虚拟现实技术在教育中的应用研究
高宁婧
（扬州大学，江苏 扬州）
摘 要： 随着科技信息技术、互联网技术、3D 技术、数据库及数字视频等技术的综合应用，虚拟现实技术获得了长足的发展。虚拟现实技术以其多感知性、交互性、沉浸感和构想性的特征，以及景物内部多方位观察与情境再现的功能，在社会各领域的应用越来越广泛。本文主要探讨了虚拟现实技术在教育领域的应用问题，以供参考。
关键词： 虚拟现实技术；教育；双向交互
现代信息技术的飞跃发展，特别是多媒体技术的日益成熟，使得虚拟现实技术也获得了长足的发展。借助虚拟现实技术，可以在空间进行激光全息投影，准确地模拟出人的一切感知效果。在当今素质教育背景下，信息技术不断向教育领域渗透，在改变传统教学理念与方法的同时，也极大地提升了教学效果与质量，为教育的课持续发展注入了新的活力。
一 虚拟现实技术
（一） 虚拟现实技术的概念
虚拟现实技术（Virtual Reality）是一中高新技术、人工环境，亦称为灵境技术、幻真技术。它是借助信息技术和计算机、互联网技术，而生成的一种模拟环境，融合了计算机图形学、多媒体技术、通信技术、人机接口技术、数字图象处理、人工智能、传感器技术，及人体行为学等多种先进技术。虚拟现实技术利用不同的传感设备，生成逼真的视、听和触觉一体化的三维逼真虚拟环境，从而实现用户与该环境的直接自然交互。在虚拟环境中，人们可以与其中的对象进行交互作用，获得如同真实环境的感受与体验。在这其中，虚拟环境（VE）是一种人工合成环境，当人在虚拟环境中，可以用动作对虚拟环境造成影像，虚拟环境会跟着发生相应的变化，因此，可以给人们带来全新、逼真的一种身心体验。虚拟环境技术最早是应用在飞行员训练及宇航员模拟太空舱操作演练中，如今，已经日益广泛地应用在医学、军事、汽车驾驶、教育等各个领域。
（二） 虚拟现实系统的构成
虚拟现实系统的主要构造如下：一是虚拟现实系统的处理器和相关软件系统；二是人体头部和手部相应的跟踪设备；三是系统所用到的显示设备；四是系统语音识别系统、合成定位设备；五是手部的数字化设备；六是系统所用到的其他相关设备，比如，力觉、触觉、身体运动传感器等等。
对于一个具体的虚拟现实系统来说，通常由五大主要元素构成：一是传感器件，其主要功能就是将虚拟环境中的物体形、动作和声音等，根据人体的活动进行相应的转换，给用户带来视觉、听觉和触觉等多方面的真实感知体验；二是作用器件，其主要功能是将人的一些约定动作，比如，行走、点头、手势等动作，转化成作用的数据信息，使之能够在虚拟环境中被察觉；三是虚拟环境发生器，其主要功能就是根据用户的需求，生成相应的虚拟环境，并通过作用器件传递相应的数据信息，以明确用户的位置与动作；四是人，人是虚拟环境中非常关键的元素，只有人存在的虚拟环境，才会形成一个有效、完整的反馈环路；五是虚拟环境。虚拟环境发生器生成虚拟环境，并通过传感器件与作用器件，与虚拟环境中的人，形成交互作用，为用户提供身临其境的逼真体验。
（三） 虚拟现实技术的基本特征
虚拟现实技术是一门综合性技术，在这个虚拟环境中，人占据主导地位，因而，虚拟现实技术具有如下几种典型特征：一是多感知性（Multi-Sensory），即一种理想化的人所具有的一切感知功能，比如，视觉、听觉、力觉、味觉、触觉、嗅觉等多种感知。二是交互性（Interactivity），即用户可以对虚拟环境中的物体进行逼真生动的操作，比如，用户可以在虚拟环境中抓取物体，并且会相应地产生抓取和握住物体的感觉及物体的重量。交互性具有从环境得到实时反馈的自然程度。三是沉浸感（Immersion），又称临场感，是指虚拟环境能够使用户全身心地投入到该环境中，并且能给用户带来生动逼真的真实体验与感觉。四是构想性（Imagination），主要是指用户在使用虚拟现实系统中，可以通过对各类信息进行综合，利用自身的动作行为，来联想、想象或者推理、判断各种客观不存在或不可能的环境，从而获得更多的信息与知识。
二 虚拟现实技术在教育中的运用
虚拟体育馆是利用材料科学、建筑科学、虚拟现实技术等综合技术，进行开发的一种虚拟体育馆，用户只要佩戴可视性头盔或眼镜，就可以学习或练习自己喜爱的体育运动项目，比如，乒乓球联系、虚拟单打或双打比赛，在这个过程中，用户可以利用挥动传感球拍和佩戴头盔或眼镜，来真实地感受打球的所有感觉。在结束后，还可以回放联系的视频录像，来对自己的技术进行分析和总结，以便总结技巧、纠正错误动作、规范技能技术等。现在，击剑、篮球、排球、羽毛球、体操等运动项目，已经都可以在虚拟体育馆中进行练习。
