浅谈虚拟现实技术在高等教育的应用

　　摘 要 通过对虚拟现实技术理论陈述，部分实例进行分析，着手于软硬件两方面，结合高等教育中已有的优秀实例，对虚拟现实技术在高等教育领域的应用提出部分建议。
　　关键词 虚拟现实 增强现实 三维技术 教育 软件开发
　　中图分类号：G434 文献标识码：A
　　虚拟现实技术到现在已经发展十多年了，近几年发展极为迅速。可穿戴式的沉浸式体验，让这项技术在社会中得到极大地推广和使用。在高等教育领域，也越来越多的将该技术引入到科研和教学上。下面，我们来具体谈谈。
　　1虚拟现实在教育领域的应用
　　虚拟现实技术在传递信息方面是多媒体技术的一大突破。VR所传递的信息不仅仅是简单的图形、声音或者超文本，而是一系列实时生成的拟真声像信息、触觉和运动感知（未来还要加上嗅觉和味觉）等。VR最大的特点就是“身临其境”，这和教育原理中的“情景构建”理论不谋而合，因此将VR应用到教育领域也成为一个较为热门的研究方向。
　　下面列举了几种典型的VR在教育领域的应用：
　　1.1 VR训练场和实验台
　　顾名思义，VR训练场和实验台就是在虚拟世界中构建出实验场所来供学习者进行活动与操作。由于操作对象从实际存在的物体变成了虚拟世界中的模型，允许操作方式会随着教学设计者的设计精细程度而增加或者减少（一般是减少），设计者可以给出较为精简的操作流程提示告知学习者应当怎样控制和处理“眼前”的对象。同时，从虚拟现实的体验来看，利用虚拟现实技术，可以建立各种虚拟实验室，如地理、物理、化学、生物实验室等等，拥有传统实验室难以比拟的优势。利用虚拟现实技术建立起来的虚拟实训基地，其“设备”与“部件”多是虚拟的，可以根据随时生成新的设备。教学内容可以不断更新，使实践训练及时跟上技术的发展。虚拟现实技术能够为学生提供生动、逼真的学习环境，如建造人体模型、电脑太空旅行、化合物分子结构显示等，在广泛的科目领域提供无限的虚拟体验，从而加速和巩固学生学习知识的过程。虚拟现实的沉浸性和交互性，非常有利于学生的技能训练。包括军事作战技能、外科手术技能、教学技能、体育技能、汽车驾驶技能、果树栽培技能、电器维修技能等各种职业技能的训练。
　　1.2科技研究与模拟观测
　　清华大学在计算机基础课程中，还增加了虚拟现实相关的内容。清华大学利用虚拟仪器构建了汽车发动机检测系统；北京师范大学教育部虚拟现实应用工程研究中心就主要从事这项技术在文化遗产保护和医学上的应用，先后开发了北京胡同虚拟现实游览交互系统、秦兵马俑阵列运动模拟、虚拟内窥镜等程序；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、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。
　　1.3虚拟校园
　　“不出门便知天下事”在前互联网时代已经开始逐步实现，而VR系统将赋予这句中国古谚以更新的内涵。相比传统的主要提供音视频及超文本内容的远程教育系统来说，若能用VR系统构建高度仿真的校园，我们就可以克服由于交互性或互动性不足所带来的一系列问题。比如，国外一些高校利用VR技术吸引生源，推广校园文化。位于美国佐治亚州的Savannah艺术设计院校成为第一个大规模使用VR技术的高校，录制好校园介绍并寄给已被录取但尚未入学的学生。
　　2虚拟现实系统在高等教育的发展期望
　　人对自然界有视听触味嗅五种感觉，后三种是较难通过硬件设备模拟的。触觉直接和身体的运动接触有关，因此想要达到高度拟真的运动控制及受力反馈，最好的方案依然是将人体的实际动作传递到虚拟世界中去。实现这一需求的输入设备包括体感服等，但仍很难解决输出即受力反馈问题。
　　类似这样的问题，还未能很好的解决。所以很多高等学府也将虚拟现实技术作为科研课题进行研究，在技术上真正实现突破。“VR+ 教育”是有技术门槛的，人们对VR 的认知普遍不多，在市场上VR 容易被仿冒及误导使用， 从而让大家对VR 的期待值一降再降，导致最后VR 还未真正问世，就已经沦为了供过于求的“垃圾”科技， 这让正牌VR 的损失难以估量。产品内容方面，硬件配置与学科教育契合度偏低，VR 教育课程的开发缺乏学科教育专家和老师的参与。而相对于使用Oculus、HTC Vive 等纯虚拟现实环境来说，增强现实环境不需要佩戴沉重的头盔，不需要放置捕获用户空间位置的专用定位器和特定的活动范围空间。它仅需要一台电脑配合一个普通摄像头，或者仅需要平板电脑或手机（ 本身自带摄像头），即可做到真实环境和虚拟对象的融合互动。因此，这种对硬件条件要求不高的学习技术更容易在学校落地，并拥有更多的受众用户。更重要的是，增强现实环境将虚拟的学习内容与现实环境进行了有意义的关联。所以，AR 技术作为当前研究热点之一的VR 技术的分支，更能为學生创设出一个科学探究的环境。
　　因此，在未来教育中，我们应深掘教育规律， 借助VR/AR 学习环境，构建技术平台支撑下的新型教学模式，探求VR/AR 学习环境如何支持学与教， 以提升学生在课堂教学中的学习效果，通过重塑学习方式回归教育本质，对培育创新型人才和教育提供支持。
　　参考文献
　　[1] 蔡苏，王沛文，杨阳等.增强现实（AR） 技术的教育应用综述[J].远程教育杂志，2016（05）：27-40.
　　[2] 陈向东，曹杨璐.移动增强现实教育游戏的开发——以“快乐寻宝”为例[J].现代教育技术，2015，25（04）：101-107.
　　[3] 国务院.国务院关于印发国家教育事业发展“十三五”规划的通知[DB/OL].http：///zhengce/ content/2017-01/19/content_5161341.htm，2017-01-19.

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