虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢研究分析 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)

摘要：隨著網(wǎng)絡(luò)及科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展及進(jìn)步,虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)開始融入越來越多的行業(yè)中，被越來越多的領(lǐng)域所應(yīng)用。尤其是在教育領(lǐng)域,虛擬現(xiàn)實技術(shù)對于日常的教育更是起著越來越重要的積極的促進(jìn)作用,為教師的日常授課以及學(xué)生的學(xué)習(xí)提供了極大的便利。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是在三維技術(shù)的基礎(chǔ)之上,將高分辨率顯現(xiàn)技術(shù)和多傳感交互技術(shù)等多種當(dāng)下最先進(jìn)的技術(shù)進(jìn)行技術(shù)整合,將二維的圖形亦或者相關(guān)信息投影形成三維化立體的技術(shù)。將虛擬現(xiàn)實技術(shù)與課堂的日常教學(xué)相結(jié)合，不但有利于教師的教學(xué)，也可以為學(xué)生營造一個相對立體完善的良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，可以極大的調(diào)動和促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性可思維的創(chuàng)造性。關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實技術(shù)，教育，應(yīng)用，趨勢Absrtact:Withthecontinuousdevelopmentandprogressofnetworkandscienceandtechnology,virtualrealitytechnologyhasbeguntointegrateintomoreandmoreindustries,andhasbeenappliedinmoreandmorefields.Especiallyinthefieldofeducation,virtualrealitytechnologyplaysamoreandmoreimportantroleinpromotingdailyeducation,providinggreatconvenienceforteachers'dailyteachingandstudents'learning.Virtualrealitytechnologyisbasedonthree-dimensionaltechnology.Itintegrateshigh-resolutiondisplaytechnologyandmulti-sensorinteractiontechnology,andformsthree-dimensionaltechnologybyprojectingtwo-dimensionalgraphicsorrelatedinformation.Combiningvirtualrealitytechnologywithdailyclassroomteachingwillnotonlybenefitteachers'teaching,butalsocreatearelativelythree-dimensionalandperfectlearningenvironmentforstudents,whichcangreatlymobilizeandpromotestudents'learningenthusiasmandcreativethinking.Keywords:virtualrealitytechnology,education,application,trend目錄1.緒論 11.1論文研究背景 11.2論文研究意義 12.虛擬現(xiàn)實技術(shù)概述 12.1虛擬現(xiàn)實技術(shù)的定義 12.2虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基礎(chǔ) 21.環(huán)境建模技術(shù) 22.立體聲合成和立體顯示技術(shù) 23.觸覺反饋技術(shù) 24.交互技術(shù) 22.3虛擬現(xiàn)實技術(shù)的分類及特征 32.4國內(nèi)外虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究 52.4.1國內(nèi)虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究 52.4.2國外虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究 63.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用 73.1虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀 73.1.1傳統(tǒng)教育 73.1.2采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的教育應(yīng)用 73.2虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育領(lǐng)域的優(yōu)勢 93.3虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育領(lǐng)域中存在的問題 113.4具體的解決措施 13參考文獻(xiàn) 15致謝 161.緒論1.1論文研究背景信息技術(shù)發(fā)展的迅速以及其在教育領(lǐng)域中的重要作用越來越明顯，使得當(dāng)下的教育工作者和相關(guān)技術(shù)研究人員開始在各個角度對信息技術(shù)融入教育之中進(jìn)行研究分析。尤其是對”互聯(lián)網(wǎng)+教育”領(lǐng)域的研究探索的深入，使得虛擬現(xiàn)實技術(shù)開始逐漸成為當(dāng)下教學(xué)中強(qiáng)有力工具。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，教育技術(shù)的完善,當(dāng)下教育環(huán)境也開始向復(fù)雜和多樣化轉(zhuǎn)變,學(xué)生對不同環(huán)境下的教育需求也逐漸個性化。