VR技术在线上线下课堂教学中的应用

权记红 王青

摘要：VR虚拟现实技术是近期发展起来的比较热门的新技术，人们对它在教育教学中的应用前景充满期待。本文首先介绍虚拟现实技术的基本内涵和分类，其次，探讨在课堂教学中如何应用虚拟现实技术，主要介绍了立体物体展示、立体空间构造、虚拟场景模拟等方面的应用，最后，分析VR技术在课堂教学中的优点和不足，以及其给现代教育教学技术带来的改变。通过本文的介绍，希望读者能对VR技术在教育教学中的应用有一个大致了解，对VR带来的改变充满期待。

关键字：VR技术、教育应用、课堂教学

教育技术随着时代的发展在不断的革新，从神话时代伏羲教民结网捕鱼，到孔子言传身教，从一支粉笔走天下到多媒体视听教学，教育越来越现代化，而现在VR技术正在为教育带来一股新浪潮，如果VR能走进课堂，成为平民化教育，必将对我们的教学，尤其是目前热门的线上教学带来巨大的变革。

1.VR的概念

VR（Virtual Reality），是虚拟现实的英文缩写，是利用计算机为用户提供一个交互式的可沉浸的虚拟三维动态视景空间，是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它的特征主要有多感知交互性和沉浸性等。[1]

VR虚拟按实际应用大致可分为四类：桌面虚拟现实系统（也称窗口中的VR），适用于汽车拆装、机器人拆装、重型货架拆装、动物解剖等理工科专业，成本相对较低;沉浸虚拟现实系统，使用VR头盔显示器把用户的视觉、听觉及其他感觉封闭起来，产生身临其境的错觉，它的优点是用户全身心地沉浸到虚拟世界中去，弊端是系统设备价格昂贵难以普及推广;分布式虚拟现实，是在沉浸式虚拟现实系统和分布式交互仿真的基础上建立的;增强现实（Augmented Reality，简称 AR），是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像的技术，这种技术的目标是在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并进行互动。本文所涉及的虚拟现实主要指第一种窗口中的VR。

2.VR技术在教育领域的应用现状

虚拟现实技术产生于20世纪60年代的美国，最近10年，随着计算机信息技术的快速发展而在越来越多的领域得到了推广应用，其出现更使得互联网的平面世界出现了三维场景。

虚拟现实技术由于能够创建与现实社会类似的环境，解决学习媒体的情景化及自然交互性的要求，因此较早被欧美一些主要国家应用于教育与教学领域。1985年，美国国立医学图书馆就开始了人体解剖图像数字化研究。随后，德国的汉诺威大学建立了虚拟自动化实验室、西班牙大学电子系开发了电子仪器虚拟工作平台、意大利帕瓦多大学建立了远程虚拟教育实验室、新加坡国立大学开发了远程示波器实验和压力容器实验等。1995年，在互联网上首次出现了“虚拟解剖”实验。

与发达国家相比，我国虚拟现实技术的开发和应用还存在差距，但这种差距已引起有关部门和科学家们的高度重视，并根据我国国情制定了开展虚拟现实技术及相关技术领域的研究。新兴的创业公司、VR的硬件公司以及传统的教育公司和内容研发公司也纷纷积极布局参与VR教育。国家政策与环境的利好也有助于VR教育的发展。国家教育事业发展“十三五”规划提出鼓励利用VR探索未来教育的新模式。此举推进了我国各地市的教育规划政策的出台，各地也加大力度发展VR产业经济配套。

清华大学利用虚拟仪器构建了汽车发动机检测系统;华中理工大学机械学院工程检测实验室将其虚拟实验室成果在网上公开展示，供远程教育使用;复旦大学、上海交通大学、广州暨南大学等一批高校也开发了一批新的虚拟仪器系统用于教学和科研。[2]由上可知，虚拟现实技术虽然在国内外的教育教学中有所应用，但在我国教育中的使用仅局限于高校的研究性和探索性教学当中，而对广大普通大、中、小学生的普及则远远不够。

