VR技术在教育领域中的应用

尹范琪 吴灿琴 宋晓丹

(江西科技学院 管理学院，江西 南昌 330000)

0 引言

“大众创业、万众创新”背景下，以大力推进虚拟现实等新兴行业的创新和产业化，形成一批稳定的新增长点。确定以人才培养为核心，以科技创新为中心，并将推动科技创新创业有机结合，更多地发挥优势引领发展。因此，国家致力于面向投资发展VR相关产业。数据显示， VR、AI、智能制造等已称为全球技术研发热点，逐步向消费者日常生活渗透，为传统行业创新发展提供了创新技术。

不断增长的人口数量对人口素质提出了更高的要求，而科技的快速发展对人才的培养提供了更多的方式。虚拟现实的出现对传统教育方式即将带来变革，它将以往教育学生被动接受的形式转变为主动学习和探索。学生在网上虚拟教室置身于生动、逼真的课堂中。这种带有知识技能的VR课程，为学生带来了无限虚拟体验，加深学生的学习印象，使学生学有所成。

1 VR虚拟技术介绍

1.1 概念

虚拟现实技术是一种能够创建和体验虚拟世界的计算机仿真技术， 它利用计算机生成一种交互式的三维动态视景，其实体行为的仿真系统能够使用户沉浸到该环境中。由于虚拟现实技术综合了计算机图形技术、计算机仿真技术、传感器技术、显示技术等多种科学技术，它在多维信息空间上创建一个虚拟信息环境，能使用户具有身临其境的沉浸感，具有与环境完善的交互作用能力，并有助于启发构思。所以说，沉浸-交互-构想是VR环境系统的三个基本特性。虚拟技术的核心是建模与仿真。

1.2 应用领域

VR不仅仅被广泛应用于计算机图象领域，它可以涉及更广的领域，如电视会议、网络技术和分布计算技术，并向分布式虚拟现实发展。虚拟现实技术已成为新产品设计开发的重要手段。其中，协同工作虚拟现实是VR技术新的研究和应用的热点，它引入了新的技术问题，包括人的因素和网络、数据库技术等。如人的因素，需要考虑多个参与者在一个共享的空间中如何相互交互，虚拟空间中的虚拟对象在多名参与者的共同作用下的行为等。我们着重研究VR技术在教育方面的运用。

1.3 特性

(1)沉浸性。虚拟现实技术在如今更多的是借助人体感知器官，这样手指就成了很重要的媒介。随着互联网的不断发展，认知更加依靠触觉，知识面开始受制于手指对于触摸的影响。在触摸时与触摸屏进行交互，再通过视觉、听觉完成一系列想象的操作。全景应用的沉浸性现阶段多还是依靠头戴式显示器，通过显示器展示的视野范围广阔，达到了人类正常的视线范围。现下有的头显能够拥有100度的视野，已经接近人眼约120度的视觉范围。这一功能可以让人们忘记自己戴有设备，更深入沉浸在虚拟世界之中。

(2)交互性。按照交互性的特征，VR应用进一步加强了交互式体验。从只有消费者感官输入的被动式体验(没有任何对消费的中间媒介产生任何影响的输出)到消费者可以对虚拟环境中物体的可操作能力和从中得到反馈，这体现从被动式到交互式的一大进步。在虚拟世界对里面的物体进行随意改变，VR技术将成为这一重要媒介。

(3)想象性。总体来说，全景应用的想象性就是基于沉浸性，依据互动性增加知识的同时，提高自己的理性和感性程度，拓展联想和想象能力，从而启发人的创造性思维。使用者在虚拟环境中，可以依据虚拟环境中传递出来的信息，在自身系统中进行一系列意识行为与物体互动后，根据自己的逻辑、联想等能力，将虚拟现实系统中没有直接展现的画面和信息想象扩充并进行物像化，发挥创造力。

2 VR技术在教育中的应用

2.1 化学实验教学中的应用

20世纪以来，VR技术是一项非常重要的技术，它可以运用于中学的实验室，通过对现实生活中的一些危险的实验进行模拟，可以解决现实生活中遇到的实践教学困难等。VR 技术应用于教育领域，可以为学生创建一个逼真的实验环境，激发他们的学习兴趣和热情，有助于学生知识的掌握，锻炼基本技能，提高学习效率[1]。

如果利用虚拟现实技术交互性的特点构建虚拟的化学实验室，进行危险的化学实验操作，既避免学生操作不当而受伤，又为学生提供生动的学习环境、得到实践锻炼、丰富想象力，从而掌握学科的重难点。学生穿好智能感应设备后，就会置身于一个实验仪器齐全，实验药品丰富的化学实验室，学生可以通过移动身体来配取药品、操作仪器，以此来进行实验操作，得到实验结果。与现实生活中进行化学实验的感觉相同，但又不存在实验的危险，充分锻炼的学生的动手能力，增强学生学习效果。

