周硕

科学技术的迅速发展已经影响到了人们生产、生活的方方面面，并逐渐影响到教育领域，科技的发展和进步，改善了教育方式，更新了教育方法。鉴于此，教育领域中的教育手段也需要随之改变，传统的文字、图像、多媒体教学手段需要经历变革，走向虚拟现实技术的教学之路。在新时期改革背景下，将虚拟现实技术渗透到教育教学当中，如虚拟实验室、数字场馆、模拟训练等，赋予了高校教育更多元化的教学方法与发展趋势。基于此，本文就以虚拟现实技术为切入点，探究其在高校教育中的实际应用策略，以期利用人机交互技术实现教学设计和技能培训等教学任务，同时，优化教育质量，促进我国教育健康、持续发展。

虚拟现实技术的发展与内涵及特征

作为一种新型计算机技术，虚拟现实技术是在计算机仿真技术前提下不断形成发展起来的，虚拟现实技术综合涉及系统仿真、传感、网络信息、大数据等不同领域的内容。

1.虚拟现实技术的形成与发展

美国可以说是虚拟现实技术的发源地，也是首个将VR 虚拟技术应用到高校教育的国家。在美国，雪城大学的教育学专家Rob Salgado为了使虚拟现实技术更好地运用到教育领域，创办了名为“The VRML Gallery of Electromagnetism”的专属网站，该网站在美国中学、大学的物理、数学课程日常教学中得到了应用，其作用在于利用虚拟现实技术来演示一些物理学中的现象，如电磁现象，或者是用于建立模型。1985 年开始，美国宇航局（NASA）开始了VR 头戴设备的探索研究之旅，NASA 曾经为美国建立了可广泛应用的VR 教育系统，促进了虚拟现实技术在美国教育领域中的普遍应用。后来，美国东密歇根大学的教授借助微软公司的XBOX Kinect摄像头、可视化软件，开发的虚拟现实沙盒产品应用到学校的地球科学相关课程，在实际的教学应用中，虚拟现实沙盒产品借助计算机技术将场景虚拟投射至沙盒中，学生可以自行创造投射的场景。同时，美国还有其他多所高校也注重在教育领域应用虚拟现实技术的研究，主要的成果有：华盛顿大学人机界面技术实验室研究人的感知觉和控制力与虚拟现实技术的关联，并成功在教育、设计、娱乐以及制造业中引入了虚拟现实技术。

2.虚拟现实技术的内涵

从狭义层面上讲，其含义表现为借助多元化可视化设备和传感器构建一种三维虚拟环境，借助声音与画面给用户从听觉、视觉等不同感官上带来综合体验，以此使人们沉浸于虚拟世界之中，产生一种置身于真实情境的感觉。虚拟现实环境下，我们能够对客观世界及变化进行直接观察和了解，同时通过动作、交流等方式与其开展自然交互，这样能够达到人机一体的效果。凭借不同传感交互设备，如果外界以及虚拟环境可以形成反馈闭环，受到用户主动操作的影响，虚拟环境以及用户间进行的自然交互也将在很大程度上反作用于外部世界。伴随着互联网信息技术的广泛应用，虚拟现实技术的含义得到逐步拓展，不仅是该技术有关的理论，还包括新兴技术，均可以算作虚拟现实技术。

3.虚拟现实技术的特征

虚拟现实技术的特征主要体现在以下三个层面：

（1）沉浸性（Immersion）：沉浸性表现为结合人们生理及心理特征，借助不同类型计算机设备来构建一种切合实际的虚拟环境，人们能够借助不同类型传感交互设备来充分融入和体验虚拟环境，在这样的环境下能够得到更好的情感与心理体验。

（2）交互性（Interaction）：表现为在虚拟环境下，用户对其中各种物体的可操作水平和人机互动的反馈情况。虚拟环境下，人们能够借助鼠标、键盘等工具进行人机交互，同时人们也能够借助数据手套等不同类型新型传感设备来开展虚拟操作。相应地，用户在操作计算机期间，也能够令计算机“适应”人，这样能够给用户带来全新的高质量交互体验，也能够使人切实融入到虚拟现实环境中。

