計算機虛擬現實技術在高校教學中的應用

【摘 要】隨著科技的發展，現代社會的各行業的新技術層出不窮，在教育行業，受到信息技術和網絡的影響也越來越明顯，作為我國的知識傳播的前沿行業，教育行業在新技術的應用上較為迅速，如今，在教育行業中，開始引入一種新型虛擬現實技術的教學，該教學方式可謂是教育改革中的一大突破，本文探討的就是這項新技術在教育行業中的相關應用問題。

【關鍵詞】信息技術;虛擬現實技術;高校教學;VR

【中圖分類號】G64?????? 【文獻標識碼】A

【文章編號】2095-3089（2019）23-0009-01

一、虛擬現實技術的概述

虛擬現實技術，可直觀地理解為通過計算機手段高度模擬實際場景，讓人產生身臨其境的感覺，它常常被簡稱VR，如今，它在技術上融合三維圖形生成技術、多傳感交互技術、多媒體技術和現代人工智能、人機接口、高分辨顯示等高新科技，對現實世界已經可以做出較為成功的高度模擬。

時至今日，虛擬現實技術經過三十年的發展已經達到了走出實驗室，走向實際應用的階段，而教育行業就是其測試的重要領域。不過我國的虛擬現實技術的應用起步較晚，在2016年，我國才正式成立“中國虛擬現實與可視化產業技術創新戰略聯盟”，該聯盟的形成意味著我國對于虛擬現實技術的應用正式納入系統化的時間建設中，在該聯盟的第一屆理事會上，趙沁平正式宣布我國步入虛擬現實技術應用研究的元年，在虛擬現實技術初步通過教育測試后，我國的多所高校正式開始了虛擬現實技術的探索實踐教學。

二、國內虛擬現實技術高校教學中的應用特點分析

1.應用現狀分析。

虛擬現實技術最早在美國的上世紀六十年代就以呈現雛形，在之后的研究中，向教育方向研究一只都是虛擬現實技術的重要研究方向，科技工作者認為，利用超仿真的虛擬現實技術，1985年，美國的國立醫學圖書館加入到醫學數字化圖像研究中，隨后，世界各地開始了虛擬數字實驗室的研究，在1995年，在互聯網上首次出現“虛擬解剖”的試驗，并且取得了成功。

和西方發達國家相比，我國的虛擬現實技術起步較晚，但是其發展的勢頭較為迅速，在我國的多所高校中，包括華中理工大學、復旦大學、上海交通大學、廣州暨南大學先后引入了系統化的虛擬儀器并展開研究，在教學中已經出現了初步的應用，但是基于其高成本的特點，目前虛擬現實技術的教學應用體現出了一定的狹隘性，除了以上提到的大學外，在其他大學中基本還沒有起步，應用現狀較為慘淡。

2.應用必要性分析。

基于數據模擬的虛擬現實技術可以使人產生一種身臨其境的真實感覺，以虛擬仿真的環境和人實現交互，可大大提升信息的交互速度，該方案提升了人對客觀世界的感受和認知，有利于未來概念的落實、興趣的激發和創新的構思。從虛擬現實本身的實現來看，它對于實際場景基本沒有任何要求，這提升了該技術的應用范圍，比如所謂的虛擬解剖，并不需要實際的解剖道具和解剖對象等，通過全數據的模擬可實現道具的零成本化，尤其是，在未來，虛擬現實技術還能模擬一些人類難以達到的地方，像是外太空，海底等場景，可設想，在教育中發展該技術的應用的潛力有多么巨大。

3.應用前景。

虛擬現實技術作為國家科技的尖端技術之一，在一定程度上象征著國家的科技實力，有限發展該技術，可在國際競爭中取得更多的話語權，在未來，當虛擬現實技術成為廣泛應用的學習媒體交付工具時，人們可以在固定的場景中體驗到大千世界的美輪美奐，體驗宇宙變換的無窮奧妙，將“足不出戶知天下”發展為“足不出戶游天下”的高級體驗，并且在未來隨著虛擬現實模擬的成本的降低，它將會大量節約現代出行所耗費的時間和金錢，從而更滿足未來快節奏時代的發展，所以由此看來，在未來，將虛擬現實技術融入教學是非常明智而且有前景的決定。