（一） 虚拟实验室
虚拟校园是指借助 3D 摄影、仿真等技术来设计出的虚拟学校环境，在虚拟校园中，设有虚拟教室、虚拟图书馆、虚拟实验室、虚拟体育馆、虚拟宿舍、虚拟食堂等，涵盖了实际校园环境中所有的学习设施与设备，学生在系统中可以进行任意角色扮演，也可与同学之间进行合作，共同进行学习、实验、娱乐等。
采取委托管理、连锁运营的方式，通过专业化服务、科学化管理，做好总分馆日常管理运行。建立合格主体单位目录库，采用政府购买服务方式，引入合格的第三方主体参与公共图书馆服务，建立诚信反馈、服务评估、优胜劣汰等机制，切实加强基层服务管理水平，提升标准化居村综合文化活动室（中心）终端服务质量。
（二） 虚拟图书馆
科学研究领域对于虚拟现实技术的应用，主要就是将真实生活中的事物，虚设到模拟情境中，研究者通过详细的观察，来探析其中存在的问题、原因及规律，经过实证后，得出实际研究结果。比如，在医学教学的实践环节中，外科医生就可以利用虚拟现实技术，来创设出虚拟手术室和虚拟病人和人体组织，学生进行虚拟手术操作，以此来提高手术技能。
（三） 虚拟体育馆
虚拟现实技术由于不受环境、场地、经费、天气等外在因素与条件的限制，也不用消耗相关的器材，还可以进行反复练习与操作，有效性、经济性、安全性都比较高，因而，在教育领域受到了越来越广泛的欢迎。与传统的教育教学方法相比，虚拟现实技术的教育应用效果非常明显。过去，学生通常是借助书本、实验仪器等进行学习和研究，要受到学校场地、经费、实验器材等的影响和制约。在学习过程中，对一些比较抽象、难以理解的知识，比如，数学的空间逻辑关系、实验发生的内部过程等，无法进行更加直观、有效的理解。但是，利用虚拟现实技术，就能创设虚拟的教学情境，从而为学生进行生动、直观的学生和理解，提供了诸多实现的可能。
虚拟教学就是将教学过程中一些难以理解或逻辑关系比较复杂的内容，利用虚拟现实技术来创设立体空间，进行直观、生动、形象的阐释，以帮助学生更好地理解和把握其中蕴含的规律与关系。比如，在中学生物课程中，教师在讲解自然中食物链知识的时候，就可以借助虚拟现实技术，引领学生进入到大自然的动植物世界中，来亲身感受大自然中的优胜劣汰和自然规律。
（四） 虚拟校园
利用虚拟现实技术创设虚拟实验室，是当今教育中比较常见的一种方式。在进行实验教学时，由于一些实验器材比较昂贵、实验过程比较长，采用传统方法，往往不能有效地开展。但是，利用虚拟环境技术，就能够构建一个与实物等同的三维物体，比如虚拟的物理实验室、化学实验室、驾驶实验室、摄影实验室、虚拟演播厅等，在这个虚拟实验室中，系统会为学生提供图文并茂、声情并举的实验预备知识，还可以用Pro/E 建模，将所用到的各种教学仪器、设备和产品进行实物虚化，学生可以在这个虚拟环境中，进行虚拟仪器的操作，教师可以对学生给予即时的实验指导等。这种虚拟实验室有效解决了传统实验教学中受空间、时间等客观因素影响的不足，学生只要登陆虚拟实验室设备，就可以进行操作训练，因此，不仅提高了教学效果，节约了教学成本，也激发了学生学习的热情与主动性。此外，利用这种虚拟环境技术，也可以避免一些高危实验带来的安全问题。
发展微电网的目的主要有三个：一是通过柴油机、小风电、分布式光伏等独立发电系统，解决与大电网联系薄弱的农村和偏远地区用电问题；二是在可再生能源高渗透率地区，通过微电网这一稳定的电力供应平台，实现分布式可再生能源的消纳和多种能源的高效利用；三是作为大电网的备用和补充，满足对电能质量和供电可靠性有特殊要求的用户需要和特殊时期的应急供电。
加强施工所用各种构件，尤其是关键位置构建的质量检测是保证钢混凝土叠合梁模板支架施工安全的最主要措施。在支架安装时，需要对将使用的各种钢管、顶托、螺杆等严格检测。进行支架焊接时，要使用双面焊接的办法以进一步增加支架承载力，对其也要进行严格检验。
（五） 虚拟教学
通过对该疾病的研究,发现该疾病的产生为通向心肌细胞的动脉产生病变,使得冠状动脉供血不足,进而造成心肌细胞的坏死,造成心脏功能异常,危害性极大,一旦确诊,需要及时进行治疗,治疗越早越好,在为患者对症治疗的过程中,患者受到的护理质量极为关键和重要,通过对患者的基本资料充分掌握,结合实际情况,针对性护理干预措施的应用效果显著,通过为患者实施针对性心理护理、针对性饮食护理、针对性大便护理等,能提升排便顺畅率,提高生活质量,应用价值极高,值得选用[5]。