無論是對于知識的學(xué)習(xí)、還是對問題的深入分析研究亦或者是對于相關(guān)能力的學(xué)習(xí)，所以的教學(xué)方法都是為例能夠為學(xué)生創(chuàng)造更好的學(xué)習(xí)環(huán)境，促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)。而虛擬顯示技術(shù)可以為教學(xué)營造更加逼真的立體環(huán)境，為學(xué)生創(chuàng)造機(jī)具真實的學(xué)習(xí)體驗，使得學(xué)生能夠?qū)ο嚓P(guān)知識和場景的模擬來增加學(xué)習(xí)的樂趣和學(xué)習(xí)的體驗。1.2論文研究意義對虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢研究，可以了解當(dāng)下虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育領(lǐng)域中的具體應(yīng)用，分析其在當(dāng)下教育領(lǐng)域中的積極促進(jìn)作用以及其存在的一些問題，并根據(jù)問題提出相應(yīng)的解決措施，以實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以更好的促進(jìn)教學(xué)工作的開展，提升學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)積極性，推動我國教育事業(yè)的良好發(fā)展。2.虛擬現(xiàn)實技術(shù)概述2.1虛擬現(xiàn)實技術(shù)的定義虛擬現(xiàn)實技術(shù)是當(dāng)下發(fā)展迅猛的仿真技術(shù)下的一個重要分支，虛擬現(xiàn)實技術(shù)是當(dāng)下仿真科學(xué)技術(shù)、計算機(jī)圖形學(xué)、多媒體技術(shù)、信息傳感技術(shù)以及人機(jī)接口技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多種先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)信息科學(xué)技術(shù)的完全整合體，是一種極具技術(shù)挑戰(zhàn)的前沿交叉科學(xué)技術(shù)。實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要是靠對周圍環(huán)境的模擬、信息的感知、自然技能以及信息傳感設(shè)備等多種技術(shù)設(shè)備共同工作來實現(xiàn)的。對周圍環(huán)境的模擬是通過相關(guān)設(shè)備對周圍的環(huán)境組成進(jìn)行全面的掃描將數(shù)據(jù)傳送到計算機(jī)來實現(xiàn)實時的立體三維信息數(shù)據(jù)圖像的轉(zhuǎn)換；對數(shù)據(jù)以及信息的感知是指理想化的虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以實現(xiàn)像人一樣的對周圍的信息、數(shù)據(jù)和環(huán)境能夠做出視覺、聽覺以及觸覺等層面的反應(yīng)和感知；自然技能是可以將虛擬現(xiàn)實技術(shù)的相關(guān)工作設(shè)備實現(xiàn)像人一樣進(jìn)行可以進(jìn)行肢體的運動，如頭部的上下左右扭動、眨眼、做各種手勢等；傳感設(shè)備就是三維交互設(shè)備。圖2-1虛擬現(xiàn)實技術(shù)2.2虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基礎(chǔ)1.環(huán)境建模技術(shù)也就是虛擬環(huán)境的建立，以便能夠獲取實際三維環(huán)境的信息以及相關(guān)的數(shù)據(jù)，并根據(jù)具體的想發(fā)和需要，利用獲取的信息以及數(shù)據(jù)設(shè)計并建立相應(yīng)的虛擬模型。2.立體聲合成和立體顯示技術(shù)在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中消除聲音的方向與用戶頭部運動的相關(guān)性，同時在復(fù)雜的場景中實時生成立體圖形。3.觸覺反饋技術(shù)使用者在操作虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的過程中能夠直接感受到虛擬物體的作用力以及反作用力，從而產(chǎn)生真實身臨其境的感覺和體驗。4.交互技術(shù)虛擬現(xiàn)實中的人機(jī)交互的聯(lián)系及其重要性遠(yuǎn)遠(yuǎn)的超出了現(xiàn)實中鍵盤和鼠標(biāo)的聯(lián)系和作用，利用數(shù)字頭盔、數(shù)字手套等復(fù)雜的傳感器設(shè)備，三維交互技術(shù)與語音識別、語音輸入技術(shù)成為重要的人機(jī)交互手段。2.3虛擬現(xiàn)實技術(shù)的分類及特征1.桌面虛擬現(xiàn)實桌面虛擬現(xiàn)實就是在依據(jù)個人計算機(jī)以及層次較低的工作站設(shè)備的基礎(chǔ)之上，將個人計算機(jī)的液晶屏幕作為虛擬現(xiàn)實仿真者對虛擬環(huán)境建立觀察并分析的一個媒介和窗口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息的模擬。通過這些虛擬現(xiàn)實設(shè)備實現(xiàn)相關(guān)信息以及數(shù)據(jù)的輸入，確?，F(xiàn)實與虛擬世界交互傳感的實現(xiàn)，而在現(xiàn)實中對虛擬環(huán)境進(jìn)行操作的外部設(shè)備主要有鼠標(biāo)、虛擬追蹤球以及力矩球等。桌面虛擬現(xiàn)實對使用者的要求是需要時時根據(jù)計算機(jī)屏幕，通過操作設(shè)備，來對虛擬的界面進(jìn)行全面的觀察，并通過操作設(shè)備來對虛擬界面內(nèi)的事物進(jìn)行操縱。桌面虛擬現(xiàn)實的成本較低，應(yīng)用相對較為廣泛，但是這一模式由于會受到一定的現(xiàn)實影響，會使得參與者缺乏真實的虛擬體驗。日常常見的桌面虛擬現(xiàn)實技術(shù)有：基于靜態(tài)圖像的虛擬現(xiàn)實QuickTime虛擬現(xiàn)實、虛擬現(xiàn)實造型語言虛擬現(xiàn)實ML、桌面三維虛擬現(xiàn)實、MUD等。