2.2 青少年交通安全知识普及教育中的应用

近年来，我国的科技取得了飞速的进步，人们的生活也随之发生巨大的改变。随着我国科技发展和人们生活水平的提高，交通工具如汽车、火车、地铁、飞机等相继出现，给人们出行带来便利的同时，也出现了交通安全事故。2019年我国发生的重大交通事故就高达38起，造成了不同程度的人员伤亡[2]。然而青少年缺乏相应的安全意识，尤其是在交通安全方面。因此，在交通安全教育方面使用虚拟技术具有重要意义。

虚拟现实(VR)技术的出现，丰富了交通安全宣传教育方式。宣传者可以利用VR对现实生活的交通情况进行全景模拟，到学校进行交通安全主题教育宣讲会，让学生参加并体验。一方面，利用虚拟技术仿真模拟现实生活中的交通环境，让青少年身临其境融入到环境中去，体验不同的交通行为，可以帮助青少年学习交通安全知识，还能帮助青少年们提高明辨是非的能力，以此来提高青少年的交通安全意识；另一方面，还可以通过模拟现实生活中的各种违反交通法规的行为，如闯红灯、酒驾等场景以及违反规则可能导致的后果。在保证青少年能够接受的前提下，让他们适度体验这些场景，感受缺乏交通安全知识和违反交通安全法规的后果，从而促进他们交通安全意识的形成。

2.3 沉浸式阅读中的应用

相对于普通阅读方式，VR 技术在沉浸性、交互性和想象性等方面有着得天独厚的优势，这与数字教育出版所具有的快速交互能力的特点及构建能够获得最好效果的学习支持系统的需求相吻合[3]。VR不仅在教育方式带来巨大革新，也改变了未来人们阅读方式。如提出“VR阅读”概念的企业，将传统书籍场景化通过全景应用将读者置身虚拟阅读场景与知识内容互动，实现了真正的“读万卷书，行万里路。”

与普通阅读相较而言，VR全景沉浸式阅读让读者处于一个可听、可看、可以用身体感受的环境中，可以通过模拟现实和立体形象展示将书本抽象难懂的概念准确表达出来，更加有利于读者理解。不仅如此，VR全景沉浸式阅读层层递进，将文字转换为画面、图片等，有利于加深印象，便于记忆。依托于 VR 技术，知识内容被构建于三维立体环境中，为读者提供“穿越”到特定场景的阅读体验[4]。因此，运用VR技术进行阅读还解决了读者想象力不足的问题，突破读者自身能力水平的框架限制。

3 VR技术在教学中运用的意义

虚拟现实技术在教育领域的应用主要集中在支持学习环境创设、支持技能实训、支持语言学习、支持特殊儿童教育等方面。虚拟现实技术在教育领域应用的潜力源于其在激发学习动机、增强学习体验、创造心理沉浸感、实现情境学习和知识更新等方面的优势。VR技术是一项非常重要的技术，也是学生获取知识的重要方法，VR模拟技术在教学中应用具有以下意义。

3.1 保障实验时人员安全

现实生活中学校的教学安全已经成为社会关注的热点话题，在进行化学实验时，可能会碰到硫酸等强腐蚀性的化学试剂以及一些有毒的化学药剂，而学生由于经验不足，在实验过程中一旦操作失误便会造成安全事故。运用VR技术模拟现实实验室，化学试剂和化学药品丰富，满足学生的需求，更主要是学生不会直接碰到这些危险的化学药品，不会对身体造成伤害。即使在操作过程中失当，也不会造成教学事故，并且逼真的操作反馈可以规范学生的操作，培养学生严谨的科学态度。学生还可以切身感受化学实验的结果，便于学生学习提高。因此，在化学实验中运用虚拟实验室模拟技术不仅可以避免此类安全事故发生，还能使学生产生学习兴趣。

3.2 培养学生创新思维，提高学习积极性

虚拟现实(VR)，即利用计算机技术模拟产生三维的虚拟世界，让使用者及时且没有限制的感知虚拟世界内的事物。VR利用视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉等对人体进行全方位影响，达到让使用者产生的效果。在日常教学中使用虚拟影像，可以给学生带来全新的观察视角，从而培养学生的创新思维。使用虚拟现实让学生进行阅读和对身边事物的观察，不仅可以提高学生的学习兴趣，还能够提升教学效率。

3.3 增强学生交通安全意识

在对交通安全知识宣传方面使用虚拟现实显示出逼真的效果。在对于危险或对人体有害的实践中，一般都是采用视频观看的方式来取代实际操作，学生无法直接参与到实践中，也不可能获得直接认知。通过虚拟现实技术，就可以模拟现实中违反交通规则的行为以及产生的后果等。以此让学生感受到因为违反交通法规而造成的严重后果，提高学生的交通安全意识。

3.4 改变传统教学理念

VR技术教学将在未来逐步普及。VR技术运用于教学中，有利于教师改变原有的教学方式，进行教学调整，以学生更容易接受的、更加有效的方式实现教学目标。VR体验将改变传统的教学理念，教师不仅可以在黑板、多媒体进行知识展示讲解，还可以带领学生沉浸式体验，鼓励学生探寻知识，提升学生学习兴趣。