4.應用難點分析。

雖然當下我國的虛擬現實技術的發展較快，但是將其應用到教學中還存在一些難點，主要包括以下兩點：

首先就是系統的成本較高，這與當下的機械電子技術等基礎硬件制造技術的不成熟有著較為密切的關系，并且由于技術上的不成熟帶來的影響就是在虛擬現實的某些功能上也出現了局限，這需要隨著時代技術的發展才能從根源上實現成本控制和技術升級。至于第二點就是在軟件技術上的開發還不尚完善，導致在虛擬現實的過程中出現了虛擬不到位，漏洞偏多的現象，總的來說就是虛擬現實應用于教學基本只處在科技理論層面上，在實際研究中還有較長的路要走。

三、虛擬現實技術在高校教學中的應用方向

虛擬現實技術具有多感知性、存在感、交互性、自主性等特點，其大大提升了參與者與虛擬環境的交互效果，在實際的交互階段中，參與者和系統相互作用相互影響，從而體現出了高度的一體化，在高校的教育應用中，通過高度交互的效果，可實現極好的知識學習和體驗，在當下，我國教育提倡貼近生活化的實踐教學基本可在虛擬現實模擬教學中得到完美的實現，利用這種新型學習方式，可實現對于學生優質高效的知識和技能培養。在虛擬現實的教學應用上可從以下方面著手：

1.以更優質的數據實現更優秀的交互效果。

虛擬現實的實現是基于數據的設計，為了提升學習者的學習效果，通過更優質的數據設計來實現，作為主要依靠視覺進行信息獲取的視覺動物，眼睛所見的場景對于人體的影響是很大的，而同樣，在視覺上出現的不協調和偏差也會極大地影響人的視覺體驗，比如在虛擬現實學習體驗中，在近處使用貼圖而不是三維模型的方式展現實物，就會帶給人極大地不協調感，畢竟我們身邊的事物都是以立體的形式呈現，而突破了不真實的設定，就會擊破人類的感官，從而引起不好的虛擬現實體驗，因此通過更加優秀的軟件開發，打造更加優質的數據，創造完善的視覺體驗，是保證學習質量的第一步。

2.以更富有創造性的構思激發學習者的探索欲望。

在當下出現了一種VR視頻，這種視頻可帶給人較好的實景體驗，但是視頻的缺點就是無法實現場景互動，而虛擬現實技術就是基于VR視覺體驗上加入互動的一種技術，所以教育建設中，應當著重落實其互動的特性體驗，以富有創造性的交互體驗建設不僅能提升學生對于知識學習的印象，還能充分激發學生的學習積極性。

在外國的研究學者中，知名的Dedeet.al教授認為，虛擬現實具備常規平面觀測不具有的三維觀察模式，它仿真的顯示模擬首先能從觀察角度讓學生保持在較高的興趣上，在此基礎上，讓虛擬模型結合知識構成提供一些思維空間，讓學生處在一個需要實景思考的環境中，可實現知識到環境的遷移，所以從這一點出發認為，虛擬場景本身的交互效果也和實際的學習實效有著巨大的關聯，所以在進行設計上，要關注場景的可交互設計，避免千篇一律的模型構建，這就好比在簡單的沙漠地形中和復雜的森林地形中，顯然是充滿各種動植物的森林更讓人有探索欲望，而一旦虛擬場景中的動植物變得無法交互，兩個場面其實也就沒有多大的區分。

3.通過虛擬實驗模擬鍛煉學生技能。

分析認為，虛擬現實技術的最大優點還是其在試驗環節中的優勢，和場景互動相比，試驗中往往需要的道具都是固定的，而利用數據構建試驗道具較為簡單，但是該環節本身要注意各個試驗環節物理量的設定，要讓實驗的結果盡量偏向于實際試驗中得到的結果，這才能真正展現模擬試驗的價值，從而達到提升學生實際操作能力的效果。

和普通實驗相比，模擬實驗不受制于地點和道具的限制，這可一舉解決網絡教學中面臨實驗設備、實驗場地、教學經費等實驗展開難題，另外還有一個顯著的優點就是實驗本身的安全性，仿真實驗在面臨爆炸沖擊等環境時可啟動保護效果，這可大大提升危險實驗的實現可能，通過實驗本身，可很好地鍛煉學生的實際操作能力，在未來實現成本控制后，虛擬現實模擬實驗的優點將會更加明顯。