（六） 科学研究
虚拟图书馆是借助全息摄影技术、web3D 技术、 三维建模、数据库技术等，把图书馆整个实体建筑，包括门窗、书桌、灯光、走廊、书架、检索机、各类书籍、报刊、光盘、磁带等，全部以虚拟现实技术整合在计算机中，构建一个虚拟图书馆。虚拟图书馆中的书籍、报刊、杂志等，均是通过高清扫描仪扫描并进行数字化存储的电子资料，用户只需要通过移动鼠标，就可以对虚拟图书馆内的所有数字化资源进行任意浏览。在浏览的时候，每本图书也可以如同现实阅读一样，进行翻页，并伴有翻页的声音效果，给人一种身临其境的真实感觉。同时，用户也可以借阅喜爱的电子书籍，放在个人虚拟图书室中，在一定期限内进行自由阅读。
如果目光仅局限于其策论内容，很难再有所突破。换一个视角来看，策论是一种应试文体，在北宋时期是应制科考试而作，这是考察秦观策论所不能忽视的。既然是具有一定规模的考试，秦观策论的特色，就应该放在整体的背景下研究。
（七） 远程教育
随着信息科技和计算机、网络技术的日新月异，现今远程教育的教学模式及手段，也与以往相比，有了很大的变革，但是，却一直无法实现师生之间面对面的教学。虚拟现实技术的出现，较好地解决了这一问题。在网络远程教育学院，学员利用三维建模的虚拟现实技术，就能够把教师的形象创设到远程虚拟教室中，在学习终端的学生，只要进入到该教师的虚拟授课课堂，就能与教师实现真实的“面对面”教学互动。在虚拟课堂中，教师也可以创新地使用情境课堂、小组讨论、角色扮演等有效教学手法，以进一步提高学生学习的兴趣、积极性，以提高课堂教学效果与质量。
三 虚拟现实技术应用于教育的现实意义
（一） 虚拟现实技术对现代教育及技能培训的促进作用
在我国教育改革不断深化以及素质教育日益重要的背景下，教育的现代化程度越来越高，不少具有IT 知识和技术的人才充实到教师队伍中，现任教师队伍的现代教育技术培训力度也不断加大，这些都为教育实现现代化、科技化及教师的专家化，奠定了良好的基础条件，也为虚拟现实技术在教育中的普及应用提供了人才保障。与普通教育相比，职业技术教育具有更强的技术性和实践性要求。如果采用传统的技能培训方法，不仅会加大人力、物力和其他教育资源的占用程度，实训场所、实习基地的不足，也会使得学生动手操作机会较少，无法有效实现职业教育的培养目标。虚拟现实技术提供了高效、经济、逼真的实践与操作机会，可使全体学生都能进行真实的实践操作练习，并在具体的操作中，进行反思与创新，从而能切实提高学生的实践操作技能，促进学生举一反三的创新能力提升，实现真正的素质教育与技能教育。尤其是对职业技术教育来说，其意义更加显著。
（二） 虚拟现实技术对自主学习、终身学习的积极意义
自主学习、终身学习，是现代教育技术理论的主要内容，而虚拟现实技术则为实现这一目的，提供了良好的实现条件。根据教育心理学，“兴趣可谓是最好的教师”。虚拟现实技术采用现代科技信息技术和计算机、网络技术手段，营造出一个生动形象、高仿真的虚拟学习环境，学生置身其中，就会不知不觉地被环境所感染，从而激发起强烈的学习兴趣、主动的探究学习欲望等，能帮助其深入地钻研和学习，从而实现能力与素质的全面提升。同时，虚拟现实技术的这种高仿真和强交互作用，也会吸引学生不断地保持学习的热情，从而推动学生实现终身学习。
四 结语
综上所述，虚拟现实技术有着非常广阔和乐观的应用前景，未来将在社会、经济、生活等各领域发挥更加重要的作用。虚拟现实技术应用在教育领域中，既是虚拟现实技术发展的必然结果，也是现代教育的必由之路。它可以为教育教学提供一种全新的、双向交互的教学模式，以更加真实、全面、经济、高效的方式，给学生带来全方位、立体式的学习体验，从而有效激发学生学习的兴趣与积极性，进一步提升教育教学的质量，真正促进学生综合素质全面提升。
参考文献
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本文引用格式： 高宁婧.虚拟现实技术在教育中的应用研究[J].教育现代化,2019,6(78):102-104.
DOI： 10.16541/j.cnki.2095-8420.2019.78.044
作者简介： 高宁婧，女，汉族，山东淄博人，硕士研究生，讲师，研究方向：数字媒体艺术、交互设计。