教育学虚拟现实技术教学应用研究.docx

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1、虚拟现实技术教学应用研究【摘要】虚拟现实作为近年来极为火热的科技话题，给人们带来焕然一新的感官享受，同时，它在教育教学中的应用也日渐丰富，涌现出大量的理论研究和实证研究。本研究重点针对核心期刊领域的研究文献，梳理了虚拟现实技术在教育教学方面的起源和发展，分析了虚拟现实技术在教育教学中的应用和影响。【关键词】虚拟现实技术；教学应用；虚拟现实学习环境一、前言虚拟现实技术的应用极为广泛，目前在游戏、电影、直播等艺术娱乐领域占据主流,在教育与培训方面也有大量应用，其次是军事航天训练、商业VR购物，医学人体解剖等。如今，VR技术正在越来越多的应用于各行各业。将虚拟现实技术融入教育领域中，能够将三维空间的

2、景物清楚客观的表示出来，是学习者能够更加自然、直接地与虚拟环境中的各种对象进行交互，并通过多种形式参与到时间变化当中去，从而获得最大的操作和控制整个环境的自由度。新媒体联盟发布的地平线报告：2016高等教育版预测：未来几年内，虚拟现实技术将成为教育领域中最具有潜力的六个技术之一。VR由于具有沉浸性(Immersion)、交互性(InteraCtion)及想象性(Imagination)三个特性，在教育教学中的应用更为广泛。特别是在5G低能耗、高数据速率、高系统容量背景下，越来越多的地区将虚拟现实技术应用到教育中。二、虚拟现实技术教学应用研究概述关于虚拟现实的思想，最早可以追溯到上个世纪六十年代

3、。1965年虚拟现实之父IvanSuther1and在国际信息处理联合会(IFIP)会议上发表的一篇名为终极的显示的论文中首次提出了包括具有交互图形显示、力反馈设备以及声音提示的虚拟现实系统的基本思想，描述的就是我们现在熟悉的虚拟现实。在此之后，对虚拟现实技术的研究越来越多，而且涉及到军事训练、建筑工程等各个领域。而我国虚拟现实技术的研究起步于20世纪90年代初。随着计算机图形学、计算机系统工程等的高速发展，虚拟现实技术得到相当的重视。2016年3月17日全国两会授权发布的中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要中指出：“大力推进先进半导体、机器人、增材制造、智能系统、新一代航空装

4、备、空间技术综合服务系统、智能交通、精准医疗、高效储能与分布式能源系统、智能材料、高效节能环保、虚拟现实与互动影视等新兴前沿领域创新和产业化，形成一批新增长点虚拟现实位列其中。作为一项新技术在教育教学领域的应用，虚拟现实技术为广大教师提供了一种全新的教学手段。目前虚拟现实技术在国外应用非常广泛,包括军事院校教学、体育专项训练、医学学生模拟实习、飞机操作、汽车驾驶、机床操作等教学中。作为虚拟现实技术的发源地，美国拥有相对较多的虚拟现实技术的研究机构。美国也最先把虚拟现实技术应用到教育中，特别是在军事教学中。将虚拟现实技术应用于教育领域可以追溯到20世纪80年代，但是受限于当时计算机软硬件的发展水

5、平，相关研究在当时的关注度并不高。在1992年，美国东卡罗琳那大学建立了虚拟现实技术与教育实验室，以确认虚拟现实技术适合教育应用的可能性，评价当时的虚拟现实技术软件和硬件，比较虚拟现实教学与其它教育媒体的效果，考察虚拟现实技术对教育的影响及其在真实世界中的应用。在将虚拟现实技术应用于教育领域时，其背后最重要的理论基础是建构主义学习理论。建构主义理论提倡以学生为中心，不仅要求学生由知识的被动接受者变为信息加工、意义建构的主体；而且要求教师要由知识的传授者、灌输者变为帮助学生建构意义的促进者和引导者，建构主义学习环境中设计的情境、活动和社会互动能够持续地挑战学习者头脑中已有的经验，从而促进新知识的

