虚拟现实技术在教育领域的发展思考

虚拟现实技术在教育领域的发展思考

作者：钟洁陈哲常培俊

来源：《企业科技与发展》2017年第12期

【摘要】文章围绕“保障教育公平和提升教育质量，进一步深化教育综合改革，优化调整教育结构”这一教育改革目标的要求，分析在教育领域应用虚拟现实技术的特点和优势。通过剖析VR教育的现状和应用前景，重点阐明在我国推行VR教育的必要性，以及在我国实施VR教育的具体建议和执行方案。同时，结合当前VR教育研究进展，为未来VR教育描绘了“三步走”的发展方向，竭力为我国实现“促进教育公平”和“提升教育质量”这一愿景助力。

【关键词】虚拟现实技术；教育；教育公平

【中图分类号】G434 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2017）12-0101-03

1 虚拟现实技术的兴起对教育发展的促进

数字时代最大的呈现是人类在现实性的生存和思维方式的基础上，进入了用数字方式去构建事物的虚拟性的生存和思维方式。虚拟的呈现相对于使用者是一种感性的现实，但它却是用数字化的一种表达方式，它是现实事物的数字虚拟的有现实特点的真实数字空间。它是人类科技发展的产物，一定程度上可满足人们在不能亲临现实体验的情况下，真实地感受现实的事物存在。虚拟现实（简称VR）技术的发展，给人类提供了自然和数字2个平台，也就是现实世界和虚拟世界的生活和工作学习体验。它使人的存在方式发生了革命性的变革。

VR技术是数字时代虚拟技术的一种呈现，它是仿真技术与计算机图形学、人机接口技术、多媒体技术、传感技术和网络技术等多种技术的集合。VR技术创造出模拟环境的真实感，利用设备呈现的视觉、听觉、触觉的感知，具有模拟环境内物体的可操作性和虚拟环境中物体依据现实世界物理运动定律动作的特征及人体头部转动、眼睛、手势等人体行为动作的自然技能。这种能体验虚拟世界的计算机仿真系统，使人们能在计算机创建的模拟环境中，利用多源信息融合的交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真，使用户沉浸在提供的环境中感受真实的体验。

VR技术的兴起正在逐步改变我们的生活方式，也将带来一些新的突破。这几年，它迅速地进入了各个领域，VR技术应用在工业仿真使得企业开发和模拟生产过程，降低了企业风险。VR技术在文化娱乐业中的使用，如文物古迹、游戏开发和虚拟展厅等，将文物的展现和一些文化遗产的宣扬保护提高到一个新的阶段。它可以通过网络在打的范围内利用虚拟技术更加全面、生动、逼真地展示它们，从而使它们能脱离地域限制，实现资源共享，真正成为人类共同拥有的文化遗产。VR技术在医学上的应用，使学生可以很容易地了解人体内部器官的结构，甚至可以对虚拟的人体模型进行手术。VR技术在各行各业危险领域的开发应急推演，将人为制造的各种危机情况环境提供给人们进行组织适应性培训，既大大降低成本，也把原来不

可能进入的环境可以虚拟提供。目前，军事、建筑等各行各业都在大量地开发运用VR技术。但是，VR技术在各领域的使用，基本上是为了体验和教育培训。

VR技术在教育中的使用，突破传统的书本和教师授课的模式，利用虚拟现实技术可以把很多抽象的讲解叙述变成具体图像的呈现。例如，表现一些空间立体化的知识、电磁场和分子结合的过程、机械运动三维展现等，使学生更加容易掌握。高校建立虚拟现实与系统仿真实验基地、学生实习的虚拟现实系统、模拟飞行器、打破时间和空间的限制，大到宇宙天体小到原子粒子等。可以说，VR技术的兴起势必将对教育的战略发展起到非常有意义的促进作用，它应用于教育是教育技术发展的一个飞跃。

2 VR技术在教育领域的发展是国家战略的需要

我国的教育沿袭着古代“传道授业解惑”的本质，经历了从儒家文化为主导的思想教育模式到西方近代教育的教育体系构建。中华人民共和国成立以来，教育改革重心逐步从“教育普及”转向“教育公平”和“提升教育质量”上来，各省、各市的教育机构从主管部门到基层机构都在对教学内容、课堂形式、受教育人群、选拔形式和技术应用这五大方向进行改革，积极探索实现“教育公平”和“提升教育质量”的理论与实践方案。教育作为我国的最高战略和重要民生事业之一，其影响广泛性和高度复杂性导致改革进展缓慢且系统性不强。而VR技术的发展和应用对教育事业产生的影响是传统教育手段无法实现的，特别是对教育公平的促进和教育质量的提升都将起到巨大的推动作用。

