做各种各样的技能训练，对高职的实训、技能性教学有着无比强大的推动作用。
尽管虚拟实验室还不能达到真实实验室的相似程度。但与真实实验相比具有很多的优点，如：虚拟实验室不存在磨损、破坏，可反复使用；虚拟实验有利于避免真实实验操作所带来的各种危险；虚拟实验可以把抽象的概念理论直观化、形象化，方便学习者对概念的理解；虚拟实验有利于培养学生的探索精神和创新意识，利用虚拟实验可以对学习者学习过程中提出的各种假设模型进行虚拟，学习者可以直观的观察到这一假设所产生的结果和效果，并判断其在现实中的可行性。
三、虚拟现实技术应用于教育的优势
应用虚拟现实技术可以创建一个虚拟的学习空间，学习者在这个虚拟的学习空间内通过与真实空间相类似的学习过程获得经验，学习知识。虚拟现实技术与其他教学媒体相比较具有无可比拟的优势，具体表现在以下几点：
1.沉浸感
虚拟现实技术是根据人类的视觉、听觉的生理、心理特点，由计算机产生逼真三维立体图像，学习者成为虚拟场景中的一份子。学习者与虚拟环境中各种对象的相互作用就如同在现实世界中的一样。当学习者在场景中移动改变自己在虚拟场景中的位置时，虚拟场景中的图像、声音等信息也实时的跟随变化，对观察者的动作进行反馈。学习者在虚拟场景中，一切感觉都是那么逼真，所体会到的将是一个与现实世界极其接近的教学情景。根据建构主义的观点，学习成功的关键在于主动性、社会性和情景性。虚拟现实场景的沉浸感恰恰为学习者提供了一种有利于其知识建构的情景性。
2.自主性
虚拟现实场景是一个三维立体的空间，学习者处于虚拟现实场景中具有实时任意活动的自由。因而，利用虚拟现实技术来表现教学重点和难点问题，学习者可以根据个人特点选择最佳认知策略，迅速掌握所学知识的精华。虚拟现实的这种自主性是其他媒体形式所无法比拟的。
3.交互性
交互性是虚拟现实系统最显著的特征。虚拟现实系统中的人机交互是一种自然的交互，学习者不仅可以利用电脑键盘、鼠标与虚拟境界中的物体进行交互，而且能够通过特殊头盔、数据手套等传感设备进行交互。计算机能根据学习者的头、手、眼、语言及身体的运动，来调整系统呈现的图像和声音，学习者通过自身的语言、身体运动或动作等自然技能，就能对虚拟环境中的对象进行考察或操作。
4.多感知性
虚拟现实系统中装有视、听、触、动觉的传感及反应装置，学习者在虚拟环境中可获得视觉、听觉、触觉、动觉等多种感知信息，因而可以充分调动各种感官的积极性，进行实时的全方位的学习。
5.功能替代性
虚拟现实境界能提供多种感知信息，学习者在学习时可以利用一种感知能力代替另一种感知能力来进行学习，因而身有残疾的学习者可以利用多种感知信息来弥补其在某一方面的不足。例如：有视觉障碍的学习者可以通过听觉触觉等方面的刺激来弥补其在视觉信息获得上的不足，而手部有残疾的人可以利用声音与虚拟境界中的物体交互。虚拟现实系统的这种功能替代性不仅使得残疾人的特殊教育成为可能，也为正常人的学习提供了更多的方便。
四、虚拟现实技术对教学的影响
使用虚拟现实技术可以让信息的表现形式丰富多彩，实现了用可视、可听的信息来代替只能阅读的信息，用简洁形象的三维信息来代替抽象冗长的文字，用生动的动画形式来表现难以理解的文字叙述，为计算机辅助教育带来生气和活力，促进了教学观念、教学内容、教学手段的改变，并将导致整个教育思想、理论，甚至教学体制的根本变革。
1.教学观念的变化
在现代教育思想指导下，使用虚拟现实技术改进教学方法，从以教师为中心的授课形式改变为以学生为中心的个别化教学、合作化教学环境。在这个基础上教学内容的组织安排将特别强调由学生主动参与来构建知识结构，由学生被动听讲转变为“主动学习”，由“要我学”转变为“我要学”。教材的意义也将由传统的“教材控制”转变为“学习者控制”，教学内容外在形式的生动化与内在结构的科学化将更紧密地结合起来，这种环境将极大地促进教学观念发生变化。
2.教学内容的变化
教学内容是教学过程中传递的教学信息，是学生获取知识、掌握技术、发展能力的主要源泉。虚拟现实技术的引入使教学内容无论是外在形式还是内在结构都产生了很大的变化。