圖2-2虛擬現(xiàn)實設(shè)備沉浸的虛擬現(xiàn)實

高級的虛擬現(xiàn)實技術(shù)及系統(tǒng)可以為使用者提供完全沉浸其中的舒爽體驗，使參與者可以有一種真正身處于虛擬世界的感覺。沉浸的虛擬現(xiàn)實技術(shù)系統(tǒng)是利用頭盔式顯示器以及其它的設(shè)備將體驗者的視覺、聽覺觸覺以及其它的所以感覺完全的封閉起來，并為體驗者提供一個完全全新的、虛擬的環(huán)境及迥異的空間，并依據(jù)位置跟蹤器、傳感手套、其它手動信息輸入設(shè)備等一系列的技術(shù)設(shè)備使體驗者能夠真正的產(chǎn)生身臨其境、完全沉浸虛擬世界中的感覺和體驗。當(dāng)下的沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)有：基于頭盔式顯示器的系統(tǒng)、投影式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)、遠(yuǎn)程虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。

圖2-3虛擬現(xiàn)實設(shè)備3.增強(qiáng)現(xiàn)實性的虛擬現(xiàn)實

增強(qiáng)現(xiàn)實性的虛擬現(xiàn)實技術(shù)不僅僅是利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)來對現(xiàn)實世界進(jìn)行詳細(xì)的模擬、對現(xiàn)實世界進(jìn)行數(shù)據(jù)的仿真，而且這一技術(shù)主要是用來強(qiáng)化體驗者對虛擬中的現(xiàn)實環(huán)境的感受和體驗，利用這一技術(shù)來增強(qiáng)參與者現(xiàn)實中難以感知亦或者不方便進(jìn)行的感受。