（3）想象性（Imagination）：表现为虚拟现实技术可以给人们带来想象空间，某种程度上能够进一步拓宽人类的认知空间。另外，凭借虚拟现实技术，设计者可以再现客观世界，也能够在此基础上凭借人机交互来进行主动联想，激发人们的想象力。

虚拟现实技术在高校教育教学中的应用

在我国，部分高校的主要学科教学也会应用到虚拟现实技术，学生利用虚拟教学设备获得沉浸式学习体验，在虚拟但逼真的情境中体验“身临其境”的感觉，获得学习的真实情感体验，同时，学生在虚拟空间里还可以实现感知交互。由于虚拟现实技术在教育领域的有利条件，我国教育市场前景广阔，所以，越来越多以新兴技术为核心，研发虚拟现实技术教学的企业应运而生，在全国多个城市开展VR 教学体验课程，打开了我国虚拟现实技术应用于教育领域的大门。虚拟现实技术在我国高校应用情况如下：

1.虚拟实验室的构建

高等教育中，教师在对学生做好理论知识传输的基础上，还应该注重培养学生实践能力，实验操作必不可少，然而这类实验操作可能存在较高的危险系数，在维护学生安全的基础上，为确保教学活动正常进行，可以使用VR 虚拟现实技术构建虚拟的实验操作环境，大多数危险系数高、激励性强的实验均能够在虚拟实验室中进行操作和分析。借助虚拟现实技术来开展实验活动，能够达到情景认知与实践练习等不同类型的教学需要，学生在虚拟实验室中也能够对模拟情景形成更为真实的感受，将所学知识与实践操作有机结合起来，引导学生借助虚拟观察、操作及训练等，更好地掌握相应的基础知识与专业技能。某种程度上，在构建虚拟实验室中引入虚拟现实技术，能够令学生对实验过程有更直接的观察和了解，还能够强化学生的创新性思维，达到最佳的学习效果。

2.数字场馆漫游

VR 虚拟现实技术中，数字场馆漫游是其中主要内容之一，并且在高校教学中具有很强的需求性。相应的，构建数字场馆要求我们借助大数据与Web3D 技术，对整体系统完成编程，同时结合实际教学发展需要，提升虚拟数字场馆的沉浸式色彩，在逼真的教学场景下给学生带来更好的体验感，这样能够令学生在虚拟环境下产生一种全新的沉浸式体验，同时在教师的引领下开展观察、学习和漫游演练，增强学生的学习热情，提升学习质量。此外，教师还能够结合所授课程实际，借助前沿计算机技术，制订差异化数字场景，这样学生就能在不同场景中扮演角色，借助虚拟场景进行别样的体验。总之，这样的方式有助于提高学生创新性思维，提升高校整体教学水平，也能够在高校教育教学工作中更好地发挥虚拟现实技术的作用。

3.模拟训练

作为一种实践学习方式，模拟训练表现为借助VR 虚拟现实技术全面模拟多维场景，引导学生开展操作训练，常见的有室外景观仿真区、教育训练区等，其中大多是借助3D 交互技术来完成的。借助模拟训练活动，教师可以带领学生更好地开展实践操作，达到人机交互的效果。在开展模拟训练活动时，学生能够将所学理论知识应用到模拟训练活动中来，这样能够增强学生实践操作水平，也能够在现有教育改革基础上，不断创新“优化理论+实践操作”教学模式。相应地，VR虚拟现实技术还有助于对不同类型仿真模拟训练场景进行设计研发，比如，高校在进行教育教学时，首先需要为学生提供仿真模拟训练场景，用VR虚拟技术打造逼真的训练情境，辅之以必要的感官体验，给学生带来真实的学习体验，以此达到最佳的教学效果。

虚拟现实技术应用于高校教育教学的优势

信息技术应用发展迅速，传统的教学方式迎来了较大挑战。虚拟现实技术有其优越性，主要表现为：使教学内容更加生动、形象、直观；创设科技感较强的教学环境，提高学生积极性和学习效率；提升教学质量，有助于筛选教学重点、难点。具体内容如下：