VR技术广泛应用于教育领域，虽然形势一片大好，但VR教育市场目前仍处于发展的初期，还有很多问题需要解决。VR教育市场目前的一个显著特点就是呼声高，雨点小，落地慢，想象空间巨大但实际应用很少，期望高失望也高。虽然在一些学校和机构已经落地，但也仅仅是形象工程，没有发挥VR实际的教学价值。

3.VR在线上线下课堂教学中的应用

课堂教学是教学的主要方式，也是虚拟现实运用于教学的主要战场。VR本身也离不开网络，因此随着线上教育的发展，其必将在未来的线上教学中占据举足轻重的地位。目前国内大多数的VR教育企业都采用头盔式VR装备应用于教学当中，事前把课堂教程编排好，情景式教学内容设置给用户带来沉浸式的教学体验，学习就像看电影，从一定程度上增加了学习的乐趣，补充了教学素材。根据不同的学科，虚拟现实发挥着不同的作用，主要有以下方面的应用：立体物体的展示，立体空间的展示，展品的介绍，虚拟空间的营造与构建，虚拟场景的构造。

在课堂教学中我们往往需要向学生展示一些实物，如高中数学三视图的学习中，为了让学生更直观的感受立体图形的三视图，教师常采用的方法有：1.做好三棱锥、正方体等模型，从不同角度让学生观察，很实用，但是由于学生所处位置不同，观察角度实际是不同的，而且后面同学可能看不清楚，教师做模型也比较费时费力;2.利用图片，通过投影仪展示，方便快捷，但不够直观，且这种展示只能提供某一个或几个视角;3.利用计算机三维造型或动画软件如几何画板、3dsMAX，建立模型，通过旋转展示各个视角，相对前两种比较理想，但学生不能按照自己意愿随意选择视角。通过虚拟现实，我们可以构建一个与实物同样的三维物体，如采用3dsMAX建模，存储为VRML格式，然后在VRML播放器中使用。让学生从各个视角去观察，一则省却了实物的制作，二则让学生按照自己的意愿去观察。

立体空间是指在现实世界中存在的或者根据历史资料在历史中曾经真实存在的空间。[3]在教学中，由于条件的限制，不方便让学生进入这些空间，只能够通过教师的描绘来激发学生的想象，在学生的头脑中创建出这个虚拟的空间来。但是使用虚拟现实，我们不仅能在学生头脑中建立这些空间，而且可以让学生看得见、听得见，甚至可以摸得着。在虚拟现实的教学课堂上，不论是造价上亿的高铁动车，还是复杂抽象的机器模型均可在空間中呈现立体的虚拟影像，手指仿佛可以穿透影像，所见即所得，苦思冥想却终不得解的难题迎刃而解。教学实训变的如此简单，这些的确都是VR赋予教育的强大助力。

虚拟场景是指在现实生活中可能出现的一些场景，通过虚拟现实在不同的时间或地点表示出来。[3]这在中学语言教学中应用非常广泛。作为语言学科的语文或英语在教学过程中经常采用情境教学法。在以往，学习情境的创设只能通过教师的言语，图片的展示，或者一些录像。而现在，可以通过计算机虚拟出这些场景。如：在中学语文教学中，经常会用情景再现的手法教学，比如为体会黛玉葬花的凄美，可以重新构造黛玉葬花的场景，学生进入这个完全虚拟的世界，可以同扮演着各种角色的虚拟演员谈话，可以了解大观园的周边环境，从而更好地理解黛玉葬花所蕴含的情感和思想。英语教学中，当学生戴上VR设备，出现在眼前的就是一个虚拟的教室，里面有一间虚拟的外国教师通同学生对话，当谈到去草原看看，场景立刻切换到草原，在教师的带领下学生可以在虚拟的草原中观察各种动物，并与教师用英语进行交流讨论。

