教育学虚拟现实技术教学应用综述.docx

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1、虚拟现实技术教学应用研究综述【摘要】本文以中国知网作为数据源，以2011年到2023年关于虚拟现实技术教育应用研究的文献作为研究对象，对虚拟现实的概念、虚拟现实技术的特点进行了梳理和总结。并对我国在虚拟现实技术教学应用方面的研究进行了分析，提出在实践方面可能遇到的一些问题，让读者对虚拟现实技术教学应用以及我国对其的研究能够有一定的了解。【关键词】虚拟现实技术；教学应用；虚拟学习环境；一、引言虚拟现实技术（英文名称为VirtUaIReahty,简称VR）,是二十世纪发展起来的一项全新的实用技术。虚拟现实技术综合利用了图形渲染技术、仿真技术、多媒体技术、并行处理技术、屏显技术和定位技术等，其基本实

2、现方式是生成具备真实模拟现实的三维互动沉浸式环境。VR概念由来己久，早在1960年就开始萌芽，1989年美国Jaron1anier正式提出虚拟现实概念。1990年代，NASA推出了实验性头盔、耳机、手套等VR初级设备，但受制于当时芯片技术和加工工艺，需要采用昂贵的专业设备实现,无法面向民用市场普及，主要应用于军事训练、飞机制造、航空航天等专业领域。之后很长的一段时间内，虚拟现实技术产品由于其昂贵的成本都只被用于一些特殊领域，未能得到普及。直到2014年，芯片技术的发展和制造工艺水准的提升，使得消费级GPU图形渲染能力突飞猛进，而且具备基于GPU底层的编程能力，这使得虚拟现实技术的再次发展和普及

3、成为了可能。笔者基于对中国知网收录的近十年来虚拟现实技术教学应用相关文献的分析，整理了一些国内外学者对虚拟现实技术的定义与特点分析，以及对虚拟现实技术教学应用的国内研究现状进行了总结梳理。在此基础上并结合笔者的分析，列举了虚拟现实技术教育应用存在的一些问题。二、虚拟现实技术的内涵与特点（一）虚拟现实的内涵在中国电力百科全书中，将虚拟现实（简称VR）称为虚拟环境、灵境或人工环境，认为虚拟现实是利用计算机生成一种可对参与者直接施加视觉、听觉和触觉感受，并允许其交互地观察和操作的虚拟世界。此定义的核心就是认为虚拟现实就是人为的创造一种环境，这种环境能够对参与者施加视觉、听觉、触觉上的感受，且其能与虚

4、拟环境进行交互。石宇航认为虚拟现实(VR)就是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，使用户沉浸到该环境中。李小林认为虚拟现实(Virtua1Rea1ityTechno1ogy,VR)是利用电脑模拟产生一个三度空间的虚拟世界，提供用户关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让用户如同身临其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。对于虚拟现实的定义，以上几位学者们的理解都差不多。即都认为虚拟现实是利用计算机技术创造出的一个虚拟环境,在这个环境中用户能够有视觉、触觉、听觉上的感受，且用户能够与虚拟环境进行交互。(二)虚拟现实技术的特点樊艺蕾、丁伟老师认为虚拟现

5、实技术具有交互性、自主性、沉浸感的特点，且认为虚拟现实技术制造的环境是以沉浸、交互为根本的。尤巧巧学者认为虚拟现实技术的基本特征有沉浸性、交互性、想象性。苏绚学者认为虚拟现实技术是应具有沉浸性、交互性和构想性。笆旻昊认为虚拟现实技术具有沉浸性、想象性、交互性、多感知性、自主性特征。布尔代亚和夸弗托也将虚拟现实的重要特征归纳为“31”，即沉浸性(Immer-sion)、交互性(Interaction)、想象性(Imagination)191总结上述学者的观点，大多数学者认为虚拟现实技术拥有“沉浸性、交互性、想象性”的特点，也有学者认为虚拟现实技术还具有自主性和多感知性的特征。1、沉浸性沉浸性是指