1.促进教学观念的改变

与传统媒介不同的是，虚拟现实技术不再以课堂、教师、课本为中心，教师作为使用教学平台的指导者，大大促进了教学观念的改变。以往的课堂教学更多为学生提供视觉上的体验，学生在课堂上主要靠听觉、视觉感知知识，缺乏其他感官的参与。应用虚拟现实技术对传统教学形成巨大冲击，作为重要的教学媒介进入课堂，为学生营造一个形象、逼真的学习环境，学生作为参与者和学习的主体，产生了较强的学习积极性，提升了参与的热情，培养了创造力。

2.提高课堂教学效率

在教学课堂上引入虚拟现实技术，就必须对教学内容进行改革。全面分析虚拟现实技术的优缺点，以培养学生创新意识和实践能力为出发点和落脚点，按照课程设置，分门进行教学内容设计。高校课堂的教学内容需要打破原有格局的束缚，运用虚拟现实技术真正让学生热爱学习，参与学习，提升教学效果。在虚拟现实技术打造的情境中，借助“学生—环境”二者的关系获取知识，即使遇到难度较高的知识，也能化繁为简，学生在能理解的基础上掌握难度较高的知识。在实际运用过程中，教师以学生需求为参照，借助虚拟现实技术帮助学生理解专业知识，实现教学目标，提升教师的教学效率。

3.优化高校教学环境

有了虚拟现实技术的参与，能更好地开发环境潜能，实现资源的优化配置，尤其是对于高校教学环境而言，应用虚拟现实技术后可以有效提高承载水平，具体来说，高校日常教学的实验会受制于教学经费、实验场地、实验器材等因素无法进行，利用VR 技术为学生创造多样化的实验条件，在实际操作中不需要控制各项变量条件就可以完成多项实验，体验了逼真的实验过程，获得真实的实验数据，不仅能够让学生将所学知识根植于心，留下难以磨灭的学习印象，还能对优化学校教学环境起到重要作用。

4.学生直接参与实验过程

伴随着VR 技术的应用，师生打破了时空等客观因素带来的各种影响，直接参与到实验过程中。我们能够分别从微观和宏观视角出发，实现对宇宙天体、原子离子等的了解，这一优势是其他媒体无法复制的。最为关键的是VR 技术能够突破时空限制，将植物生长过程等耗费时间较长的动植物及物质演变过程呈现在师生面前，学生学习知识的难度也能因此而递减。有些教学实验具有较强的危险性，如果我们选用电视录像的方式取代真实实验，学生无法参与其中，学习积极性难免会因此受到影响，如果进行虚拟实验，学生就能够心无旁骛地投入到各种实验中，不用担心实验中的危险性。

虚拟现实技术在高校教育教学应用中的困境

当前，我国对于虚拟现实技术的探索还处于初级阶段，在理论和实践环节存在短板。具体来看，在高校教育教学实践活动中，如果想要实现对虚拟现实技术的充分应用，现存以下问题亟待解决。

1.优质教育教学资源欠缺

优质教学资源对高校虚拟现实技术在教育教学中的应用非常重要，但在实践中还存在各种问题。首先，虚拟现实技术依旧处于初级探索阶段，在技术和资金支持方面有着较高要求，有些学校资金实力及教育资源有限，无法满足虚拟现实技术需要的构建要求。其次，虚拟现实技术操作人员具有较强的技术性和专业性，学校拥有的专业人才数量和质量难以满足客观需求，在这种情况下，虚拟现实技术的教育属性极易遭到抑制，无法满足师生所需。

2.专业教师队伍建设有待加强

利用虚拟现实技术辅助教学，对于教师而言是从繁琐的教学素材中“解放”的过程，然而，如此也会削弱教师在教学中的作用。可以说，虚拟现实技术的发展和应用，为教育事业的发展带来新的契机，也给教师群体带来了相应的挑战，这就要求教师群体在新媒体技术发展的环境下与时俱进，积极发挥教学主导者的作用，不断探索、学习，丰富知识累积，提升素质水平，更好地适应虚拟现实技术在教学中的应用和发展。此外，虚拟现实技术应用到教学中离不开教育工作者、科技专业人员的参与，然而，因为科技发展迅速，部分专业教师一时还无法适应新教学模式，导致出现消极情绪，成为新媒体融合教学发展的阻碍。