6、形成。由建构主义延伸出的一系列教学策略,例如情境化学习、体验式学习、合作性学习、问题导向学习、探究式学习等，因其都具有一些与虚拟学习环境相一致的特点，可以广泛地应用于虚拟现实环境的教学与学习中。而建构主义理论支持下的基于虚拟现实的学习环境就是一个动态的虚拟仿真学习环境，可以延伸学习者观察事物的视角，引导他们探索科学世界的思考和行为的方式，发展学生不完整的前概念和经历完整的科学探究过程，并且能为学习者提供在现实世界中无法实现的体验，如原子微观世界、无法随意重复的实训。三、虚拟现实技术在教学中的应用虚拟现实在教育中的应用主要是通过让学生在由虚拟现实相关的软硬件所呈现出的三维虚拟环境中进行学习来实现

7、的。学生可以从第一人称视角或第三人称视角进入虚拟世界，并可以通过使用一定的硬件设备与虚拟世界进行互动和获得感觉信息的反馈。对于描述此类专门用于教育领域的虚拟现实环境的术语，Huang等采用“虚拟现实学习环境”这一术语比较全面、简洁地概括了虚拟现实技术在教育领域中应用的形式和思想。目前，我国虚拟现实技术的教育应用主要表现为三个方面：（1）虚拟校园一一虚拟现实技术能够逼真地模拟学校的学习氛围与校园文化，如天津大学于1997年基于国际VRM1标准开发出虚拟校园系统成为这一领域的先驱；（2）虚拟实验一一虚拟现实技术不仅能提供生动的实验环境和较强的可参与度，还能避免实验风险，如同济大学建筑与城市规划学院

8、于2014年获批成立的建筑规划景观虚拟仿真实验教学中心，旨在对建筑结构和景观进行虚拟仿真研究；（3）行业培训一一虚拟现实技术可用作技能培训I,有不少机械工程公司特意采用虚拟现实技术来培训员工的机械操作技能加。这些都可以称为虚拟现实学习环境。也有研究者通过分析总结出虚拟现实技术在课堂教学中的应用有三方面：即教育教学设备平台和环境，如在中学地理课上采用基于虚拟现实的交互技术，创设人景互动式的虚拟地理实验教育游戏、新的学习环境；学习模式”另外，基于虚拟现实技术的特点，能够解决教学资源缺乏、教学场地不足、难以实现危险性实训操作等问题。四、虚拟现实技术对教学应用的影响宏观方面，虚拟现实技术在教学应用中的

9、优点有建设“常新”型的实验实训基地，促进数字化校园的建设，发展虚拟教学。另外，也能够帮助实现更有效的远程教育和在线合作学习，虚拟现实学习环境在不久的将来可能会成为高校提供远程教育或在线教育的最有效形式。微观方面，在利用虚拟现实技术学习时，通过对现实情境的模拟再现，学生能有机会如身临其境地观察到现实世界的不同情景。其次，学生也可通过这个模拟系统，验证一些在现实世界中不可能发生的设想或假设，看一看这些设想的实际效果到底如何。虚拟现实技术在情境性学习方面可以促进高水平思维第三，把虚拟现实技术运用于教学，还有一个明显的优点，就是能够极大地激发学生的学习积极性。当学生使用模拟式学习软件时，就不再是学习过

10、程的被动观察者，而是通过各种感官的积极参与，主动地与学习内容相互作用和联系，这样学习效果自然会比常规教学好得多同。虚拟现实技术为教学方面带来利处的同时.，也存在着一定的问题与影响。不单是目前虚拟现实技术本身还存在难以克服的缺陷，如头戴式显示设备的分辨率、刷新率较低，易出现窗纱现象和视觉滞留现象，使用者甚至会因此出现眩晕感；头戴式显示设备的视域也相对狭窄，设备的重量与体积过大，导致使用者无法长时间使用；头戴式显示设备的供电以及数据传输仍然未能很好地解决，使用者需要一直拖着连接固定主机的数据线，行走或转身都不方便，尚没有真正实现可穿戴式计算；现有虚拟现实系统对身体动作的追踪与捕捉有赖于红外摄像头或