4.分布式虛擬現(xiàn)實

如果分布式虛擬現(xiàn)實技術(shù)系統(tǒng)就是將多個用戶的計算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)完全的連接在一起，使得者多個體驗者可以同時參加一個完全相同的虛擬空間，實現(xiàn)多個體驗者溝通共同體驗虛擬世界。在分布式虛擬現(xiàn)實技術(shù)系統(tǒng)中，多個參與者可通過網(wǎng)絡(luò)及其計算機(jī)對同一虛擬世界進(jìn)行各自的觀察和操作，實現(xiàn)分工，以便能夠達(dá)到相互協(xié)作，互相配合的目的。當(dāng)下最有特色的分布式虛擬現(xiàn)實技術(shù)系統(tǒng)是SIMNET，SIMNET是由坦克的仿真器通過網(wǎng)絡(luò)來連接而成的，這一虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要應(yīng)用于軍隊件的聯(lián)合訓(xùn)練。虛擬世界、體驗者的沉浸感、虛擬世界感覺反饋以及交互性是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的主要特點。1.虛擬世界是根據(jù)當(dāng)下先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)以及程序在計算機(jī)內(nèi)部實現(xiàn)虛擬環(huán)境及世界的構(gòu)建，虛擬世界的設(shè)計和構(gòu)建完善是其他一切虛擬事物可以實現(xiàn)的重要基礎(chǔ)。虛擬世界可以根據(jù)當(dāng)下的真實環(huán)境進(jìn)行模擬構(gòu)建，形成相對逼真的三維模擬模型。也能夠根據(jù)用戶的想發(fā)來設(shè)計構(gòu)建現(xiàn)實世界中并不存在的事物以及場景，而后使得用戶在構(gòu)建的虛擬世界中進(jìn)行虛擬世界與現(xiàn)實世界的交互操作。2.沉浸感是衡量虛擬現(xiàn)實技術(shù)最重要的技術(shù)指標(biāo)和特征，是體驗者在創(chuàng)建的虛擬世界中，與虛擬世界的相關(guān)事物進(jìn)行交互時所體驗到的真實程度的大小。當(dāng)下由于軟件以及硬件條件的限制，即使是當(dāng)下最先進(jìn)的虛擬現(xiàn)實技術(shù)也無法完全的使得體驗者在虛擬世界中能夠真實地體驗到與現(xiàn)實世界一般無二的相同體驗和感知，只能讓體驗者在一定程度上體驗到虛擬世界的沉浸感。3.感覺反饋是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的一個獨有的特點：虛擬現(xiàn)實技術(shù)不同于傳統(tǒng)的交互接口，它不僅僅能夠為體驗者提供視覺以及聽覺方面的相關(guān)反饋，還提供為體驗者進(jìn)行觸覺、力覺、嗅覺、味覺等層面全方位的時時反饋，以滿足體驗者對虛擬世界沉浸感的要求和體驗，且期望虛擬世界對體驗者的反饋與現(xiàn)實世界對體驗者的反饋效果一樣。4.交互性主要體現(xiàn)在人與虛擬現(xiàn)實技術(shù)系統(tǒng)的相互作用過程中，交互性是指通過各種靈敏傳感器使得計算機(jī)能夠?qū)w驗者與虛擬世界的自然交互行為進(jìn)行及時的識別并同時做出相應(yīng)的響應(yīng)和反饋。交互的及時性對于體驗者對虛擬現(xiàn)實的體驗程度至關(guān)重要，如弱體驗者在虛擬世界的體驗者，與虛擬事物都的交互過程存在嚴(yán)重的延遲現(xiàn)象，就會使得體驗者的虛擬現(xiàn)實體驗失真，對虛擬現(xiàn)實的交互體驗產(chǎn)生嚴(yán)重的消極影響。2.4國內(nèi)外虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究2.4.1國內(nèi)虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究北京航空航天大學(xué)的計算機(jī)系是目前我國最早進(jìn)行虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究，而且是在虛擬現(xiàn)實研究領(lǐng)域中最具有權(quán)威的研究單位之一，相關(guān)研究工作者首先是對虛擬現(xiàn)實的一些觀點和理論基礎(chǔ)進(jìn)行了分析探討研究，同時也對虛擬環(huán)境中不同物體的物理特性以及其相關(guān)的表達(dá)方式及模式進(jìn)行了研究；并實現(xiàn)了虛擬環(huán)境與現(xiàn)實的視覺接口這一硬件設(shè)備的升級同時編寫出了更加完善完備的算法，優(yōu)化了虛擬環(huán)境，同時也將虛擬環(huán)境網(wǎng)絡(luò)的分布式設(shè)計變成了現(xiàn)實。而且計算機(jī)系也為廣大的研究者開設(shè)了線上論壇，提供當(dāng)下研究最新的數(shù)據(jù)信息和虛擬現(xiàn)實的演示平臺，供研究者進(jìn)行理論的研究和探討。

