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虚拟现实对教育的影响
摘要：几年来虚拟现实技术飞速发展，它提供一种‘实物和模型’的环境，与戴尔的‘经验之塔’最底层不谋而合，虚拟现实在显示和提供直接的目的的经验方面是最有效果的，可以向学习者提供一种最具真实感的学习模式。本文就是在对虚拟现实的内涵有一定了解的基础上，与教育结合起来，使虚拟现实技术在教育中发挥更大的作用。

关键词：虚拟现实； 教育 ； 虚拟现实教学
一、 虚拟现实的介绍
1、 虚拟现实的定义
虚拟现实(简称 VR)是近年来出现的高新技术，也称人工环境。虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。

2、 虚拟现实的基本特征
（1）浸没性浸没性是指用户感到作为主角存在与模拟环境中的真实程度。理想的环境应该使用户难以分辨真假。使用户全身心投入到模拟环境中，该环境中的一切看，听，动上去感觉都是真的，如同在现实世界中的感觉。

（2）交互性用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度。如，用户可以用手直接抓取模拟环境中虚拟的物体，这时手有握着东西的感觉，并可以感觉物体繁荣重量，视野中被抓的物体也能立刻随着手的移动而移动。
（3）构想性强调虚拟现实技术具有广阔的可想象空间，可拓展人类认知范围，不仅可再现真实存在的环境，也可以随意构想客观不存在的甚至是不可能发生的环境。3、 虚拟现实的类型
3、 虚拟现实的类型

（1）沉浸式 VR 系统它是一种高级的虚拟现实系统，提供了一个完全沉浸的体验，使用户有一种置身与虚拟境界之中的感觉。它利用头盔式显示器和其他设备，把参与者的视觉、听觉和其它感觉封闭起来，并提供一种身临其境、全心投入和沉浸其中的感觉。这是一套比较复杂的系统。

（2）增强式 VR 系统它是把真实环境和虚拟环境结合在一起的一种系统，它既允许用户看到真实的世界，同时也可以看到叠加在真实世界的虚拟对象，这种系统既可减少对构成复杂真实环境的计算，又可对实际物体进行操作，真正达到亦真亦幻的境界。

（3）桌面层次 VR 系统亦称为简易型虚拟现实系统，它是利用计算机创建虚拟环境，将计算机屏幕作为用户观察虚拟境界的一个窗口，使用者通过键盘、鼠标便可与虚拟环境进行交互。
二、 虚拟现实与教育的结合

1、 虚拟现实与教育理论的结合

从教育的发展过程看，任何一种新技术、新媒体的出现，都会引起教育上的革命；纸和印刷术的出现，广播和电视技术的发展，计算机和网络技术的发展，都曾经引起了教育在质和量上的飞跃。毫无疑问，虚拟现实与教育相结合，也一定会在教育领域中产生质和量的飞跃。
（1） 认知理论
认知主义学习论对学习的基本解释是：学习是一种内部发展的过程，是一种由同化和顺应交替发生做用，从而导致生理，心理从平衡状态到不平衡状态的循环过程。与此相对应，认知主义的教学观念是：为学生提供一种对自身进行认知加工的特定情境和特殊过程，从而在促进学生认知结构的形成过程中推动学生的认知发展。虚拟现实与教育相结合，必须从学生的认知心理出发，注重学生的具体经验和对情境的理解，使得学习者的新旧知识之间的同化顺利完成，建构起自己的认知结构，促进认知发展。

（2）建构理论
建构主义理论认为，知识不是通过教师传授得到，而是学习者在一定的情景即社会文化背景下，借助其他人（包括教师和学习伙伴），利用必要的学习资料，通过意义建构的方式获得，由于学习是在一定情景即社会文化背景下，借助其他人的帮助即通过人际间的活动而实现的意义建构过程，故建构主义学习理论认为“情境”、“协做”、“会话”和“意义建构”是学习环境中的四大要素或四大属性，虚拟现实技术的特性是有利于这四大特性的充分体现，从而能有效地创设建构主义学习环境，使学习者可以在其中进行自由探索和自主学习，激发学生的学习积极性，帮助学生建构当前所学知识的意义。事实证明，虚拟现实技术有效地创设建构主义学习环境。

建构主义为发展 VR 在教育中的应用提供了最好的理论基础。建构主义认为，知识的建构来自于个人体验。VR 的沉浸性去除了参与者与计算机之间的界限，为个人了解世界创设了一种体验，有助于材料的学习。VR 为学生进行非符号系统的学习创设环境，从而避免学生学习建立在符号系统的学科时失败。

