基于虛擬現(xiàn)實（VR）信息技術(shù)推動終身教育沉浸式教學(xué)改革研究

1、    基于虛擬現(xiàn)實（vr）信息技術(shù)推動終身教育沉浸式教學(xué)改革研究    王崢嶸摘要：伴隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的到來，虛擬現(xiàn)實（vr）信息技術(shù)的教育教學(xué)應(yīng)用日益廣泛。本文首先深入挖掘虛擬現(xiàn)實信息技術(shù)的本質(zhì)內(nèi)涵，然后闡明其助推終身教育沉浸式教學(xué)改革的必要性，最后以政府為引導(dǎo)、以教師為橋梁、以社會為支撐創(chuàng)新虛擬現(xiàn)實信息技術(shù)推動終身教育沉浸式教學(xué)的實踐策略。關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實（vr）;終身教育;沉浸式教學(xué)一、虛擬現(xiàn)實（vr）信息技術(shù)的本質(zhì)內(nèi)涵虛擬現(xiàn)實（virtual reality，vr）技術(shù)及設(shè)備的產(chǎn)生早于計算機，我國的vr技術(shù)發(fā)展最初應(yīng)用于航空航天技術(shù)范疇，因

2、其獨特功在軍事、航空航天技術(shù)發(fā)展方面有著重要作用，但因受到設(shè)備制作的限制，vr技術(shù)及產(chǎn)品一直未能普及到更多消費領(lǐng)域。2016年被成為“vr元年”，教育技術(shù)領(lǐng)域也開始將研究視角轉(zhuǎn)向vr技術(shù)及產(chǎn)品。在教育領(lǐng)域最先普及便是沉浸式vr，此類vr依托一定的硬件設(shè)備，讓使用者在視覺與聽覺上與周邊的物理環(huán)境進行隔離，通過計算機軟件為使用者模擬出完全虛擬的環(huán)境，vr分為三類模式：桌面、體感vr、頭盔沉浸。頭盔沉浸式vr需要較為復(fù)雜的一體式頭盔系統(tǒng)，價格成本頗高，而手機插入頭盔方式，讓vr內(nèi)容在手機上運行，降低了制作成本?！邦^盔沉浸式vr的教學(xué)體驗讓學(xué)生置身于實際情景，任務(wù)式系統(tǒng)化知識結(jié)構(gòu)保證了教育效果”。1二

3、、基于虛擬現(xiàn)實（vr）信息技術(shù)推動終身教育沉浸式教學(xué)改革的必要性2019年教育部關(guān)于加強和改進中小學(xué)實驗教學(xué)的意見，鼓勵用ar、vr等創(chuàng)新中小學(xué)實驗教學(xué)方式;推動vr技術(shù)在教育教學(xué)工作應(yīng)用，也連續(xù)被納入教育部每年的教育信息化和網(wǎng)絡(luò)安全工作要點。而中國聯(lián)通5g+智慧教育典型應(yīng)用場景白皮書基于國內(nèi)外教育信息化演進戰(zhàn)略，提出虛擬現(xiàn)實教育、遠程互動教學(xué)、人工智能教育教學(xué)評測、校園智能管理四大重點智慧教育場景，分析了各應(yīng)用場景、產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀、價值和業(yè)務(wù)承載需求。隨著教育環(huán)境的多樣化，學(xué)生教育需求更加個性化，終身教育理念進一步拓展了現(xiàn)代教育的時空維度，伴隨著網(wǎng)絡(luò)教育的普及，遠程式、個性化的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)方式逐漸進入

4、教育領(lǐng)域。終身教育當中無論是基于能力發(fā)展的學(xué)習(xí)、問題探究的學(xué)習(xí)、項目實訓(xùn)的學(xué)習(xí)，不同學(xué)習(xí)類型創(chuàng)設(shè)的根本目的都是為學(xué)習(xí)者提供更加便于實際操作、貼近真實場景的沉浸式體驗環(huán)境，場景創(chuàng)設(shè)能夠為學(xué)習(xí)提供更加真實、難忘的學(xué)習(xí)體驗感，以往教學(xué)過程中教師多會選擇采用播放視聽材料輔助教學(xué)亦屬于沉浸式教學(xué)方法。在終身教育中引入虛擬現(xiàn)實（vr）技術(shù)，為受教育者的專業(yè)學(xué)習(xí)創(chuàng)造更加直接、真實的環(huán)境，也強化遠程、網(wǎng)絡(luò)教育的教學(xué)效果，提高終身教育的教學(xué)效率。隨著社會的發(fā)展，創(chuàng)新應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)開展沉浸式教學(xué)已經(jīng)成為國內(nèi)外不可抵擋的發(fā)展趨勢，且基于vr技術(shù)的沉浸式教學(xué)模式有著傳統(tǒng)教學(xué)模式無可比擬的優(yōu)勢，能夠有效增加學(xué)生的學(xué)習(xí)