浙江大學(xué)的國家級重點實驗室根據(jù)預(yù)消隱技術(shù)以及圖層疊加繪制技術(shù)設(shè)計研發(fā)出了一套桌面虛擬的三維立體的實時建筑環(huán)境漫游系統(tǒng),同時配備了更加高級的交互工具，以便使得系統(tǒng)三維畫面實時性以及清晰度等層面都能達(dá)到較為先進(jìn)的水平。而且，研究人員還編制出更為先進(jìn)的快速漫游算法以及遞進(jìn)網(wǎng)格的快速生成算法。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)在對虛擬現(xiàn)實技術(shù)研究的過程中，已經(jīng)利用當(dāng)下的虛擬技術(shù)將人類行為中的特定人臉表情進(jìn)行了數(shù)據(jù)的合成，同時也解決了嘴唇動作的合成以及表情變化等一系列的技術(shù)問題，同時對于人類在言語交流過程中的頭部動作以及和手勢的變化等實現(xiàn)了研究的突破，同時也期望能夠積極實現(xiàn)話音以及語調(diào)的同步。2.4.2國外虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究美國宇航局下的艾姆斯實驗室成功的將數(shù)據(jù)手套實現(xiàn)了更進(jìn)一步的設(shè)計升級并開始工程化，使的數(shù)據(jù)手套成為了更加具備實用性的產(chǎn)品。同時約翰遜空間中心通過積極運用面向座艙的飛行模擬技術(shù)實現(xiàn)了對空間站操控的仿真和模擬。德國在對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究以及應(yīng)用層面取得了難以想象的積極成果。德國通過對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的積極改革，一是通過將虛擬技術(shù)用于傳統(tǒng)產(chǎn)品的包裝設(shè)計，在很大程度上降低了產(chǎn)品的銷售成本，也減少了新產(chǎn)品研發(fā)過程中存在的各種風(fēng)險；二是通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)向潛在用戶進(jìn)行產(chǎn)品演示的過程中更能引起客戶對產(chǎn)品的興趣；三是將虛擬現(xiàn)實技術(shù)與當(dāng)下的培訓(xùn)相結(jié)合，在新的產(chǎn)品生產(chǎn)設(shè)備投入運營前用利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)來對企業(yè)的員工進(jìn)行理論以及技能的培訓(xùn)，以提高員工對于設(shè)備的熟悉程度以及操作水平。NEC公司研究開發(fā)了一種先進(jìn)的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，這一系統(tǒng)可以讓操作者通過“代用手”來實現(xiàn)對三維CAD形體模型的處理，該虛擬系統(tǒng)是將數(shù)據(jù)手套作為媒介將對模型的處理和cad操作者鏈接了起來。日本的富士通實驗室正在對虛擬環(huán)境中的事物與虛擬現(xiàn)實環(huán)境的相互間作用進(jìn)行研究，而且富士通實驗室通過開發(fā)新的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別系統(tǒng)來對虛擬現(xiàn)實的手勢識別進(jìn)行研究，以識別手勢和信號語言。3.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用3.1虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀3.1.1傳統(tǒng)教育傳統(tǒng)模式下的教育只是教師根據(jù)當(dāng)下的教學(xué)大綱的規(guī)定按照課本對學(xué)生進(jìn)行講解和知識的傳授。這一傳統(tǒng)下的教育，只是要求學(xué)生能夠?qū)⒗蠋熤v解的課本知識聽懂和吸收，而且傳統(tǒng)模式下的教育也注重學(xué)生的記憶背誦，對于一些學(xué)生不理解的知識，就會要求其進(jìn)行簡單的背誦，使得學(xué)生的主觀能動性逐漸的降低，教師也很少能夠?qū)⒄n本的知識進(jìn)行更深、更廣的延伸。這樣的教育僅僅要求學(xué)生能夠考出好的成績，適應(yīng)當(dāng)下的應(yīng)試教育,導(dǎo)致學(xué)生逐漸養(yǎng)成被動接受課本知識的習(xí)慣，不會思維的發(fā)散。而且在傳統(tǒng)的教育模式中，一些學(xué)校由于條件的限制，使得很多課本上的實驗無法完全的向?qū)W生進(jìn)行演示并讓學(xué)升上手操作，從而使學(xué)生缺少了本應(yīng)擁有的實踐機(jī)會。3.1.2采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的教育應(yīng)用遠(yuǎn)程教育