（3）模拟情境
虚拟现实与教育相结合，主要是物理模拟，即通过设计与原型（自然现象或过程）相似的模型，并利用该模型来间接地研究原型规律：模拟那些尚无简单有效的仪器可以演示的实验：模拟那些不易观察或不能从外部直接观察其内部状态规律的系统：重视稍纵即逝的自然现象或过程等等。

虚拟现实构造的环境应从学习者的视角出发，使其如同感受真实世界一样，为其提供直观、有效的交互，使之能从空间和现象的内部角度来观察事物，更好地理解掌握所获得的信息，提高抽象思维能力。

2、 虚拟现实对教育的影响
（1）对传统教学模式的影响

改变传统的教师主宰课堂的模式，改变学生被动接受知识，缺乏创新思维和创新能力。多媒体，网络，加上虚拟现实技术的迅猛发展。这些技术能提供界面友好、形象直观的交互式学习环境；能提供图文声像并茂的多种感官综合刺激等等。

（2）对教学手段的影响互动启发式教学。通过身临其境的、自主控制的人机交互，由视觉、听觉、触觉获取，提供生动活泼的直观形象思维材料、展现学生不能直接观察到的事物等，形成知识点。学生从思维，情感和行为多面的参与教学活动。
发现式教学。这是一种以解决问题为中心的教学形式，虚拟现实在实训教学中可以让学生进入问题存在的环境，有针对性地建构虚拟情境，引导学生进行探究。能提供良好的人机交互，还允许学生出错，自行了解错误的根由及后果，发现解决问题的方法。
（3）对教学实验的影响实验是多数教学弥补教学设备的不足。在远程教学实验中，往往因为实验设备，产地，经费等方面的原因，使一些教学实验无法进行。虚拟现实可以弥补这点不足，学生足不出户便可实验，获得真实的体会，从而丰富了感性认识。避免真实试验或操作所带来的各种危险。
（4）对学习方式的影响

虚拟现实系统可以虚拟历史人物、伟人、名人、教师、学生、医生等各种人物形象，创设一个人性化的学习环境，使远程教育的气氛更加活跃、自然、亲切。例如：英语学习，让学生与人交谈，达到训练学生口语的目的。

（5）对角色的影响
虚拟现实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

入到学习环境中去，这非常有利于学生的技能训练。如：驾驶训练。
三、 虚拟现实在教育中的应用

1、 课堂教学

课堂教学是教学的主要方式，也是虚拟现实运用于教学的主要战场。根据不同的学科，虚拟现实发挥着不同的作用，主要有以下方面的应用：立体物体的展示，立体空间的展示，展品的介绍，虚拟空间的营造与构建，虚拟场景的构造等。

（1）立体物体的展示

通过虚拟现实，我们可以构建一个与实物同样的三维物体，如在高中立体几何的三垂线定理是立体几何教学中的一个重点同时也是一个难点。这时我们如果利用 VRML 语言画出题目中的这几条线，然后让学生在各个视觉去观察，一则省却了实物的制作，二则让学生按照自己的意愿去观察。还有一些关于空间直线之间的位置、平面之间的位置关系及二面角等方面的教学，教师都可以比较容易地制作出较精致的桌面虚拟现实来辅助数学教学。

（2）立体空间的展示

立体空间是指在现实世界中存在的或者根据历史资料在历史中曾经真实存在的空间。在教学中，我们可能需要向学生展示这些空间，但由于条件的限制，不可能让学生进入这些空间，在以往教学中，可能只能够通过教师的描绘来激发学生的想象，在学生的头脑中创建出这个虚拟的空间来。使用虚拟现实，我们不仅能在学生头脑中建立这些空间，而且可以让学生看得见、听得见，甚至可以摸得着。如：在中学历史教学中，古罗马在人类文明发展史上占有重要的地位。如何将像古罗马这样的失落的远古外国文明介绍给学生，使他们进行建筑学、艺术史、古代史和古文学史的学习呢？ 进入这个完全虚拟的世界，学生会感到置身于陌生的异域环境中，古罗马的各种人文景观历历在目，你可以跟随讲着拉丁语或英语的向导在虚拟的世界里漫游，同扮演着各种角色的虚拟演员谈话。可以想象到这种再造古罗马对学生的吸引力，学生可以身临其境地观察各种艺术奇观、雕塑、绘画艺术品，体会当时的人文环境，观察古罗马的各种建筑特点，比较对此后的文化复兴的影响，观察住宅的建造格，而且从各个方位去看都是那么的美丽、匀称。