5、體悟，創(chuàng)設(shè)良好的虛擬仿真和第二語言學(xué)習(xí)環(huán)境。vr通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)讓教學(xué)內(nèi)容、方式更加生動、形象，3d立體化教學(xué)內(nèi)容取代了傳統(tǒng)的平面2d教學(xué)，雖然教育信息技術(shù)拓展了音影資料的傳播形式，但沉浸化教學(xué)尚未完全形成。vr技術(shù)帶來的3d學(xué)習(xí)場景能為學(xué)生展示那些難以直接通過真實場景觀察的現(xiàn)象、原理，例如，立體幾何、電磁波、核子等原理性知識點。特別是在遠程網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境中，學(xué)生能夠通過vr技術(shù)參與到教學(xué)過程，實現(xiàn)學(xué)習(xí)體驗與模擬環(huán)境的對接，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。職業(yè)教育領(lǐng)域應(yīng)用方面，vr技術(shù)“對于大型復(fù)雜、昂貴的機械進行虛擬維修教學(xué)，可達到節(jié)約費用、縮短教學(xué)時間以及減少操作危險性的目標”2。同時，游戲化教學(xué)也是

6、提升學(xué)習(xí)者沉浸感的高效方式，但游戲教學(xué)效果受到互動性、可視性的影響。隨著vr技術(shù)的普及大大提升了游戲化教學(xué)的互動性、可視性，特別對于基礎(chǔ)教育階段，游戲化教學(xué)內(nèi)容能夠更好的提升學(xué)生的學(xué)習(xí)意愿，提升教學(xué)效率。此外，從教育宏觀層面來看，vr技術(shù)促進了教育資源的均衡化發(fā)展，為創(chuàng)設(shè)虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境提供了新平臺，進一步打破了時空界限，學(xué)生不僅能夠在學(xué)習(xí)云平臺上獲得更多類型的教育資源，而且線上教學(xué)過程中vr能夠創(chuàng)設(shè)模擬虛擬課堂，將各地教師、學(xué)生帶入到同一個課堂，促進師生間的即時互動。最后，vr技術(shù)促進了優(yōu)質(zhì)教育資源高效轉(zhuǎn)移與共享，實現(xiàn)城鄉(xiāng)之間、區(qū)域之間電子教育資源的流動。同時，該技術(shù)也促進了教育者觀念的革新，虛

7、擬技術(shù)推動了教學(xué)方法改革，虛擬系統(tǒng)作為非線性的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，學(xué)生也成為知識構(gòu)建的參與者，這也讓教學(xué)組織從以往的灌輸式教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)榻?gòu)式教學(xué)，學(xué)生成為學(xué)習(xí)進度的控制者，這些變化也讓教材內(nèi)容更加生動、科學(xué)，同步帶動了教師教學(xué)觀念的轉(zhuǎn)變。三、創(chuàng)新基于虛擬現(xiàn)實（vr）信息技術(shù)推動終身教育沉浸式教學(xué)的實踐策略（一）以政府為引導(dǎo)，構(gòu)建“vr+終身教育”教學(xué)平臺因vr技術(shù)具有較強的復(fù)雜性，終身教育周期長、覆蓋面廣，若單單依靠學(xué)校與研究夠構(gòu)建適宜教育領(lǐng)域的vr系統(tǒng)，難以實現(xiàn)該系統(tǒng)的建設(shè)與維持。為滿足家庭教育、社會教育、學(xué)校教育的不同訴求，以教育需求為導(dǎo)向，由政府擔任起引導(dǎo)功能齊全的教育領(lǐng)域vr系統(tǒng)、vr產(chǎn)品、vr教