四、當下教學中融合虛擬現實技術教學的方式

根據對虛擬現實技術的分析發現，在當下階段使用虛擬現實技術還尚未成熟，但是在教學中將其作為輔助教學工具卻有較好的實現可能，主要可通過在課程理論和實驗操作上輔助效果來實現。

1.輔助理論課程教學。

當下提出的一種貼近生活的教學方式要求將很多知識點還原到實際的場景中，這和虛擬現實技術的實現宗旨是不謀而合的，所以在實際的教學中，盡量以還原生活的教學方式進行教學，實際就是虛擬現實的一種手段，這更貼近于實際教學中采用的實景演練，不過不同的是，實景演練雖然往往受制于工具，但是本身的場景具備極好的交互性，這又是虛擬現實技術不具備的優勢，比如在進行工程道具的組裝過程中，如果單純使用文字和圖片展示各個部件之間的聯系，這讓學生難以理解，并且缺乏直觀性的印象往往讓學生在記憶上的深刻度不足，而引導學生進行實際的工程試驗道具組裝，通過學生的動手能力提升其實踐技能，可大大提升學生的學習記憶但是實景演練的難點就是學生的個性不同，在面對細節的理解上往往又有自己的不同，這時教師又難以做到全面兼顧，因此可考慮使用VR的底層技術，即是使用最基本的模型構建，讓學生使用計算機和最基本的模型進行互動組裝，從而完成學生獨有的組裝方式，該方式在當下的應用有點就是僅僅采用VR技術中最成熟的可應用的基本技術，讓學生完成和基層技術的互動，從而實現VR技術在實際教學中的應用。

2.輔助實驗教學。

實驗教學是高校教學的重要部分，但是傳統的實驗教學存在的一些缺點就是危險系數大、成本高、污染嚴重并且受到道具的限制較為嚴重，而利用VR技術實現實驗教學模擬可一舉解決以上難題。

從技術方面來看，模擬簡單的試驗是非?？尚械?，由于不像場景模擬具備龐大的數據系統和交互系統設計，使用VR模擬試驗僅僅需要對基本道具的模擬，道具特性的模擬和基本的交互數據模擬，比如在化學實驗中，需要模擬的道具僅有為數不多的幾樣試驗道具，實驗材料，再給予每一樣道具物理和化學特性上的設定，最后再加上最基礎的交互設計，就可以正式開始試驗。和常規試驗相比，模擬實驗不會產生污染，不存在爆炸隱患，不存在高成本問題，只要做好詳細的物理化學性質特性模擬，即使是最昂貴的化學材料，也能在模擬實驗中隨意使用，這是常規試驗不具備的優勢。不過在VR實驗中，要盡量保證模擬數據和現實數據的一致性，避免錯誤數據帶給學生的誤導，從而真正實現VR試驗的價值所在。

3.注重虛擬現實技術對教育模式的轉變影響。

虛擬現實技術的價值除了本身可作為一種新型教育模式外，在當下階段的另一種影響在于對于教育模式的轉變帶來的影響，不同于傳統教育方式的全新模式，有力地對傳統教學發起了沖擊。虛擬現實技術教學的出現首先意味著教育模式需要在新技術上實現重構，打造適合現代社會的高技術教學方式勢在必行，在教育中，教師不僅僅注重虛擬現實技術教學的應用，全體師生更要深入理解新型教育模式對社會思潮帶來的影響剛，主動學習了解教育新思想，這才能讓教育事業緊跟現代化的步伐不脫軌。在教育關系上，教師應當致力于打造學習網絡和學生主體相結合的教育關系，逐漸拋棄傳統的地域上、空間上對于教育的限制，引導教育向更加信息化的方向轉變，完善現代教學理論，創造出高水平，高收益的教學模式與學習方式，從而為打造教育強國做出積極的貢獻。

結語

隨著科技的發展，在未來的教學中，教育將會更加科技化、人性化和現代化，而虛擬現實技術的應用就是推進這一步實現的重要步驟，如今，虛擬現實技術進軍我國教育領域的趨勢已經十分明顯，在當下階段中，各大有條件的高校應該正式開啟虛擬現實技術的教學應用探究，不斷將其深入到教學應用中，從而保證在未來虛擬現實技術成熟后，能最快最好地度過虛擬現實技術和教育的融合階段，從而取得虛擬現實技術在教育應用中的優先權。

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作者簡介：金鑫（1982.10-），女，湖北荊門人，講師，碩士，主要研究方向：計算機應用技術。