11、无线电波传送装置来实现，这使得使用者的活动自由度再一次受到硬件的限制I。而且虚拟现实技术和传统课堂教学的结合，势必也会影响到教师和学生之间教与学方式的转变，对传统教学观念的影响挑战也有待进一步的研究。总结客观而论，目前虚拟现实技术在教学领域所取得的成就，只是应用了最基本的虚拟现实技术，绝大部分只扩展了计算机的接口能力，小部分刚刚开始涉及到人的感知系统和肌肉系统与计算机的结合作用问题。虚拟现实技术应用前景广阔,随着虚拟现实技术的快速发展，5G网络技术背景下，虚拟现实技术作为新兴技术手段，未来必将会在学校被广泛应用，一定会对传统教学模式产生更加深刻的影响，“因材施教，寓学于乐”这一经典的教育理念也

12、很有可能在虚拟现实技术的支持下得以实现。利用虚拟现实技术构建的虚拟现实教育系统也必将成为21世纪教育的主流。参考文献1 Johnson1,AdamsBeckerS,CumminsM,eta1.NMCHorizonReport:2016HigherEducationEditionR.Austin,Texas:TheNewMediaConsortium,2016:36-47.BurdcrG,COIFFETP.Virtua1rea1itytechnoIogyJ.Digita1techno1ogy&app1ication,2015,96(6):663-664.3张茂聪,鲁婷.国内外智慧教育研究

13、现状及其发展趋势一一基于近10年文献计量分析J.中国教育信息化,2023(01):15-22.4 Pante1idisV.Reasonstousevirtua1rea1ityineducationandtrainingcoursesandamode1todeteninewhentousevirtua1rea1ityJ.ThemesinScienceandTechno1ogyEducation,2009,(2):59-70.5高媛,刘德建,黄真真,黄荣怀.虚拟现实技术促进学习的核心要素及其挑战J.电化教育研究,2016(10):77-87+103.6孙江山，余兰.网络三维虚拟实验系统的设计与实现

14、J.现代教育技术,2011,21(07):114-117.7 丁楠，汪亚琅.虚拟现实在教育中的应用：优势与挑战J.现代教育技术，2017,(02):19-25.8 HuangH,RauchU,1iawcSJnvestigating1eamers,attitudestowardvirtua1rea1ity1earningenvironments:BasedonaconstructivistapproachJ.Computers&Education,2010,(3):1171-1182.9李建荣,孔素真.虚拟现实技术在教育中的应用研究J.实验室科学,2014,17(03):98-100+1

15、03.10袁南辉.虚拟现实技术在“教育电声系统”课堂教学中的应用J.电化教育研究,2007,(01):66-68.11陈伟,李鸿科.基于虚拟现实技术的实景模拟研究一一以中学地理教学为例J.现代教育技术,2017,(11):19-25.12盘东霞,付梦哈,甘佳艳,农余彪.我国虚拟现实技术教育应用研究综述一一基于知识图谱的可视化分析J.广州广播电视大学学报,2023,22(01):18-22+107-108.13韩瑛，李斌.虚拟现实技术在网络教学中的研究与应用J.现代教育技术，2006(01):29-31.14宋达.虚拟现实技术在教育领域中的应用与设计D.东北师范大学,2005.15赵国栋.虚拟现实技术在教学中的应用J.中国电化教育，1996(11):35-38.16丁楠，汪亚琅.虚拟现实在教育中的应用：优势与挑战U1现代教育技术，2017,(02):19-25.