在虛擬現(xiàn)實技術(shù)系統(tǒng)中存在的虛擬智能角色，可以帶領(lǐng)學(xué)生在虛擬環(huán)境中更好地進(jìn)行環(huán)境的體驗，同時老師也能夠隨時隨地的在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中與其學(xué)生進(jìn)行知識的講解和學(xué)術(shù)的交流。以網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)和多媒體設(shè)備為基礎(chǔ)的虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境中，可以使得學(xué)生的主觀能動性和自主學(xué)習(xí)能力得到極大的提升，學(xué)生通過計算機(jī)就可以進(jìn)行知識的學(xué)習(xí)，同時也能夠享受到當(dāng)下豐富的學(xué)習(xí)資源。圖3-1虛擬教室虛擬校園虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)可以進(jìn)行虛擬校園以及虛擬課堂的創(chuàng)建，可以使得學(xué)生能夠隨時隨地的在虛擬校園以及虛擬課堂課堂之中進(jìn)行知識的學(xué)習(xí)、也能夠也老師、同學(xué)進(jìn)行及時的討論。

（3）虛擬漫游虛擬漫游是指學(xué)生在虛擬現(xiàn)實的環(huán)境中可以以第一人稱的身份進(jìn)行游覽，對環(huán)境的觀察，可以根據(jù)自己的喜好對游覽的速度以及觀察的視角進(jìn)行時時的調(diào)整，使得學(xué)生可以在虛擬環(huán)境中有身臨其境的真實感覺和極真的體驗。圖3-2虛擬現(xiàn)實課堂（4）虛擬實驗環(huán)境

虛擬現(xiàn)實實驗是指在虛擬現(xiàn)實環(huán)境的基礎(chǔ)之上將現(xiàn)實中真實的實驗進(jìn)行模擬呈現(xiàn)。當(dāng)下學(xué)校根據(jù)虛擬現(xiàn)實技術(shù)設(shè)立的各種虛擬實驗室在對學(xué)生進(jìn)行化學(xué)、物理等實驗的操作和體驗上具有積極的效果，同時虛擬實驗室的設(shè)立，在很大程度上可以降低學(xué)生做實驗過程中存在的風(fēng)險，也能夠降低一些實驗昂貴的成本，減少學(xué)校的開支，使得學(xué)生們能夠足不出戶的、不限次數(shù)的進(jìn)行各種實驗的操作，同時也能獲得與現(xiàn)實中進(jìn)行真實實驗時一樣的體驗。3.2虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育領(lǐng)域的優(yōu)勢（1）生動、逼真的學(xué)習(xí)環(huán)境，有利于學(xué)生理解抽象概念傳統(tǒng)過程中，知識或信息一般的傳授通常依靠文字、圖片等簡單形式來進(jìn)行的，這些形式用于解釋當(dāng)前的中觀世界是容易的。但是對于一些復(fù)雜的問題，比如宏觀、微觀現(xiàn)象，亦或是歷史事件和未來，就顯得蒼白無力。相對于傳統(tǒng)教育中知識的扁平性，虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以呈現(xiàn)更為立體的世界，消除時間與空間對人造成的認(rèn)知阻斷，為學(xué)生提供生動、逼真的學(xué)習(xí)環(huán)境。如建造人體模型、太空旅行、化合物分子結(jié)構(gòu)顯示等，虛擬現(xiàn)實可以在廣泛的科目領(lǐng)域中為學(xué)生提供無限的虛擬體驗，從而加速和鞏固他們學(xué)習(xí)知識的過程，有效幫助學(xué)生加深知識印象，深刻理解抽象概念。

圖3-3虛擬課堂教學(xué)（2）實現(xiàn)情景學(xué)習(xí)、促進(jìn)知識遷移

虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠提供豐富的感知線索以及多通道（如聽覺、視覺、觸覺等）的反饋，幫助學(xué)習(xí)者將虛擬情境的所學(xué)遷移到真實生活中，滿足情境學(xué)習(xí)的需要。

圖3-4虛擬實驗教學(xué)（3）節(jié)省成本并規(guī)避真實操作的潛在危險

傳統(tǒng)過程中，受到設(shè)備、場地、經(jīng)費等條件制約，許多大型或有一定危險性的實驗難以開展。虛擬現(xiàn)實技術(shù)可模擬實驗場景，能讓學(xué)生足不出戶完成各種實驗，并獲得與真實實驗一樣的體會?？梢哉f，在保證教學(xué)效果的前提下，虛擬現(xiàn)實技術(shù)減少了實驗操作可能帶來的困難和危險，并大幅度降低了實驗成本。

