王美霞

摘   要：教育技术领域的创新非常突出，VR在教学中的应用一直是教育研究者关注的焦点。许多研究表明，这项技术在改善学习成果和学生动机、克服学校和考试焦虑、确保学生专注于教学内容等方面具有显著的潜在益处。然而，学校在头戴式显示器以及虚拟现实软件方面的投资仍然存在资金投入过大的问题。文章对虚拟现实在教育中的应用进行文献综述，重点介绍技术和教学方面、整合和评估标准。

关键词：教育技术;沉浸式学习;沉浸式技术;虚拟现实

1    虚拟现实技术背景介绍

信息和通信技术在教育内容中的使用极大地改变了学习环境，为学习方法和教学带来了重大挑战和持续变化。虚拟技术领域的创新为个人体验虚拟现实和增强现实（Augmented Reality，AR）提供可能。同时，这也为教育部门使用这些技术提高学习效率提供了更多机会。

现代沉浸式技术创造了将学习转化为令人兴奋的努力的新机会。Kinshuk等（2016）指出，AR和沉浸式虚拟现实（Virtual Reality，VR）是创新技术的例子，可用于智能学习环境，以实现传统环境中非常困难或不可能的学习机会。这两种技术不同，但在某些特征和用途上有关联。AR用虚拟对象补充现实世界，而虚拟现实则模拟整个现实，通常被定义为一个计算机生成的三维实时环境，允许用户通过不同的输入/输出设备进行交互。在教育背景下，虚拟现实可以定义为各种技术（硬件和软件）的集合，用来提供沉浸式学习体验[1]。

2    虚拟现实在教学中的应用

2.1  沉浸式虚拟现实的优势

沉浸式虚拟现实具有一定的优势：提供一个实验的机会，对现实生活中存在一定局限性的情境和对象进行实验，例如不同的时间段、身体不可接近性、缺乏访问权限或者对访问具有高度危险性、伦理问题等情况。其可以在一个安全的环境中提供实践和培训，提升学习者的参与度和学习动力，支持不同的学习风格，促进内容理解和记忆。

2.2  沉浸式虚拟现实的相关技术

20世纪中期以来，与虚拟现实相关的技术一直在开发中。沉浸式虚拟现实超出了学校的范围，并且有许多问题阻碍了这种技术在教育中的广泛应用，例如头戴式显示器（Head-Mounted Display，HMD）的高成本、用户体验较差以及虚拟学习环境的设计较差等。然而，基于桌面的虚拟现实在中学和高等教育中得到了应用，许多教育工作者已经将这些技术（模拟、游戏和虚拟世界等）整合到他们的教学实践中。有研究人员进行了游戏类的13项研究、模拟类的29项研究和虚拟世界类的27项研究，结果表明，游戏、模拟和虚拟世界是有效的，对学习效果有积极影响，并且，游戏显示出比模拟和虚拟世界更高的学习效果。

研究人员和教师对软件（尤其是教育视频游戏和严肃游戏）的兴趣日益增长，他们强调商业视频游戏也可以用作教育工具。游戏在创造、协作和分发方面具有巨大的影响作用，并且已经在世界各地的各种教育主题中使用。教师友好型平台Minecraft：Education Edition和虚拟实验室模拟实验室被越来越多地用于正规教育环境中的学习。

2.3  沉浸式虛拟现实类型

目前，两种主要的沉浸式虚拟现实类型是洞穴自动虚拟环境（Cave Automatic Virtual Environment，CAVE）系统和HMD。

CAVE系统是1992年发明的基于房间的全沉浸式虚拟现实系统。一个立方体房间的侧墙以及地板和天花板是由投影屏幕构成的，参与者戴着一副特殊的3D眼镜，以获得虚拟环境的立体视图，使用不同的输入设备在参与者和系统之间提供交互（用户可以指出、选择或拖放虚拟对象）。CAVE的潜在用途已在包括教育在内的各种领域进行了探索，但实际应用往往局限于研究项目。

沉浸式虚拟现实可以用于模拟学习（学生可以在安全和互动的环境中学习和实践新技能），具有改革教育的潜在应用可能，至于是否可以实现这一观点，人们已经讨论了几十年。然而，直到现在，HMD在教育环境中还没有真正地大规模应用。由于2013年Oculus Rift推出了开发者版本Goggles，虚拟现实情况发生了变化，推动了新一代质量更好、价格更高的虚拟现实出现。2015年，谷歌通过探险先锋计划，使得全世界数百万学生开始在课堂上使用这项技术进行学习[2]。

