基于虚拟现实技术的教学功能研究分析

来源:用户上传      作者:孙玥 李晶

　　[摘    要] 当前，大数据、人工智能、区块链等新技术的飞速发展，经济和社会产业的信息化步伐不断加快，社会整体信息化水平不断提高，信息技术对教育的影响也越来越明显。随着教育信息化发展进程的推进，越来越多的新技术、新工具被引入到课堂教学中。虚拟现实技术作为一种快速崛起的新型技术，近年来被广泛应用于教育领域。通过这样的技术手段可以激发学习动机、创设学习情境、增强学习体验、感受心理沉浸、实现人机交互等。因此有必要进一步挖掘虚拟现实技术的教学功能。
　　[关键词] 虚拟现实技术;教育应用;教学功能
　　doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2020. 05. 091
　　[中图分类号] G434    [文献标识码]  A      [文章编号]  1673 - 0194（2020）05- 0215- 02
　　0      前    言
　　近年来，越来越多的信息技术手段被引入到教学领域中，虚拟现实技术的飞速发展，不仅带来了新的技术革命，而且还为推进教育理念的更新、教学模式的变革“赋能”。因此，在教育教学中，发挥虚拟现实的技术优势，推进新技术与教育教学的进一步融合，这已经成为一个非常有价值的问题。
　　1      虚拟现实技术的特点分析
　　虚拟现实技术（Virtual Reality，VR），是通过计算机仿真手段，产生一个3D立体的空间，同时提供用户视觉、听觉等感官的模拟体验，让使用者感觉身临其境，可以实时无限地观察三维空间内的事物。简单地说，虚拟现实技术是一种计算机技术辅助生成的高技术仿真系统。它具有以下特点。
　　1.1   构想性（Imagination）
　　利用虚拟现实技术所创造的虚拟环境可以让人从定性和定量集成的环境中得到感知和理性的认识，从而深化概念、萌发新意，帮助构建新的想象空间。
　　1.2   沉浸感（Immersion）
　　沉浸感强调了人在虚拟系统中的主导作用，通过人的多感官感知，而不是以往常规的键盘和鼠标发生作用，营造一种身临其境之感。虚拟现实技术产生的全景式数字世界，能欺骗用户的大脑，让用户相信自己置身于另外一个世界中。
　　1.3   实时交互性（Interaction）
　　实时交互性，即用户在虚拟现实技术构建的环境中，能够用多种传感器与多维信息发生交互作用，实现各种有效而生动的反馈。由用户主导，并可以根据环境实时互动。
　　在教学领域中，引入虚拟现实技术，对技术支持的课堂进行一定的教学设计，从而实现教学环境的虚拟化，教学过程的可视化，让学生充分感受信息技术的魅力的同时，通过教学情景的创设，提升教学环境的临场感和沉浸感，激发学生的学习动机，增强学生的学习兴趣，最终提升教学效果。
　　2      传统教学媒体和虚拟现实技术的对比研究
　　随着信息技术水平的不断提高，传统的教学媒体已经不能满足教学和学习的多元化需求，虚拟现实技术的快速发展将打破这一局面。
　　传统的教学媒体包含视频动画、音频、多媒体课件、电子白板等，都是基于二维平面的教学媒体，受其特点限制，对于抽象的概念、复杂的信息和空间关系的表达，其效果不大理想。虚拟现实技术的构想性、沉浸感、实时交互性可以模拟虚拟环境，学生使用输入设备访问模拟环境，实现在课堂上与虚拟环境直接联系，虚拟现实技术可以对时空进行压缩，超越时间和空间的限制，使复杂的教学内容能够在课堂上完美呈现。
　　传统的教学媒体临场性和真实性都不高。虚拟现实技术以计算机技术为核心，对真实环境进行虚拟三维建模，形成一个高度逼真的数字化环境，让学生产生亲临真实环境时所产生的感受和体验，有利于引起学生的学习兴趣，激发学生的学习主动性，培养学生的创造性思维能力，利用其沉浸性和交互性，可以大大提高学习效率。
　　教师信息技术应用能力基本具备但信息化教学创新能力尚显不足。在传统教学当中，有时会产生教师过度依赖教学媒体的情况。课堂中容易造成以老师为中心，教师是课堂的决策者。课堂上大部分时间学生处于被动的接收状态，导致学生的自主性受到一定限制。虚拟现实技术的使用，将对传统教学组织形式产生一定影响，学生由被动接受转变为主动探究状态，进而提高学生学习兴趣，有利于情境教学和启发教学的开展。
　　3      虚拟现实技术在教学中的应用
　　3.1   概念学习
　　概念性学习是指技术开发者应用虚拟现实技术，通过科学的方法计算将要输出的认知模型，最后利用输出设备创设虚拟环境，创建基于某个理论或某个知识点的感知模型。例如，在地理教学中地球自转和公转的地理意义，对于学生来说是非常抽象的知识点，是教学中的难点和重点，很难理解和掌握。传统的平面媒体很难演示清晰明了，如果这一章节没有学习透彻，对于学生的后续学习将会失去动力。通过虚拟现实技术来辅助教学，让学生在虚拟环境中感受地球運动过程，可以更加直观、立体地感受地球的运动规律。
　　3.2   体验式学习