教学内容的外在形式可以用三维实景虚拟现实过程；对于看不见的变化、无法触摸的物体或有危险的场所，甚至自然界或现实生活中不可能存在的事件，也可以通过虚拟现实技术去展现。借助于计算机技术的强大功能，教学内容可以用最有效的方式来表现。
教学内容的组织上使用虚拟现实技术，多种媒体的信息结合为一体，以接近人类认知特点的方式去组织和展示教学内容、构建知识结构，这种网状的信息组织方式是一种非线性结构，可以将信息的组织形式与信息内容呈现的多样性、复杂性有效结合起来，为学生提供了一种动态、開放的结构化认知形式。
3.教学手段的变化
虚拟现实技术可以促使教学手段向科学化、高效益方向发展。与传统媒体相比，虚拟现实可以让学生通过分析、综合、比较、归纳、推理等高级思维技能围绕假设进行论证，接近或掌握真理，形成发现式的学习风格和策略，培养高层次的思维技能，这也是素质教育的重要内容之一。虚拟现实教学不受空间位置和相互距离的限制，可让远距离的师生或位置分散的学生共同“存在”于一个虚拟空间中，通过共同参与，且必须具备协同操作能力才能完成某些项目的设计或训练。这种教学手段与传统的课堂教学中师生之间的交流仅局限于固定时间、固定空间的结构中有很大的差别，不但师生之间可有效交流，而且学生之间能实现协作，有利于培养学生的协作能力。此外，虚拟现实技术能够把教学中的抽象概念、原理以形象生动的方式表现出来，给学生创设一个“虚拟”的学习情境，帮助学生把握概念原理的实质。
五、总结
虚拟现实技术进入教育的研究将对探索、发展现代教育思想，提高教育技术水平，改善实验环境，优化教学过程，培养具有创新意识和创新能力的人才产生深远的影响。并将有助于解决传统教学不能解决或难以解决的问题。综合运用虚拟现实技术、多媒体技术和网络技术，尽量发挥虚拟现实技术的集成性、控制性和交互性的特点。同时，这些运用还有利于教育向网络化、终身化、虚拟化发展。■
参考文献:
[1]申蔚，夏力文.虚拟现实技术.北京：北京希望电子出版社，2002
[2]邹湘军，孙健.虚拟现实技术的演变发展与展望.系统仿真学报，2004
[3]赵士滨.虚拟现实技术进入高校教学的研究与实现.电化教育研究，2001
[4]丘京松.虚拟现实技术在教育领域的应用.http://www.86vr.com/case/education/200507/6230.html.2005
[5]巫影.虚拟现实技术综述.计算机与数字工程，2002
[6]郭凤英,林锡渲.网上虚拟现实的开发.微计算机应用，2000
[7]赵建华.虚拟现实技术及其教育应用.现代教育技术与教育现代化.汕头：汕头大学出版社，1997
【关键词】虚拟现实 教育 教学
虚拟现实技术作为一种新型的教学媒体，改变了以往的人机交互方式，能让浏览者全身心地投入到虚拟环境中，让学习者通过亲自的“经历”与“感受”在与虚拟场景交互的过程中获得知识。作为一种全新的教学媒体形式，虚拟现实技术在教育中充分激发学习者的兴趣与积极性，提高学习者的学习效率，更有利于学习者的知识获取。并且，虚拟现实技术在教育方面的应用使教育模式不断发展，最显著的特点在于突破时空的限制，教师和学生可以借助各种现代教育技术的支持，在虚拟时空中完成教育活动，增强了各个学科的课堂教学效果，扩大学科间的横向联系，推动计算机辅助教育的不断前进。
一、虚拟现实技术概述
虚拟现实从本质上讲是一种先进的计算接口技术，是由计算机和电子技术创建的新世界，是一个看似真实的模拟环境。它将现实世界中存在的或者现实世界本来没有的事物和环境，通过各种技术虚拟出来，再通过视觉、听觉、触觉、味觉、嗅觉等因素的协同作用，然后通过多种传感设备，用户可根据自身的感觉，以人的自然技能对虚拟世界中的对象进行考察和操作，以自然的方式与这个环境进行交互(包括感知环境并干预环境)，通过实现用户和该环境直接进行交互参与其中的事件，使参与者“沉浸”于模拟环境，感觉到就如真实的世界一样。从而产生置身于相应真实环境的虚幻感、沉浸感和真实感。它集先进的计算机技术、传感与测量技术、仿真技术、微电子技术等为一体，是20世纪科学技术进步的结晶。