8、育應(yīng)用模式，從而推進vr技術(shù)與各階段教育課程的全面對接。在政府的引導(dǎo)下學(xué)校與教育研究機構(gòu)應(yīng)形成“分析需求-技術(shù)與產(chǎn)品研發(fā)-教育實踐-反饋與報告-再分析分析需求”循環(huán)網(wǎng)絡(luò)。政府應(yīng)通過政策與經(jīng)費支持vr技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用，設(shè)立專門的技術(shù)標準體系。為研究機構(gòu)設(shè)置專項課題支持，鼓勵本地學(xué)科帶頭人組成研究談對開展應(yīng)用研究，探索vr技術(shù)應(yīng)用下不同教育階段學(xué)生的認知與學(xué)習(xí)規(guī)律，針對面向?qū)W前教育、初等教育、中等教育、高等教育和繼續(xù)教育構(gòu)建“vr+終身教育”教育與培訓(xùn)平臺，以vr軟件、vr設(shè)備為支持，依托終身教育下已然成熟的教學(xué)管理平臺，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的高效搭載，將課程重難點知識及核心原理以vr效果展示，實現(xiàn)沉

9、浸式教學(xué)，將以往難以直接以傳統(tǒng)教學(xué)方式展示知識進行三維化、立體化處理，沉浸式學(xué)習(xí)仍然離不開學(xué)習(xí)過程與教師的互動，vr沉浸式教學(xué)能夠推進實訓(xùn)課程“教學(xué)做”一體化。沉浸式vr系統(tǒng)為學(xué)習(xí)者提供了高度的沉浸感、實時性，系統(tǒng)為學(xué)習(xí)者創(chuàng)造了虛擬世界，讓學(xué)習(xí)者不受真實世界的影響，學(xué)習(xí)場景變化根據(jù)人運動時空間位置跟蹤定位設(shè)備反饋信息進行變化，該類系統(tǒng)應(yīng)用面較廣，現(xiàn)在應(yīng)用較廣的系統(tǒng)為頭盔式顯示器及投影式vr系統(tǒng)，當然體感交互也可為學(xué)習(xí)者帶來沉浸式學(xué)習(xí)體驗，通過的動作捕捉、麥克風(fēng)輸入、影響識別、語音等讓學(xué)習(xí)者、教學(xué)生參與操作與互動。（二）以教師為橋梁，實現(xiàn)vr技術(shù)融入課程教學(xué)全過程vr技術(shù)服務(wù)教育離不開學(xué)校與教師

10、的參與，教師作為課程開發(fā)的參與者、教學(xué)方案的設(shè)計者、教學(xué)實踐的踐行者，教師對學(xué)生的學(xué)習(xí)需求、課程重難點最為了解，教師應(yīng)依據(jù)學(xué)生發(fā)展需要，利用沉浸式vr系統(tǒng)的功能特征重塑教學(xué)過程，設(shè)計教學(xué)活動，根據(jù)教學(xué)環(huán)境、學(xué)習(xí)環(huán)境、教學(xué)類型選擇特定的vr產(chǎn)品，以點帶面，以典型課例積累vr應(yīng)用經(jīng)驗后在擴大使用范圍。例如，沉浸式vr系統(tǒng)在原理性認知板塊中，系統(tǒng)會為其提供不同認識場景，將抽象的知識理論轉(zhuǎn)化為可視化、可聽化的視頻，還可以將課程學(xué)習(xí)過程中所需要的場景具象化成為vr沉浸式場景，學(xué)生通過穿戴設(shè)備獲得信息。學(xué)校與教師作為技術(shù)應(yīng)用的橋梁，教育方面的專業(yè)判斷對于vr技術(shù)在終身教育的全面普及十分重要的意義。vr應(yīng)用

11、終身教育過程中應(yīng)面向不同學(xué)科或科學(xué)組合、年級段、學(xué)習(xí)對象開發(fā)個性化應(yīng)用模式的vr教學(xué)系統(tǒng)，基礎(chǔ)教育重點圍繞體驗與探究，高等教育與繼續(xù)教育重點圍繞實訓(xùn)與創(chuàng)新，特別是為社會人文學(xué)科、自然科學(xué)相關(guān)探索式vr系統(tǒng)提供教學(xué)實踐支持。在此過程中不僅能夠促進vr系統(tǒng)應(yīng)用語言設(shè)計的發(fā)展與完善，而且對各個階段、不同學(xué)科的vr沉浸式教學(xué)法提供了具體表征案例，為下階段交互設(shè)計與可視化體驗完善打下基礎(chǔ)，教師利用vr系統(tǒng)提升教學(xué)效率成為該技術(shù)在教育領(lǐng)域應(yīng)用的關(guān)鍵。當vr技術(shù)與教學(xué)過程進行順利對接后，再通過以點帶面的方式實現(xiàn)大范圍、大規(guī)模異地同課的效果，提供多種輔助教學(xué)的工具和資源，從教師和學(xué)生兩個角度出發(fā)，實現(xiàn)課堂實況