　　体验式学习是指学习者在利用技术所创设的虚拟学习环境中，从体验出发获得知识或者技能的学习方式。体验式学习是一种以学习者为中心的学习方式，具有情境性、亲历性、反思性和探究性的特点。例如在地理教学中我们有许多世界地理和区域地理的内容，由于空间的局限，学生不能马上体验其教学内容的特点。通过虚拟环境的建设，带入学生进行虚拟旅行，从学生所获得的体验来实现了解一个国家或者地方的自然和人文特征从而形成地理空间概念与地理实践力。 　　3.3   能力训练
　　能力训练是指学习者在所创设的虚拟环境中，通过虚拟现实设备来进行操作，并用所学得的知识来提升自己的能力。例如在初中地理教学中，读图和识图也是教学中的重难点。利用虚拟现实技术，构建立体的地图模型，对于学生读图能力和获取地理信息的能力有明显的提升作用。
　　3.4   科学探究
　　科学探究是指开发者首先创造一个和教学内容相关的虚拟环境，學习者可以单独或者以小组合作的模式在虚拟环境中进行探索研究，然后再进行自己认知模型的构建，最后再通过在虚拟环境中的反馈来调整自己的认知模型。在教学当中，一些课程的课外实践也占有很大比例，然而老师在实际操作过程当中，受时间和空间限制，如野外实践等教学内容，会直接简化或者省略掉，这样就很难将教学内容融入实际教学当中，造成理论与实际相背离。利用虚拟现实技术可以不受时空限制，模拟出自然状态下的任一虚拟场景，通过3D建模和全景视频拍摄等技术手段，达到与亲身体验现实中野外实践等学习过程一样的效果，从而建构自己的认知模型。
　　4      虚拟现实技术的教学功能
　　通过上述研究，我们可以看出虚拟现实技术所拥有的独特魅力决定了它在教育领域运用的鲜明特点。它所提供的能使人产生身临其境感觉的虚拟学习环境，允许学习者以自然的方式进行交互，这就更加丰富了其教学功能。
　　4.1   创造虚拟的学习环境，增强学习者的真实感和临场感
　　虚拟现实技术可以为学习者创造出一个生动的、逼真的三维立体学习环境，学习者能够成功参与到这个环境中，让学生感觉身临其境。这种体验式、沉浸式的学习环境非常生动不仅增加了学习者主动体验和经历过程而且不容易出现信息超载的现象，符合学习者的认知方式，从而让学习更加深刻。
　　4.2   充分发挥虚拟现实的技术优势，促进知识的内化
　　利用虚拟现实技术可以将抽象难懂的学习内容形象化、具体化。在传统的教学课堂上，知识的呈现主要依靠文字、图片、视频等形式。利用虚拟现实技术，可以通过计算机构建三维立体的呈现效果，进而来弥补这样的缺憾。从而能够把抽象、深奥的知识点以更加直观容易理解的方式呈现出来，能更好地解决知识点中的难点呈现，让学习者更关注知识点的逻辑关系，帮助学生更专注的学习，也让知识的呈现更加直观和系统，大大提高课堂效率，此外可以借助各种子系统去跟踪学习者的学习情况，实现因材施教，广泛的互联网优质资源也为教师提供了更多的可选之素材。
　　4.3   激发学习者的学习兴趣，提升学习主动性
　　在教学中，通过技术手段创造出一种逼真的虚拟三维环境，模拟各种感官感受，让学习者置身于这个环境中，还能进行实时的交互反馈。这样就大大调动了学生的学习积极性和学习兴趣。可以做到“寓教于乐”。
　　4.4   突破教学中时间和空间上的界限
　　利用虚拟现实技术可以打破时间和空间上的局限，能够让很多不同地域的学习者，通过传感器和头盔显示器等设备，来体验模拟的教学氛围，也能更好地提升学习者实际操作的能力。
　　4.5   有利于培养学生的创新能力和信息化素养
　　信息时代的学生要提高自身的社会适应性和自我发展能力，必须不断地学习，拓宽自己的知识面。在教学中应用虚拟现实技术，可以为培养学生的信息获取、信息分析和信息处理能力提供理想的环境，有利于学生发散性思维、创造性思维的发展，有利于提升学生的信息化素养。
　　5      小    结
　　在教育教学中，引入虚拟现实技术，是对技术支持的课堂进行一定的教学设计，从而实现教学环境的虚拟化，教学过程的可视化。让学生充分感受信息技术的魅力的同时，通过教学情景的创设，提升教学环境的临场感和沉浸感，激发学生的学习动机，提升学生的学习兴趣，最终以达到提升教学效果的目的。
　　未来虚拟现实技术的发展将持续会对教育教学产生深远的影响。将虚拟现实技术纳入教育环境，配合人工智能、物联网、传感器和5G网络领域的最新发展，再加上先进的数据挖掘和数据分析，将会进一步促进技术强化学习。
　　虚拟现实技术的教育功能正在不断地被发掘和发挥。虚拟教学是一项需要长期教研与探索的过程与实践，需要教育工作者共同参与虚拟教学资源的开发。虚拟现实技术为教育教学提供了一种新型学习方式和教育手段，为学习者搭建一个可同自然相结合的学习空间，提供了学习平台和学习工具。将虚拟现实技术应用于教育教学中，不仅有助于促进信息化教学模式的发展，也助推了教育信息化的发展。
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