二、虚拟现实技术在教育领域中的应用
目前，虚拟现实技术在教育领域中的应用主要包括虚拟校园、虚拟教学、培训、虚拟实验以及科技研究。
虚拟校园是虚拟现实技术在教育领域最早的具体应用，虽然大多数虚拟校园仅仅实现校园场景的浏览功能，但虚拟现实技术提供活的浏览方式，全新的媒体表现形式都具有非常鲜明的特点。
在虚拟教学方面，应用教学模拟进行演示、探索、游戏教学。利用简易型虚拟现实技术表现某些系统（自然的、物理的、社会的）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工作是创建被模拟对象（真实世界）的模型，然后用计算机描述此模型，通过运算产生输出。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。
虚拟现实技术的特点在虚拟培训方面表现比较突出。虚拟现实技术的沉浸性和交互性，使学生能够在虚拟的学习环境中扮演一个角色，全身心地投入到學习中去，这非常有利于学生的技能训练。利用沉浸型虚拟现实系统，可以做各种各样的技能训练，对高职的实训、技能性教学有着无比强大的推动作用。
尽管虚拟实验室还不能达到真实实验室的相似程度。但与真实实验相比具有很多的优点，如：虚拟实验室不存在磨损、破坏，可反复使用；虚拟实验有利于避免真实实验操作所带来的各种危险；虚拟实验可以把抽象的概念理论直观化、形象化，方便学习者对概念的理解；虚拟实验有利于培养学生的探索精神和创新意识，利用虚拟实验可以对学习者学习过程中提出的各种假设模型进行虚拟，学习者可以直观的观察到这一假设所产生的结果和效果，并判断其在现实中的可行性。
三、虚拟现实技术应用于教育的优势
应用虚拟现实技术可以创建一个虚拟的学习空间，学习者在这个虚拟的学习空间内通过与真实空间相类似的学习过程获得经验，学习知识。虚拟现实技术与其他教学媒体相比较具有无可比拟的优势，具体表现在以下几点：
1.沉浸感
虚拟现实技术是根据人类的视觉、听觉的生理、心理特点，由计算机产生逼真三维立体图像，学习者成为虚拟场景中的一份子。学习者与虚拟环境中各种对象的相互作用就如同在现实世界中的一样。当学习者在场景中移动改变自己在虚拟场景中的位置时，虚拟场景中的图像、声音等信息也实时的跟随变化，对观察者的动作进行反馈。学习者在虚拟场景中，一切感觉都是那么逼真，所体会到的将是一个与现实世界极其接近的教学情景。根据建构主义的观点，学习成功的关键在于主动性、社会性和情景性。虚拟现实场景的沉浸感恰恰为学习者提供了一种有利于其知识建构的情景性。
2.自主性
虚拟现实场景是一个三维立体的空间，学习者处于虚拟现实场景中具有实时任意活动的自由。因而，利用虚拟现实技术来表现教学重点和难点问题，学习者可以根据个人特点选择最佳认知策略，迅速掌握所学知识的精华。虚拟现实的这种自主性是其他媒体形式所无法比拟的。
3.交互性
交互性是虚拟现实系统最显著的特征。虚拟现实系统中的人机交互是一种自然的交互，学习者不仅可以利用电脑键盘、鼠标与虚拟境界中的物体进行交互，而且能够通过特殊头盔、数据手套等传感设备进行交互。计算机能根据学习者的头、手、眼、语言及身体的运动，来调整系统呈现的图像和声音，学习者通过自身的语言、身体运动或动作等自然技能，就能对虚拟环境中的对象进行考察或操作。
4.多感知性
虚拟现实系统中装有视、听、触、动觉的传感及反应装置，学习者在虚拟环境中可获得视觉、听觉、触觉、动觉等多种感知信息，因而可以充分调动各种感官的积极性，进行实时的全方位的学习。
5.功能替代性
虚拟现实境界能提供多种感知信息，学习者在学习时可以利用一种感知能力代替另一种感知能力来进行学习，因而身有残疾的学习者可以利用多种感知信息来弥补其在某一方面的不足。例如：有视觉障碍的学习者可以通过听觉触觉等方面的刺激来弥补其在视觉信息获得上的不足，而手部有残疾的人可以利用声音与虚拟境界中的物体交互。虚拟现实系统的这种功能替代性不仅使得残疾人的特殊教育成为可能，也为正常人的学习提供了更多的方便。