6、让体验者感受到自己是计算机系统所创设出来的虚拟世界的一部分，感受到自己在其中的主动性，可以参与到其中。这来自于虚拟现实技术的多重刺激，使体验者产生心理共鸣，以为是一个真实存在的世界。2、交互性指用户感知与操作环境。传统的人机交互通过鼠标键盘与计算机交互，虚拟现实的交互通过传感器与虚拟环境的任何物体以最自然的方式进行交互。用户对虚拟环境内的物体进行操作体验，如在真实环境一样。3、想象性也指构想性，指用户能在虚拟环境中根据自己与物体的交互行为，通过联想、逻辑推断等思维过程，对未来进行想象的能力。虚拟环境的创建也是由设计者想象出来的，既可能是真实现象的重现，也可以是自身想象的结果。4、自主性是指虚拟

7、环境中物体依据物理定律动作的程度。如当受到力的推动时，物体会向力的方向移动、或翻倒、或从桌面落到地面等。5、多感知性多感知性表示计算机技术应该拥有很多感知方式，比如听觉，触觉、嗅觉等等。理想的虚拟现实技术应该具有一切人所具有的感知功能。由于相关技术，特别是传感技术的限制，目前大多数虚拟现实技术所具有的感知功能仅限于视觉、听觉、触觉、运动等几种。三、虚拟现实技术教学应用的研究现状（一）理论研究现状近几年出现的低成本消费级虚拟现实产品将虚拟现实技术迅速推向市场，它在医疗、制造、军事、教育等各行业获得深度开发与应用。国外学者虚拟现实技术研究起步较早，他们对虚拟现实技术的认识涉及技术、系统及应用开发等

8、各方面。虽然我国对于虚拟现实技术的研究较晚，但是国家对其却是异常的重视，尤其是虚拟现实技术在教育领域中的应用。如图1所示，这是在知网上搜索关键词“虚拟现实技术教学应用”出来的近十多年来按照年度文献发布数量制成的一个折线图，从关于虚拟现实技术研究发表的文献来看，发表文献的数量整体呈现上升发展趋势。前期的研究相对较少，而且缓慢，但是在2016年以后，发文量有一个快速上升。2016年到2017年间是我国虚拟现实技术元年，虚拟现实技术教育应用成为我国教育发展的方向，具有良好的发展前景。图2为搜索关键词“虚拟现实技术教学应用”按照文献来源绘制的饼状图，看图2可知文献发布数量最多的依次是电脑知识与技术、中

9、国教育技术装备、教育现代化、教育教学论坛、无线互联网科技等，由此我们可以知道，对虚拟现实技术教学应用研究较多的是计算机领域和教育领域，这是由于计算机领域推动着虚拟现实技术的发展，而教育领域则非常期望利用虚拟现实技术来解决教育教学中的一些问题。300201020112012201320142015201620172018201920232023年年年年年年年年年年年年发布年份图1文献年度发布趋势图13Q.5M1212.39%)13(2.59)19(7.77)31(6.18务)12(23W)26(5.1813(2.59关)23(4.5阚23(4.58无)13(2.5四23(4.M)1乂2.5加B(

10、2.5922(4.38劭17018(3.5910(1.99)11(2.1911(2.19j11(2.1912(239)14(2.7?)15(2,99*)16(3.1921(4.18)20(3.98初15(2.W)电期ER与技术中国敏育技术装备教育现代化敖音教学论坛无浅互联科技,现代职业教育科技创新导报中国医学教育技术美术教育研究,树信更乞术科技计苒机产品与流遇m软件导刊专息与电聒（理论版）中国科教到新导刊课程教苜研究卫生职业效肓考试周刊福建电疑数日世界士国娄续医学教育信皂记录材科电子世界中国高等医学教育中国敏育信息化I中国现代数育装备数字技术与应用图2文献来源分布图（二）应用研究现状目前，虚拟

11、现实技术已经在教育的许多方面进行应用，如实验、技能培训、教学环境的构建、远程教育等,这些都使得教育在很大程度上得到了更好的发展，接下来我将列举一些虚拟现实技术在教学中应用的实例。1、虚拟的学习工具目前有的虚拟学习工具有“虚拟书籍、虚拟的教学材料、虚拟导师、虚拟学伴等，”虚拟书籍就是电子图书，我们可以在电子书籍上进行和纸质图书一样的翻页、批注、做笔记等操作，但其具有的优点就是便于携带。而虚拟学习材料则具有较多种类，例如在小学科学课上可以采用虚拟现实技术制作出一些虚拟的动物和植物,然后供学生们观察学习。虚拟导师和虚拟学伴则是为了引导学习者学习和满足学习者情感需求在虚拟学习环境中创建的虚拟人物。2、