（4）激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和參與度

虛擬現(xiàn)實技術(shù)通過呈現(xiàn)個性化特征、豐富多彩的媒體形式和刺激性的對話促進(jìn)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動機(jī)。大量案例證明，虛擬現(xiàn)實可以給學(xué)習(xí)者帶來放松、愉悅、感興趣等積極情緒，激發(fā)學(xué)生的內(nèi)部學(xué)習(xí)動機(jī)。另外，虛擬現(xiàn)實技術(shù)可創(chuàng)設(shè)逼真的場景，提供動態(tài)的高交互設(shè)置，可以讓學(xué)習(xí)者在其中顯示出較高的學(xué)習(xí)參與度。

圖3-5虛擬課堂（5）有利于開展創(chuàng)新教學(xué)、辦出特色教育

虛擬現(xiàn)實為學(xué)生創(chuàng)設(shè)接近真實的學(xué)習(xí)環(huán)境，將抽象概念具象化，為學(xué)習(xí)者打造高度開放、可交互、沉浸式的三維學(xué)習(xí)環(huán)境，能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和熱情，突破傳統(tǒng)教學(xué)的一些難點和瓶頸，從而讓學(xué)校教學(xué)變得更有效率。另外，教師可組織學(xué)生開展基于虛擬現(xiàn)實的課堂互動、自主學(xué)習(xí)、探究式學(xué)習(xí)等創(chuàng)新教學(xué)活動，創(chuàng)辦特色教育課程內(nèi)容，從而從整體上提升學(xué)校教育教學(xué)質(zhì)量。3.3虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育領(lǐng)域中存在的問題虛擬現(xiàn)實技術(shù)尚未完全成熟盡管目前隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的進(jìn)步，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在不斷取得突破性的進(jìn)展，但現(xiàn)實中虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用在實現(xiàn)舒適、安全、高效的理想目標(biāo)上仍存在著很大的差距。以當(dāng)下市場上廣受歡迎的Oculus虛擬現(xiàn)實、三星Gear虛擬現(xiàn)實、HTC-Vive等頭顯產(chǎn)品為例，這些產(chǎn)品在具體使用的過程中仍存一些不足，便利性以及性能都有待提高。而且當(dāng)下市場上很多虛擬頭盔的分辨率都相對較低，影響使用者的視覺體驗，難以真正達(dá)到虛擬現(xiàn)實所追求的沉浸式體驗的理想目標(biāo)。而且更加重要的是，當(dāng)下市場上主流的虛擬頭盔不能積極實現(xiàn)虛擬世界與現(xiàn)實的完美對接，部分產(chǎn)品使得用戶帶上頭盔之后就不能對現(xiàn)實世界的環(huán)境和事物進(jìn)行時時的觀察，需要有人在一旁進(jìn)行時時的陪護(hù)。此外，長期佩戴使用虛擬現(xiàn)實的相關(guān)產(chǎn)品會引發(fā)使用者的身體疲勞、眩暈以及惡心等癥狀的產(chǎn)生，影響使用者的身體健康。而且由于技術(shù)的限制，當(dāng)下的教育方案無法能夠?qū)崿F(xiàn)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)的積極，教師也難以像設(shè)計日常普通課程課件一樣進(jìn)行虛擬現(xiàn)實課程的設(shè)計,虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教師群體中的使用存在極大的困難，教師若想實現(xiàn)虛擬課程的教學(xué)就需要專門技術(shù)團(tuán)隊的支持和陪伴,這也在一定程度上影響了“虛擬現(xiàn)實+教育"的發(fā)展。

2.缺乏有效的學(xué)習(xí)評估與監(jiān)控工具

在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)中，教師與學(xué)生在一個教室之中，使得教師可以直接的觀察學(xué)生在課堂上的行為和表現(xiàn)，從而能夠直接的判斷學(xué)生對知識的學(xué)習(xí)和掌握程度。但在虛擬的教學(xué)環(huán)境中，教師與學(xué)生所處空間位置的不統(tǒng)一，使得教師難以對教育過程的開展進(jìn)行時時的監(jiān)管,不能根據(jù)每一個學(xué)生的學(xué)習(xí)情況來對其教學(xué)的方案做出及時適當(dāng)額調(diào)整，難以對學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)行客觀的評估。3.虛擬教育環(huán)境下學(xué)生認(rèn)知負(fù)荷增加

