虚拟现实技术及其在教育领域的应用研究

摘 要 随着计算机图形学的发展与计算机性能的提高，虚拟现实技术在各个领域得到广泛应用。虚拟现实技术已经逐步从实验室中走出并进入我们日常的生活学习中来。作为一项新技术在教育教学领域的应用，虚拟现实技术为广大教师提供了一种全新的教学手段。本文简单分析了虚拟现实技术及其在教育领域的应用。

关键词 虚拟现实技术 教育领域 应用

中图分类号：G434 文献标识码：A

0引言

基于虚拟现实本身的技术特点，可以为教学提供新的方式，如在具体的课堂中，虚拟现实技术为学习者提供了可视化的模型或模拟器，这些作为教育教学的辅助工具促进了学生对教学内容的理解。同时，通过虚拟现实技术可以构建沉浸式虚拟现实环境系统，为学习者提供视觉、听觉、触觉等多感官体验的互动方式，既可以培养学生的学习兴趣与热情，又能使教育教学达到事半功倍的效果。因此，对虚拟现实技术及其在教育领域的应用进行研究具有重要的现实意义。

1虚拟现实技术简介

1.1虚拟现实的概念

虚拟现实是一种由计算机和电子技术创造的新世界，是一个看似真实的模拟环境，通过多种传感设备，用户可根据自身的感觉，使用人的自然技能对虚拟世界中的物体进行考察和操作，参与其中的事件，同时提供视、听、触等直观又自然的实时感知，并使参与者“沉浸”于模拟环境。

1.2技术关键

虚拟现实技术关键需要构建虚拟世界的三维模型库，根据3D几何特征、物理属性等特征构建模型大数据，模型种类包括实体模型、柔体模型和粒子模型等等。此外，模型还是具备四维特征，即随时间变化，比如春夏秋冬、草木枯荣以及文物古迹。虚拟现实的应用也是VR+级别的革命，就像现在的互联网+，可以改变世界的方方面面，可以虚拟的地方就有虚拟现实技术。

2虚拟现实技术在教育中的应用价值

2.1拓展学习空间

虚拟现实技术拓展了学习的多维度空间，利用虚拟现实技术可以彻底打破时间与空间的限制，消除时间与空间造成的认知阻断。大到宇宙天体，小至原子粒子，学生都可“进入”这些物体的内部进行观察。一些需要几十年甚至上百年才能观察清楚的变化过程，通过虚拟现实技术可以在很短的时间内呈现给学生观察。例如，通过虚拟现实技术，学生可以身临其境般畅游深海，与各种海洋生物为伴，认识奇妙的海底世界。

2.2激发学习兴趣

虚拟现实的直观体验更能激发学习者的学习兴趣。相对于传统教育中知识的扁平性，虚拟现实教育的呈现更立体。将虚拟现实技术引入教学，在实现人与机器的交流、通过网络进行人与人之间交流的同时，让学习变得游戏化、情境化，真正做到寓教于乐，促进交流、知识表达及应用，有利于更好实现教育目标。

2.3增加教学安全性

虚拟现实技术让学习变得更安全。虚拟现实技术可模拟某些真实情境，在安全的前提下让学生学会应对某些现实场景中不可预知的危险。在虚拟实验室，学生可以用虚拟实验器材进行实验，避免危险化学品可能引发的安全问题。

3虚拟现实技术在教育中的具体应用

3.1模拟训练

虚拟现实技术在教学中应用几乎最成功的案例就是模拟训练系统的开发与研制。由于空间探索和军队战争训练需要高昂的费用，以及这些领域需要极高的安全性与可靠性，使得虚拟现实技术最早应用在了这个领域，并且发挥出了巨大的使用价值和商业价值。随着社会的进步，虚拟现实技术也延伸到的一般的医学教学、汽车驾驶以及电器维修等需要培养各种操作技能的领域。在动作技能的学习中，学习者只有从虚拟现实系统中接受到操作或动作的反馈才能起到积极的学习作用。因此，在运用虚拟现实技术研发模拟训练系统时应该具体考虑学习产生的条件以及教学的效果，这种模拟训练系统应该能够提供真实的模拟训练的情景、校正学习者的错误以及跟踪学习者的学习过程等功能。

3.2虚拟实验室

利用虚拟现实技术建立的各种虚拟实验室在教育上应用前景广阔，尤其在物理、化学、生物等需要实验的学科中更是如此。创建这种虚拟环境的演示物体可以摆脱真正实验室所需要的昂贵的设备，减少了教育部门的实验开销，教学的效果基本接近运用真正的实验仪器设备进行实验所能达到的教学效果。学生可以在跟真实实验室几乎相同的学习环境中学习，学生之间可以相互讨论学习到的概念。如果学生通过匿名的身份进行角色扮演，那么它所能达到的教学效果有可能达到甚至超过在真实实验室环境中进行实验的效果。虚拟实验室基本上分为两类：一种是由编程者设计只能插入并操作实验中有限的实物，这是现今大多数虚拟实验室系统的工作环境；另外一种是基于广泛学科领域知识的虚拟现实系统。

3.3科学研究

国内许多高校都建立了国家实验室开展虚拟现实方面的研究工作。其中北京航空航天大W建立了虚拟现实技术国家教育部重点实验室，曾经为我国自行研制的歼8飞机研制了虚拟现实飞行模拟器；浙江大学计算机辅助设计和图形学（CAD/CG）国家重点实验室也开发了桌面虚拟建筑环境实时漫游系统；其他高校如清华大学、西安交通大学对虚拟现实的真实感和立体现实技术都进行了广泛的研究，使得我国在虚拟现实基础理论研究方面硕果累累。

3.4虚拟学习环境

虚拟学习环境，简称VLE技术。如今国内教育技术对虚拟学习环境的研究多数都停留在如Blog应用这种符号性的交流上，研究如何对学习者之间这种文字性的相互交流进行教学设计。真正对虚拟现实学习环境的研究是对分布式真实虚拟现实感的教学环境的开发与应用进行研究，通过人体模型或者化合物等分子结构演示的虚拟体验，教育者和学习者之间，或者学习者和同伴之间可以在一个虚拟的现实空间中，进行虚拟人之间的面对面的情感交流。

4结语

虚拟现实技术的使用为远程网络教学模拟真实的学习环境提供更加便利的条件，对现阶段课堂教育进行虚拟仿真提供必要的支持，为教学活动的具体实施提供一种全新的教学模式，虚拟现实技术将在教育中发挥重要应用价值，包括军事院校教学、体育专项训练、医学学生模拟实习、飞机操作等教学中，有利于教育事业的改革和创新。

参考文献

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