2016年，全国人民代表大会和中国人民政治协商会议（即“两会”）提出教育改革的重点目标在于“围绕保障教育公平和提升教育质量，进一步深化教育综合改革，优化调整教育结构”。而技术革命一直是推动教育发展和革新的重要因素。教育改革目的是为了促进全国各地区之间的教育公平，提高教育质量和教学管理水平，这也是VR教育力所能及之处。为了尽可能地提供相对平等受教育的机会和条件，则需提供相对平等的教育资源。VR技术作为21世纪最先进的技术手段之一，在国内外教育领域都得到了教育专家和教育从业者的极高关注及实际课堂的落地应用，从技术初期已经呈现的教育发展的促进状态看，将在教育质量的提升和教育公平的促进中扮演重要的角色。

2016年4月14日，工信部全文发布《虚拟现实产业发展白皮书5.0》，呼吁尽快启动虚拟现实标准化工作研究，建立标准体系，规范行业发展。《白皮书》用14 000多字讲述了当前中国虚拟现实产业的发展状况，并提出了相关政策，从国家层面上充分肯定了虚拟现实行业。VR技术的优势在于给人予360°全方位沉浸视感，使人产生身临其境的体验。在教育领域，利用VR技术可以构建出与课程内容相吻合的虚拟场景，并在场景中融入与课程内容匹配的VR 素材。因此，学生不仅通过视觉、触觉直观学习知识，更能在头脑中构建起与知识相关联的场景模型；同时，学生作为模拟场景中的一个角色，可以被赋予一定的任务，并在任务的驱动下完成知识的学习与理解消化。

目前，VR教育处于刚起步的阶段，但在美国已出现爆发式增长的趋势。美国的谷歌推出虚拟现实教育计划Expeditions，该项目仅需一台智能手机、一个廉价的Cardboard和Expeditions应用就可以实现沉浸式教育。例如，在美国费城郊外Methacton学区的一所高中，海洋课老师带领同学们游览了大堡礁，西班牙语老师则和大家一起去到了西班牙和墨西哥的城市中，它其实表达了VR技术在线教育发展起到远程教育服务的作用。也就是说，VR技术教育的作用既解决生动形象使用的问题，一定程度上对于缺乏高质量教育的地区可以运用VR教育产品接收到好的教育。VR技术可以通过创建学习情景，对学习内容虚拟出形象性和趣味性的情景，更可以模拟并实现。当然，对于缺乏教育优质资源的边缘地区，VR技术可以带来原来只有传统讲解的视频课程，解决他们缺少实验器材的问题，而且通过具有真实、互动、情节化的虚拟技术独特的魅力，解决边远地区以前无法解决的教育问题。学生通过网络提供的虚拟校园、虚拟教室、虚拟实验等，感受远端带来的学习支持、交流学习和寓教于乐的优良的学习环境。

VR教育的发展在国内越来越引起关注，中国的虚拟现实教育市场前景广阔。很多学校已经开始尝试VR教学的多种合作，北京教委已在进行将VR融入课堂的可行性研究，有多所学校开过VR公开课；成都和内蒙古等地的高校也都开设过一些简单的VR公开课。2016年5月国家发改委印发了《国家重点专项规划之一——“十三五”国家科技创新规划》明确提出，“支持各级各类学校建设智慧校园，综合利用互联网、大数据、人工智能和虚拟现实技术探索未来教育教学新模式”。

3 VR技术在教育领域特别是教育欠发达地区的推进

人们把2016年成为虚拟现实元年，“VR+教育”成为一个热词，“VR+教育”被誉为教育技术发展的一个飞跃。对于教育欠发达地区，大家在这项新技术的面前都在同一起跑线，利用好这一技术，从教育界整体层面构建好发展规划，设计好政策支持，以我为主整体开展从小学、中学到大学的VR技术提供支持的教学资源建设，利用网络提供给所有学生的教学服务，对提高教育质量将会有很大的示范作用。

以广西为例，广西在教师、课程资源和资金上都较祖国东部地区有所欠缺，而VR的应用能在这3个方面起到弥补不足的作用。首先，在VR教育系统之内，知识点被碾碎式地分析讲解，带领学子进入一个主动学习的过程。因此，学校即使缺乏优秀教师，学生也能享受到最优质的教学过程。其次，VR教育系统可以源源不断地提供课程资源，场景化的课程让学生享受到和发达地区学子一样走遍世界的机会，对帮助其理解世界、产生见识有着极大的引导作用。最后，在一次性购买VR设备之后，可以较低的价格不断更新课程资源，从而实现教育的可持续发展。当然，对于这一刚刚起步的技术支持的东西，人们在认识上还存在着一些问题，没有引起教育行业的共鸣，硬件设备在不能很好地提供沉浸式体验和安装调试过程复杂的状况下，让大家接受有个过程。此外，它没有涉及教育的核心问题，没有系统化的思路等。如果欠发达地区在教育领域实现弯道超车，就需要研究虚拟现实技术如何在更好地与教育本身的发展规律相结合的基础上，制定好支持的政策和制度，设计一套支持规划，它应该会对提高教育质量和解决教育发展不平衡的问题起到应有的作用。基于此，本文提出一些实施VR教育的设想。