12、及資源的常態(tài)共享和錄制。依托當前已經(jīng)普及應(yīng)用的教育云平臺資源，共享課堂同時整合各類教育講座、直播課程、錄播課程、微課以及外部資源進行匯聚、管理、傳播與分享，通過市、區(qū)、校級教育資源門戶運作，實現(xiàn)區(qū)域優(yōu)質(zhì)資源的匯聚、共享與互動。此外，教師應(yīng)當不斷學(xué)習(xí)基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的沉浸式教學(xué)方法、教學(xué)模式、教學(xué)策略，探索適合我國終身教育的沉浸式教學(xué)改革措施，如應(yīng)用追蹤技術(shù)、傳感器技術(shù)、手勢識別技術(shù)等搭建沉浸式虛擬現(xiàn)實課堂，創(chuàng)設(shè)生動的課堂場景，增加“面對面”互動體驗，強化師生真實感受。此外，vr技術(shù)具有體驗、創(chuàng)造、探究、訓(xùn)練等多元教育功能，這些功能都對教師提出較高的要求，但當前的vr系統(tǒng)設(shè)計多為非教育專業(yè)的計算

13、機專業(yè)人士開發(fā)，vr教學(xué)產(chǎn)品應(yīng)用應(yīng)進一步滿足師生的個性化需求，最終“實現(xiàn)教學(xué)過程的可視化、情境化、感知化”3。（三）以社會為支撐，打造“vr+終身教育”共享共建模式vr技術(shù)為終身教育各階段提供了一個模擬真實環(huán)境的學(xué)習(xí)環(huán)境，學(xué)習(xí)者在此環(huán)境中，教學(xué)者可利用人機交互設(shè)備和虛擬環(huán)境中的物體進行具有沉浸感的交互行為，從而加強學(xué)習(xí)者體驗感。vr技術(shù)為師生開展互動式學(xué)習(xí)創(chuàng)造了條件，為教學(xué)環(huán)境、組織、方式在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的融合提供了新契機。特別是在實訓(xùn)類課程方面，教師可融合各類數(shù)字媒體增強體驗的現(xiàn)實感，學(xué)生也可以通過遠程學(xué)習(xí)平臺的虛擬仿真實訓(xùn)課程實現(xiàn)“教學(xué)做”的融合。傳統(tǒng)vr技術(shù)投入教育需要較大的成本，這也導(dǎo)致

14、該技術(shù)難以在基礎(chǔ)教育階段進行普及，但隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)得到了新突破，支持vr技術(shù)教育應(yīng)用的各類軟硬件成本逐漸降低，這也推進了vr技術(shù)在終身教育各個階段的普及。學(xué)校也開始委托專業(yè)課程開發(fā)機構(gòu)、教育專家團隊、技術(shù)研發(fā)團隊，根據(jù)教學(xué)需求開發(fā)具有校本特色、專業(yè)特色的vr項目，開發(fā)了一系列vr教學(xué)產(chǎn)品，特別對于部分具有較強專業(yè)建設(shè)需求較強的高校與企業(yè)開展合作共同開發(fā)校內(nèi)vr實訓(xùn)中心與智慧實訓(xùn)室。校企合作也為vr教育項目及產(chǎn)品開發(fā)提供更為豐富的社會資源，為滿足現(xiàn)代遠程教育發(fā)展需求，一些兼容性強、擴展性強的教育資源共享平臺進入終身教育，實現(xiàn)各地教育均衡化發(fā)展。例如，上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)與曼恒數(shù)字（）通過深化產(chǎn)教融合，全面推行校企協(xié)同育人，將先進的vr技術(shù)與課堂教學(xué)緊密結(jié)合，建設(shè)了面向全校開放共享的“vr智慧課堂”虛擬交互教育創(chuàng)新中心。中心建有“i-motion未來課堂”、“i-group人機交互實驗室”、“i-space大空間實訓(xùn)室”、“i-magic factor造夢空間”、“creative center創(chuàng)意室”及“smart class智慧教室”六大功能區(qū)，涵蓋教學(xué)、實訓(xùn)、三創(chuàng)、科研等諸多環(huán)節(jié)。參考文獻：1 董凱寧，孟津.基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的職業(yè)院?？晒蚕斫虒W(xué)資源研究j.教育現(xiàn)代化，2017，004（052）：81-84.2