四、虚拟现实技术对教学的影响
使用虚拟现实技术可以让信息的表现形式丰富多彩，实现了用可视、可听的信息来代替只能阅读的信息，用简洁形象的三维信息来代替抽象冗长的文字，用生动的动画形式来表现难以理解的文字叙述，为计算机辅助教育带来生气和活力，促进了教学观念、教学内容、教学手段的改变，并将导致整个教育思想、理论，甚至教学体制的根本变革。
1.教学观念的变化
在现代教育思想指导下，使用虚拟现实技术改进教学方法，从以教师为中心的授课形式改变为以学生为中心的个别化教学、合作化教学环境。在这个基础上教学内容的组织安排将特别强调由学生主动参与来构建知识结构，由学生被动听讲转变为“主动学习”，由“要我学”转变为“我要学”。教材的意义也将由传统的“教材控制”转变为“学习者控制”，教学内容外在形式的生动化与内在结构的科学化将更紧密地结合起来，这种环境将极大地促进教学观念发生变化。
2.教学内容的变化
教学内容是教学过程中传递的教学信息，是学生获取知识、掌握技术、发展能力的主要源泉。虚拟现实技术的引入使教学内容无论是外在形式还是内在结构都产生了很大的变化。
教学内容的外在形式可以用三维实景虚拟现实过程；对于看不见的变化、无法触摸的物体或有危险的场所，甚至自然界或现实生活中不可能存在的事件，也可以通过虚拟现实技术去展现。借助于计算机技术的强大功能，教学内容可以用最有效的方式来表现。
教学内容的组织上使用虚拟现实技术，多种媒体的信息结合为一体，以接近人类认知特点的方式去组织和展示教学内容、构建知识结构，这种网状的信息组织方式是一种非线性结构，可以将信息的组织形式与信息内容呈现的多样性、复杂性有效结合起来，为学生提供了一种动态、開放的结构化认知形式。
3.教学手段的变化
虚拟现实技术可以促使教学手段向科学化、高效益方向发展。与传统媒体相比，虚拟现实可以让学生通过分析、综合、比较、归纳、推理等高级思维技能围绕假设进行论证，接近或掌握真理，形成发现式的学习风格和策略，培养高层次的思维技能，这也是素质教育的重要内容之一。虚拟现实教学不受空间位置和相互距离的限制，可让远距离的师生或位置分散的学生共同“存在”于一个虚拟空间中，通过共同参与，且必须具备协同操作能力才能完成某些项目的设计或训练。这种教学手段与传统的课堂教学中师生之间的交流仅局限于固定时间、固定空间的结构中有很大的差别，不但师生之间可有效交流，而且学生之间能实现协作，有利于培养学生的协作能力。此外，虚拟现实技术能够把教学中的抽象概念、原理以形象生动的方式表现出来，给学生创设一个“虚拟”的学习情境，帮助学生把握概念原理的实质。
五、总结
虚拟现实技术进入教育的研究将对探索、发展现代教育思想，提高教育技术水平，改善实验环境，优化教学过程，培养具有创新意识和创新能力的人才产生深远的影响。并将有助于解决传统教学不能解决或难以解决的问题。综合运用虚拟现实技术、多媒体技术和网络技术，尽量发挥虚拟现实技术的集成性、控制性和交互性的特点。同时，这些运用还有利于教育向网络化、终身化、虚拟化发展。■
参考文献:
[1]申蔚，夏力文.虚拟现实技术.北京：北京希望电子出版社，2002
[2]邹湘军，孙健.虚拟现实技术的演变发展与展望.系统仿真学报，2004
[3]赵士滨.虚拟现实技术进入高校教学的研究与实现.电化教育研究，2001
[4]丘京松.虚拟现实技术在教育领域的应用.http://www.86vr.com/case/education/200507/6230.html.2005
[5]巫影.虚拟现实技术综述.计算机与数字工程，2002
[6]郭凤英,林锡渲.网上虚拟现实的开发.微计算机应用，2000
[7]赵建华.虚拟现实技术及其教育应用.现代教育技术与教育现代化.汕头：汕头大学出版社，1997