2、 科学实验

一般学校现有的条件下，有许多实验是根本不可能做的，如核反应实验，还有些实验是不能让学生做的，如涉及到放射性物质或有毒物质的部分。利用 VR 技术，可以有效地解决实验条件与实验效果之间的矛盾。在教学中，许多昂贵的实验、培训器材，由于受价格的限制而无法普及。如果利用 VR 技术，在多媒体计算机上建立虚拟实验室，学习者便可以走进这个虚拟实验室，身临其境般的操作虚拟仪器，操作结果可以通过仪表显示身体的感受反馈给学生，来判断操作是否正确。这种实验既不消耗器材，也不受场地等外界条件限制，可重复操作，直至得出满意结果。VR 实验室的一大优点还在于其绝对的安全性，不会因操作失误而造成人身事故。
四、虚拟现实在教育中存在不足
（1）弥补远程教学条件的不足。
在远程教学中，往往会因为实验设备、实验场地、教学经费等方面的原因，而使一些应该开设的教学实验无法进行。利用虚拟现实系统，可以弥补这些方面的不足，学生足不出户便可以做各种各样的实验，获得与真实实验一样的体会，从而丰富感性认识，加深对教学内容的理解。
（2） 避免真实实验或操作所带来的各种危险。
以往对于危险的或对人体健康有危害的实验，一般采用电视录像的方式来取代实验，学生无法直接参与实验，获得感性认识。利用虚拟现实技术进行虚拟实验，则可以免除这种顾虑。学生在虚拟实验环境中，可以放心地去做各种危险的或危害人体的实验。例如，虚拟的化学实验，可以避免化学反应所产生的燃烧、爆炸所带来的危险；虚拟的外科手术，可避免由于学生操作失误，而造成“病人”死亡的医疗事故；虚拟的飞机驾驶教学系统，可免除学员操作失误而造成飞机坠毁的严重事故。

（3） 彻底打破空间、时间的限制。
利用虚拟现实技术，可以使学生进入到大至宇宙天体，小至原子粒子的内部进行观察，甚至进行交互。这是电视录像媒体所无法比拟的。虚拟技术还可以突破时间的限制，一些需要几十年甚至上百年才能观察的变化过程，通过虚拟现实技术，可以在很短的时间内呈现给学生观察。例如，生物中的孟德尔遗传定律，用果蝇做实验往往要几个月的时间，而虚拟技术在一堂课内就可以实现。

（4） 可以虚拟人物形象。
虚拟现实系统可以虚拟历史人物、伟人、名人、教师、学生、医生等各种人物形象，创设一个人性化的学习环境，使远程教育的气氛更加活跃、自然、亲切。例如，在虚拟的课堂学习气氛中，远教学生可以与虚拟的教师、学生一起交流、讨论，共同探讨学习中的各种问题，进行协作化学习。在思想品德课教学中，学生可以与虚拟的先进人物一起座谈、交流，通过先进人物的言行来感化学生，从而达到思想品德教育的目的。在外语教学中，可以通过计算机虚拟学生到国外旅游的情境，让学生与人交谈，达到训练学生口语的目的。

虚拟现实技术能够为学生提供生动、逼真的学习环境，学生能够成为虚拟环境的一名参与者，在虚拟环境中扮演一个角色，这对调动学生的学习积极性，突破教学的重点、难点，培养学生的技能都将起到积极的作用。
五、 虚拟现实在教育中的未来展望

教育专家指出：崭新的技术，会带给我们崭新的教育思维，解决了我们以前无法解决的问题，将给我们的教育带来一系列的重大变革。亲身去经历、亲身去感受比空洞抽象的说教更具说服力。主动地去交互与被动的观看，有质的差别。在教育技术领域，虚拟现实技术在科技研究、虚拟仿真校园，虚拟教学、虚拟实验，教育娱乐等方面的应用更为广泛性 。
参考文献：

[1] 卢宁， 卢辉炬著，虚拟现实与缄默知识的获得，广西师范大学学报，2002，10

[2]马捷著，论虚拟现实技术在获取企业专家隐性技术知识中的作用，图书情报工作，2006，

10

[3]常雯，李冰等著，虚拟现实在教育技术中应用的思考