為了讓學(xué)生能夠真正體驗沉浸式學(xué)習(xí)的體驗，虛擬現(xiàn)實的課程往往會在教學(xué)過程中創(chuàng)設(shè)豐富多彩的情境。同時，在教學(xué)過程中會采用多元化信息交互方式，進(jìn)行課程的拓展和延伸，這種多樣化以及多元化的信息傳遞，會極大的提高學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷。而且根據(jù)相關(guān)的研究，虛擬世界功能的豐富性以及多種多樣的情境會在一定程度上干擾學(xué)生對重點內(nèi)容和知識的學(xué)習(xí)及判斷，影響學(xué)生對重點內(nèi)容的理解和掌握。因此虛擬教學(xué)環(huán)境需要充分考慮學(xué)生年齡和認(rèn)知特點，進(jìn)行客觀嚴(yán)格的設(shè)計，防止信息拓展的過載，提升學(xué)生學(xué)習(xí)的效率。3.4具體的解決措施1.需要不斷完善虛擬現(xiàn)實技術(shù)：積極研發(fā)分辨率高的虛擬現(xiàn)實頭盔，創(chuàng)新虛擬現(xiàn)實技術(shù)，編寫創(chuàng)新算法，增加虛擬現(xiàn)實的交互性，實現(xiàn)虛擬與現(xiàn)實的良好對接，同時也要積極解決長期使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)給使用者帶來的疲勞、眩暈、惡心等影響身心健康的問題，保證虛擬現(xiàn)實技術(shù)對使用者的舒適、安全以及高效性。2.加強(qiáng)對教師的培訓(xùn)：當(dāng)下虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展日新月異，加上虛擬現(xiàn)實技術(shù)的原理復(fù)雜，操作較為困難，使得教師難以在短時間內(nèi)進(jìn)行虛擬課程的設(shè)計和備案。因此，學(xué)校要定期加大對教師關(guān)于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的培訓(xùn)，并請相關(guān)的技術(shù)團(tuán)隊向教師隊伍進(jìn)行詳細(xì)的講解，提升教師的虛擬現(xiàn)實操作水平以及課程備案能力。3.完善評估與監(jiān)管機(jī)制：由于虛擬教學(xué)的特點，使得教師難以對學(xué)生的行為進(jìn)行有效的評估，難以及時的對學(xué)生進(jìn)行監(jiān)管，將會影響學(xué)生的成長和學(xué)習(xí)的進(jìn)步。因此學(xué)校要建立完備的評估以及監(jiān)管機(jī)制，針對虛擬現(xiàn)實技術(shù)以及虛擬教育的特點開發(fā)專門的技術(shù)，用以觀察、監(jiān)督和記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，幫助教師更好地了解學(xué)生的表現(xiàn)，并提供針對性的指引和干預(yù)。4.制定合理的課程安排虛擬現(xiàn)實技術(shù)與課堂的結(jié)合，在很大程度上將會打開學(xué)生的眼界和思維，但是在一定程度上也將會增加學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷。因此，教師在制定設(shè)計虛擬課堂課程時，要根據(jù)學(xué)生的狀況進(jìn)行合理的設(shè)計，循序漸進(jìn)，同時在課程開展的過程中，要將教育模塊放在主要位置，同時也要將游戲模塊與教育模塊分開，促進(jìn)學(xué)生對知識的學(xué)習(xí)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育領(lǐng)域中未來發(fā)展趨勢研究虛擬顯示技術(shù)將在教育領(lǐng)域的深化推動、促進(jìn)教育公平、提高教學(xué)效果和管理等層面發(fā)揮越來越重要的作用。通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以推進(jìn)教育教學(xué)的改革，使之逐漸摒棄傳統(tǒng)對學(xué)生的填鴨式教育，使得教育開始實行豐富的教學(xué)和管理模式，培養(yǎng)知識能力皆佳的高素質(zhì)人才。當(dāng)下虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育中的各種技術(shù)應(yīng)用，通過簡單的虛擬視頻演示，實現(xiàn)了學(xué)生與知識的簡單相互交互。隨著技術(shù)的進(jìn)步以及虛擬現(xiàn)實的不斷完善，在未來