虛擬現實技術在教育領域的應用優(yōu)勢獲獎科研報告摘

要：虛擬現實技術，作為當今最熱門最具潛力的計算機科學技術之一，具有廣泛的發(fā)展前景，本文主要論述了將虛擬現實技術應用在教育領域的作用與優(yōu)勢。

關鍵詞：虛擬現實技術

教學媒體

沉浸感

交互性

二十一世紀，是計算機科學技術和信息技術的迅猛發(fā)展的世紀，計算機技術的發(fā)展讓我們生活的各個方面都產生了巨大的變化。而隨著科學技術不斷發(fā)展與完善，繼多媒體之后教育技術領域又出現新的教學媒體，為現代的教育與教學提供了嶄新的、突破創(chuàng)造力與想象力的輔助手段，這就是虛擬現實技術。

一、虛擬現實技術及其概要

（一）虛擬現實技術的由來與定義

虛擬現實即VR（英文全寫為VirtualReality，簡稱VR），又稱為靈境技術.其具體內涵是：虛擬現實是一門綜合了計算機圖形、人機接口、多媒體、傳感器、并行計算、機器視覺以及人工智能等多方面技術的技術。它允許用戶通過視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等多信息通道來感受三維模擬的虛擬世界，是一種創(chuàng)新的高級人機交互形式。[1]

（二）虛擬現實技術的特色

虛擬現實利用三維圖形生成技術、多傳感交互技術以及高分辨顯示技術，生成三維逼真的虛擬環(huán)境，使用者戴上特殊的頭盔、數據手套等傳感設備，或者利用鍵盤、鼠標等輸入設備，便可以進入虛擬空間，成為虛擬環(huán)境的一員，進行實時交互，感知和操作虛擬世界中的各種對象，從而獲得身臨其境的感受和體會。

（三）虛擬現實技術的基本特征

1.沉浸感

虛擬現實技術是根據人類的視覺、聽覺的生理心理特點，由計算機制作逼真的三維立體圖像，使用者戴上頭盔顯示器和數據手套等交互設備便可將自己置身于虛擬環(huán)境中，成為虛擬環(huán)境中的一員。使用者在虛擬環(huán)境中感知更加逼真，如同身臨其境。

2.交互性

交互性是指參與者對模擬環(huán)境內物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度（包括實時性）。計算機能根據使用者的頭、手、眼、語言及身體的運動，來調整系統(tǒng)呈現的圖像及聲音。使用者通過自身的語言、身體運動或動作等自然技能就能對虛擬環(huán)境中的對象進行考察或操作。

3.多感知性

由于虛擬現實系統(tǒng)中裝有視、聽、觸、動覺的傳感及反應裝置，它能充分調動使用者在虛擬環(huán)境中的視覺、聽覺、觸覺、動覺等多種感知，從而達到身臨其境的效果。

二、虛擬現實技術的發(fā)展現狀概述

現如今虛擬現實技術是計算機科學領域最具發(fā)展?jié)撡|和動力的項目之一，同時也是應用最廣的項目之一。近年來人們對虛擬現實技術的關注熱度只增無減，而Oculus、Facebook、三星、HTC、Valve、索尼以及谷歌等科技公司都在著手研發(fā)虛擬現實技術，并且隨著硬件的降價和技術的逐步成熟，虛擬現實的普及化指日可待了。目前，虛擬現實技術已廣泛應用于航空航天、影視制作、醫(yī)學實習、建筑設計、軍事訓練、體育訓練、娛樂游戲等許多領域，在教育領域，虛擬現實技術具有更廣泛的作用和影響。

三、虛擬現實在教育中具體的適用方向

（一）科學研究領域

虛擬現實作為當今最具發(fā)展?jié)摿Φ男畔⒓夹g之一，它以其沉浸的感知與呈現以及與人交互的作用能更好地模擬科學實驗和用于科學研究。

（二）知識與探索

利用虛擬現實的沉浸性，在模擬出的逼真景象中呈現出實際生活中無法直接觀察到的自然現象或事物的變化過程，為學生提供生動、逼真的感性學習材料。突破學生的想象力和感官限制，將抽象的概念、理論變得直觀化、形象化，便于學生更有效地理解抽象的知識概念。

（三）虛擬仿真實驗與模擬實踐

將虛擬現實技術應用于實驗，模擬出逼真的實驗環(huán)境或者實踐環(huán)境，在有效規(guī)避實驗風險的基礎上，服務于學生的實驗探究。（將會在下文對虛擬現實優(yōu)勢的說明中進行具體論述）

四、虛擬現實技術在教育中的作用與優(yōu)勢

（一）極大地擴展學生的感官，沒有年級的限制

虛擬現實能夠利用VR頭盔或者VR眼鏡等硬件設備在學生眼前通過三維圖形生成技術、多傳感交互技術以及高分辨顯示技術，生成逼真的三維虛擬環(huán)境，使得學生眼中所見到的教學資源比傳統(tǒng)的多媒體展現更為真實和直觀，同時通過影像、聲音、觸摸等方式更好地調動學生多方面的感官，讓學生身臨其境地親身感受和經歷，比傳統(tǒng)的空洞抽象的知識灌輸更具有說服力和趣味性。

（二）突破客觀實驗因素的限制，更好地呈現實驗效果

在物理、化學、生物等重視實驗探究的學科教學過程中，由于受不可避免的客觀因素影響，有的實驗是無法在現實中進行的。但是有了虛擬現實技術，我們可以突破客觀條件的阻礙，構建出虛擬的理想化實驗環(huán)境，從而模擬理想環(huán)境下實驗的進行，為學生的理解和保障實驗的準確性提供了更好的途徑。

（三）彌補教學資源的不足

在教學中，學校往往會因為實驗設備、實驗場地、教學經費等方面的原因，無法進行某些實驗的操作或者教學內容的觀察。利用虛擬現實系統(tǒng)，可以彌補這些方面的不足，學生足不出戶便可以做各種各樣的實驗，獲得真實的實驗體會，從而豐富感性認識，加深對教學內容的理解。

（四）有效規(guī)避實驗風險和實踐風險

在傳統(tǒng)的教學中，某些具有一定危險的實驗活動，為了學生的人身安全，一般只能通過教師的講解或者觀看實驗的視頻來代替學生的動手操作。然而使用虛擬現實技術，則可以在全方位觀測實驗進行的同時，有效地規(guī)避危險實驗所帶來的風險。

（五）突破時間和空間的限制

有了虛擬現實技術，可以打破時間和空間對傳統(tǒng)教學資源展示的影響，學生在任何時間和地點，只要佩戴上VR眼鏡、小型傳感器設備等儀器，便可實現最貼近真實的觀察和探索。同時，在傳統(tǒng)多媒體中一些因為時間較長或者空間太小而無法演示的內容也可以在虛擬現實環(huán)境下讓教學對環(huán)境和時間的要求最小化。大到宇宙中的天體，小到原子分子，可以利用虛擬現實技術直接模擬其內部構造，讓學生最直觀地看到其中的運作狀態(tài)。

（六）推動信息技術與其他學科在教學上更為密切地整合

虛擬現實在教學中的應用，其實就是現代信息技術科技在各個學科的教學中、在學科內容和教學手段上更為有效的整合，學科教育的發(fā)展和信息技術的進步起到了相輔