12、虚拟实验室利用虚拟现实技术可以建立多种虚拟实验室，例如可以建立虚拟的地理、物理、化学及生物实验室等，在这些虚拟“实验室”里学生可以不受场所和时间的限制自由地做各种实验。3、虚拟技能培训虚拟现实的沉浸性和交互性非常有利于学生的技能训练，如军事作战技能、汽车与飞机驾驶技能、电器维修技能、临床手术能力等。利用虚拟现实技术建立起来的虚拟培训“设备”与“部件”多是虚拟的，对此教师可以根据需要随时生成和更新教学内容，使实践训练内容及时跟上技术的发展。4、虚拟网络教育平台随着语音、视频等数据信息网络技术的兴起以及互联网技术的不断普及，远程教学平台蓬勃发展，虚拟网络教育平台的优势逐渐突出。例如，学生可以通过网

13、络这个虚拟平台“身临其境”地做实验，与异地同学通过网络进行合作，利用虚拟人物形象来进行课程的教学等。随着虚拟技术和网络技术的迅速发展构建虚拟的远程教学平台，成为解决网络教学研究的重要课题。5、虚拟校园用虚拟现实技术构建一个“虚拟学校”，在虚拟的学校场景中，学习者可以扮演一个虚拟学生的角色。学习者可以在虚拟的校园里行走并和其他虚拟学习者进行交谈。在虚拟校园里由教务处管理学习者资料，图书馆提供学习资料查询教学大楼提供教室让学习者上课，甚至具有正式身份的管理者可以找一间教室，将自己准备的教材放在教室中开设一门新的课程供学习者学习；如果教室不够使用还可以在校园里建构新的教学大楼。在虚拟技术构建的校园环

14、境里进行学习比起传统的网络教学采用的文字或图片往往具有更多的参与感和认同感，学习者也更容易投入到学习情境中。再加上“虚拟学校”能提供给学习者自由行动和互动讨论的机会，而不只是枯燥的教材，因而可以吸引学习者更多地运用虚拟校园进行学习。当下我们现在正处于新冠疫情肆虐的时候,很多时候不得不进行线上授课,如果我们可以利用虚拟现实技术构建出一个虚拟校园，在虚拟校园中上课一定能够让学生具有更好的学习体验感，老师也能很好地对学生进行一个管理。四、虚拟现实教学应用的意义与作用李书杰等学者认为，虚拟现实技术的沉浸感、交互性、想象性等特征极大地克服了传统教学环境的限制，有利于激发学习者的学习动机，增强学习体验，实

15、现情境学习和知识迁移【划。（一）、激发学习动机，增强学习体验一般来说，学习动机分内部动机和外部动机。学习动机不仅受学习者个体内部因素影响，还受学习环境等外部因素影响。内部动机源于学习者对活动本身产生的愉悦感及满意度。虚拟现实技术通过呈现个性化特征、丰富多彩的媒体形式和刺激性的对话促进学习者的学习动机口叫（二）、实现情境学习，促进知识迁移情景学习理论认为知识是学习者在一定情境中主动建构的，强调知识与情境之间动态地相互作用。根据赫林顿和奥利弗（HerringtOn&O1iver,2011）的认识，情境学习环境有以下特点：（1）提供反映知识可以运用于真实生活的情境；（2）提供真实的活动；（3）为学习者提供获知专家思考和解决问题过程的机会；（4）提供多角色以及多视角选择；（5）支持知识的协同构建；（6）关键时刻提供学习支架；（7）对学习环节进行针对性反思；（8）清晰地表达；（9）对基于任务的学习进行综合评估。传统教学备受批判的主要原因，是传统教学脱离具体真实的情境，导致学生知识迁移能力不足，迁移率低、迁移意识不强。情境学习致力于解决这种挑战，通过设置与生活情境类似的情境，促进学习的发生。虚拟