VR技术如果能真正的应用于课堂，对目前热门的线上教学也会起到很好的助推作用。其沉浸式体验模式，可以提高线上教学的效率。如果技术允许，我们可以实现一种虚拟课堂，虚拟教室，学生一旦打开线上直播课堂，进入VR模式，就会与老师同学一起进入教学情境中，解决现在线上教学不能有效交流沟通和监督的一大难题。现有技术其实已能实现该要求，比如火爆网络的游戏“王者荣耀”本质上也是一种沉浸式体验，其体验感吸引了无数人参与。如果能把游戏里面的角色换成教师与学生，将其中的游戏场景换成教学场景，我相信线上教学必然会变得生动有趣更加吸引力，只可惜現在成本与技术要求均过高，要想真正应用还有很长的一段路要走。

除此之外，VR技术还可广泛应用于科学研究、虚拟实训、虚拟仿真校园、情景化测试等各种教育场景。利用虚拟现实技术进行虚拟实验，学生在虚拟实验环境中，可以放心地去做各种危险的实验。例如：在大学中，虚拟的飞机驾驶教学系统，可免除学员操作失误而造成飞机坠毁的严重事故。

4.VR技术应用在课堂教学的优势和不足

传统教学主要是以教师为中心，学生处于被动的学习环境，教学内容、结构、教学方法都是由教师决定的，现代化的教学要求教师为主导学生为主题。虚拟现实技术有利于创造以学生为中心的个别化教学环境，能够把教学中的抽象概念原理、真实的实验过程等形象生动地表现出来，给学生创设真实学习情境，帮助学生获得示范性的知识，把握概念原理的实质，有良好的人机互动功能。它营造了“自主学习”的环境，由传统的“以教促学”的学习方式代之为学习者通过自身与信息环境的相互作用来得到知识、技能的新型学习方式，促进了教育方式的创新和教学方法的变革。VR虚拟现实应用于教育是教育技术发展的一个飞跃。

将VR技术融入教育教学，能够使得教学手段更科学化、更高效化，能提供直观的、形象的多重感官刺激的视听觉材料。利用虚拟技术开发出一系列由硬件、软件、控制系统、教材、教案、试卷等组成的教学方案，围绕学科课程、地方课程以及校本课程，实现教学创新、学科融合及延伸，让学习更有趣、更安全、更主动，有利于学生知识的获取和增长，培养有创新意识的综合性人才。

VR技术在教育应用中也存在一些问题。第一，相关技术不成熟，虚拟现实的效果有待加强，VR目前硬件技术尚不能提供很好的沉浸式体验，包括屏幕的刷新率、计算系统的运算能力、设备的体积及重量，设备舒适度欠佳和安装调试过程复杂;此外，空间定位追踪技术和交互技术标准不统一;网络传输等基础建设有待提升。第二，内容的稀缺。目前没有成体系的VR教学课件内容，而内容定制化生产的成本又很高，VR行业缺少行业标准致使通用性受到限制。不过，VR优质内容的稀缺不是VR教育单独面临的问题，是整个VR行业的问题。第三，虚拟技术出现在课堂中，会相对的减少人与人之间的直接交流，长时间操作计算机可能会导致学生社会交往能力下降，这也是需要特别警惕的地方。

随着虚拟现实技术的不断发展和完善，以及硬件设备价格的不断降低，我们相信，虚拟现实技术以其自身强大的教学优势和潜力，将会逐渐受到教师的重视和青睐，最终在教育、教学以及培训领域广泛应用并发挥其重要作用。

参考文献：

[1]360百科.vr虚拟现实技术.https：//baikeso.com/doc/ 5412367-5650493.html

[2]赵士斌.虚拟现实技术进入高校教学的研究与实现[J].电化教育研究，2001（2）.

[3]梁琨.黄小丽.虚拟现实技术在教育中的应用探讨[J].软件导刊.教育技术.2008（3）.

鹤壁高中 河南省鹤壁市 458000