3.实验设备及技术不稳定

从客观视角看，虚拟现实技术支持的教学工具有着易损和维修难度较大的缺点，因其属于稀有产品，相关配件成本相对较高，这对于学校教育经费而言是一个重大挑战。在实践活动中，虚拟现实技术的使用过于依赖技术人员和管理人员，其管理和维修成本居高不下。众所周知，虚拟现实技术尚未成熟，在使用环节难免会出现各种技术类问题，影响其作用体现。此外，有些程序在运行过程中极易受到不确定因素影响，一旦操作不慎，极易引发连锁反应。

4.用户体验感欠佳

目前的教学实践显示，现阶段的虚拟现实技术难以为用户提供良好的应用体验。在教育教学过程中，尚不成熟的虚拟现实技术客观存在短板，譬如，长时间使用极易产生不适（头晕、目眩），也会出现成像不清晰、影像传输效率不高等问题。与此同时，虚拟现实技术设备具有较高的专业性，针对学习者设置了一定门槛，学习者需要通过专门学习，才能全面掌握技术、设备的使用。

虚拟现实技术在高校教育教学应用中的路径选择

对于高校教育而言，虚拟现实技术在教学活动中发挥着至关重要的积极作用。针对上述问题，应对举措如下：

1.统一标准推动优质教学资源共享

在当前阶段，虚拟现实技术缺乏完整性，在教育实践环节，缺少实施标准，且存在资源匮乏等客观问题。我国教育部门应注重有限教育资源的统筹规划，明确实施标准，丰富资源配置路径，促进优质教学资源的共建共享，这样可以有效解决在教育资源方面存在的明显不足，助力高等教育事业蓬勃发展。

2.打造优质的专业教师团队

在教学实践活动中，教学团队作为核心资源能够有效促进教学目标实现。在建设虚拟现实技术教育活动中，除教育教学资源、专业设备外，还需要专业人才的支撑。高校教师需要通过培训或主动学习，实现对虚拟现实技术的了解和应用，促进其教育功能体现。例如，教育部门应选拔优秀教师，打造专业教学团队；高校可以通过加强相关培训，提高专业教师团队的综合能力。

3.积极解决设备与技术问题

在高校教学活动中，虚拟现实技术需要得到政府及校方的支持。政府部门需要加大科研人才培养力度，鼓励人才积极投身技术研发，此外，政府需要做好资金支撑工作，为学校提供财政支持，鼓励他们通过实践效果展示和经验分享，促进虚拟现实技术推广。高校要尽可能改变虚拟现实技术过于依赖技术人员和管理人员的现状，通过多渠道、多方式降低管理和维修成本，不断提升学校实践教学能力。

4.丰富用户实践体验经验

伴随虚拟教学方式的出现，传统教学思想和教学观念存在的不足之处能够得到有效弥补。虚拟教学方式应取传统教学方式之长，结合新的教学手段，尊重教学规律和学生成长特点，持续丰富教学模式及教学内容。虚拟现实技术的应用，促进了教学情境的创设，为学生打造更加理想的学习环境，学生的感悟能力、信息获取能力能够顺势得到提高。在虚拟现实技术辅助环节，应着重培养学生实践操作能力，促进其实践操作经验的积累。

结语

虚拟现实技术作为科技发展成果，在高校的教育教学实践中得到了广泛应用，不仅帮助师生获得全新的教学体验，虚拟现实技术构筑了更加多元的学习情境，而且在拓宽学生视野、强化创新能力、激发学习积极性及求知欲等方面都发挥了积极作用。虚拟现实技术的成熟及应用范围的扩大，不仅能够为高校教育事业提供必要的基础支撑，还能够通过实践活动使其逐步完善，为新时期人才培养作出应有的贡献。