3    在教育环境中实施沉浸式虚拟现实

最适合在教育环境中实施的沉浸式虚拟现实是MVR，因为大多数学校计算机的配置不满足Oculus Rift或HTC Vive的要求。基于智能手机的虚拟现实耳机具有经济优势，故而更适合课堂使用。

高昂的价格一直是HMD在教育环境中使用的最大障碍之一，然而，随着低成本MVR HMD的出现，这一问题逐步得到了解决，如MVR与Google Cardboard的视图可以成功地集成在低资源的教育环境中。

3.1  在教育环境中实施沉浸式虚拟现实的理论基础

Liu等[3]提出了将虚拟现实应用于教育的3个关键理论基础：

首先，建构主义。将学生作为学习环境的中心，通过活动和互动不断挑战学生先前的经验，并促进新知识的学习。情境学习、体验学习、协作学习等教学策略（从这一理论延伸而来）适用于虚拟现实教学。

其次，自主学习理论。学生可以选择学习目标以及如何实现目标进行自主学习，然而，学生必须有相当的自控能力且具备运用向老师或环境反馈的能力。VR技术可以为自主学习和实践提供一个合适的学习环境，学生可以检查他们的学习情况并从环境中获得实时反馈。

最后，认知负荷理论。人类在精神活动（思考、解决问题等）中的工作记忆具有局限性，VR学习环境具有多种信息形式，丰富的模拟可能会导致注意力分散效应和心理负荷过载。学生可能会忽略真实的学习目标，只关注特定的刺激物，有时，当心理负荷超过能力时，会对学习结果产生负面影响。

3.2  在教育环境中实施沉浸式虚拟现实的类型

虚拟现实在教育中的使用可以分为4种非互斥的类型：（1）观察式学习，沉浸式体验可以加深对学习内容的理解，并展示不同的时间和空间视角。（2）操作式学习，虚拟现实环境可以用作更安全的触觉和动能培训平台。（3）社会学习，虚拟现实提供了在模拟环境中进行互动和合作的平台，克服物理距离的限制，适合于远程和混合/混合教育。（4）学术研究，虚拟现实技术能够模拟不同的科学和工程实验，并可以在模拟环境中进行预测，减轻风险和成本负担[4]。

4    结语

虚拟现实与其他信息和通信技术不同，它可以与各种教育技术相连接，并通过计算机和移动设備与教学相连接。简单的集成是必要的，因为在智能学习环境中，异构设备必须成功地相互连接和组合，以支持环境适应和个性化。虚拟现实技术带来了独特的优势，可以提供沉浸式的视觉和动觉体验，这在传统的教室和讲堂环境中是不可能实现的。将虚拟现实作为教学工具与教育者将沉浸式技术融入其教学工具包和教学实践能力密切相关。

[参考文献]

[1]顾君忠.VR、AR和MR—挑战与机遇[J].计算机应用与软件，2018（3）：1-7，14.

[2]夏蕾.探析VR/AR应用场景及关键技术[J].电脑编程技巧与维护，2018（10）：144-146.

[3]LIU D，BHAGAT K K，YUAN G，et al.The potentials and trends of virtual reality in education[M].Singapore：Springer，2017.

[4]孟利清，徐艺，王浩，等.VR技术在高校实训教学中的应用—以物流工程专业为例[J].物流技术，2018（1）：150-152.

Research on the application of virtual reality technology in teaching

Wang Meixia

（Department of Mechatronics， Jiangsu Vocational & Technical Shipping College， Nantong  226010， China）

Abstract：The innovation in the field of educational technology is very prominent， the application of immersive virtual reality in teaching has always been the focus of educational researchers. Many studies have shown that this technology has significant potential benefits in improving learning outcomes and students motivation， overcoming school and exam anxiety， and ensuring students focus on teaching content. However， head mounted displays and virtual reality software used in schools still has the problem of over investment. This paper reviews the application of virtual reality in education， focusing on technology and teaching， integration and evaluation criteria.

Key words：educational technology; immersive learning; immersive technology; virtual reality