虚拟现实技术在教育的应用

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【内容摘要】新冠肺炎疫情深刻影响和改变了我国的教育工作，在数字化时代，虚拟现实技术在教育中日渐广泛与深入地应用将成为新常态。本文列举了新冠肺炎疫情对我国教育工作的影响，指出了疫情防控常态化背景下虚拟现实技术在教育中的应用及成效，并分析了其局限性，以期为我国教育智能化发展提供一定的参考。

【关键词】新冠肺炎疫情；虚拟化技术；教育数字化；新媒体应用

一、新冠肺炎疫情对教育领域的影响

新冠肺炎疫情给全人类带来了众多挑战，尤其是在教育领域。根据联合国儿童基金会的统计数据显示，来自全球186个国家约98.5%学生的学习受到疫情隔离的影响。在线学习被认为是在新冠肺炎大流行带来的不利条件下实现教育目标的主要替代方案。联合国教科文组织为调整远程学习方法和在线学习计划提供了建议。①在中国，针对新冠肺炎对中小学和大学正常开学和课堂教学造成的影响，教育部联合其他部门相继出台了《关于中小学延期开学期间“停课不停学”有关工作安排的通知》《关于在疫情防控期间做好普通高等学校在线教学组织与管理工作的指导意见》等文件，指导我国中小学和普通高校的线上学习工作，提出要面向全国高校免费开放全部优质在线课程和虚拟仿真实验教学资源。2020年2月2日，教育部于疫情第一时间组织了22个在线课程平台免费开放在线课程2.4万余门，覆盖了本科12个学科门类、专科高职18个专业大类。②尽管疫情期间线上教育课程火爆，但也暴露出一些弊端，主要表现在因为缺乏监督，自制力差的学生容易养成不好的学习习惯。如注意力不集中，拿到平板电脑沉迷于电子游戏，造成互联网滥用；还由于缺乏面对面的教学，学生只能机械地面对电子设备进行单一的接受式教育，缺乏互动导致学习效率低下等。一项针对新冠肺炎对教育的影响调查表明：学生更喜欢面对面的课程，并且在线教学导致动机、自我效能和认知参与度的下降。③从全球和我国教育领域来看，新冠肺炎疫情改变了教育发展常态，大规模线上教学迁移对教育系统提出新的挑战，倒逼教育向开放化、共享化和智能化转型加快发展。这对教育资源、教育技术和设备、教育管理等方面都提出了更高的要求。在此背景下，虚拟现实技术与教育的融合为解决线上教育存在的弊端提供了新思路。

二、虚拟现实技术与教育领域的融合

虚拟现实技术（VirtualReality，简称VR），又称灵境技术，是21世纪发展起来的一项全新的实用技术，主要是通过计算机模拟虚拟环境从而给人以环境沉浸感。作为多媒体技术的一大突破，VR所传递的信息不仅仅是简单的图形、声音或者超文本，而是一系列实时生成的拟真声像信息、触觉和运动感知等，这些特性决定了虚拟现实技术最为突出的三个特点，即交互性、沉浸性和想象性。基于这些特点，参与者可实现与虚拟环境间的交互，从而相比较于传统的平面交互有更多沉浸感，在体验与真实世界相似感觉的同时，使参与者具有更多想象性，变被动学习为主动学习，将理性认知与感性认知深度融合。④虚拟现实技术因其能够很好地还原和再现真实的世界，在我国教育领域中的应用主要集中在以下几个方面：

（一）虚拟实验室和训练平台——真实还原现场

虚拟现实技术最大的特点是通过模拟提供非常逼真的实验室和训练平台，打破场地的限制。这项技术最早应用于美国一些大学的医学教学中，中国的上海交通大学、复旦大学、清华大学等高校依照虚拟现实技术也在积极搭建自己的实验室和训练平台，在丰富完善不同领域的教学任务的同时，有效降低了一些实验的危险性和场地的局限性。如在机械专业的汽车驾驶和航空领域的模拟教学中，通过虚拟技术的应用，有效降低了实践操作的危险性和意外。此外，虚拟现实技术平台通过软件和设备的重复利用，能够有效降低教育经费的投入，实现教育资源的节约和高效利用。

（二）虚拟课堂——增加线上教学的互动性

由于虚拟现实技术的交互性和沉浸感，教师在实际教学中可以通过对课程的优化和学生的互动，如让学生更多加入进来讨论、针对一些难点课程用虚拟现实技术实现教学的优化，在教学过程中利用虚拟现实技术加入一些益智类游戏等，从而营造出比传统教学更加形象化和生动化的教学环境，在增加学生参与感的同时达到提升教学质量的目的，为教育教学质量提供有效保障。⑤

（三）虚拟校园——实现校园生活、教学、教务的立体化

通过虚拟现实技术来实现校园生活、教学、教务的三维立体化，正在改变传统的校园学习和生活模式。如公开化的虚拟教学可帮助更多社会人员、其他地方人员参与到学校教育中。此外，虚拟校园能给在校学生提供更多个性化、即时性的服务和反馈，丰富和完善学生的校园生活，还可以通过线上监考、办公等内容为学校教务工作提供便利。

三、疫情防控常态化背景下虚拟现实技术在我国教育中的应用案例

（一）虚拟现实技术能够有效弥补疫情期间中

小学教育的不足，但存在地区间的差异疫情期间，各地认真贯彻执行教育部《关于深入做好中小学“停课不停学”工作的通知》，主要采取各学校“录播+线上答疑”形式、开通国家中小学网络云平台和中国教育电视台空中课堂以及全国众多在线教育机构免费向中小学生提供在线教育资源等形式，组织学生开展线上学习。这种新的教育形式有效减轻了疫情对我国中小学教育工作的影响，但由于线上教育存在的教学分离等不足及中小学生自制力差等问题，导致在学习效果、课外实践、自然科普等方面存在一定的欠缺。针对这些问题，虚拟现实技术的应用凸显出其在教育领域的重要价值。如在开学第一课中，湖北黄石一所小学的《开学第一课》利用VR技术进行了一场消防安全教育，通过运用VR虚拟现实技术、数字互联网技术，让孩子们在寓教于乐的游戏中学习并掌握消防安全知识，有效避免了疫情隔离对中小学生课外实践的影响。国家图书馆、国家博物馆等单位也通过线上虚拟技术的应用，来替代疫情前为中小学生开展的科普宣传活动。在北京的一些中小学校园，通过虚拟现实技术的应用，克服了学生体育课场地的限制。科普教育、课堂互动和课外活动是疫情期间，虚拟现实技术在中小学教育的主要应用方向，但由于虚拟现实技术对设备、技术的要求较高，当前我国虚拟现实技术在中小学的应用主要集中在一线大城市和东部发达地区，教育资源的地区不平衡是限制虚拟现实技术在中小学教育中发挥作用的主要因素。

（二）普通高校对虚拟现实技术应用的需求增加，并成为虚拟现实技术应用的主力军

大学教育，尤其是理工科、体育类专业，严重依赖试验设施、场地和器械。为应对疫情的影响，高校对虚拟现实技术的需求快速增加，并由于自身具有的人才、技术和设备优势，成为了我国教育领域虚拟现实技术应用的主力军。主要表现在以下几方面：一是高校虚拟仿真平台和课程不断增加。各大高校在“互联网+教育”的号召下，建立虚拟仿真实验室，探索把虚拟现实技术运用在教学上，如清华大学美术学院数字媒体艺术虚拟现实实验室、国防科技大学虚拟风洞仿真实验教学项目、华东交通大学轨道交通虚拟仿真实验教学项目等。天津大学已经在大部分学院开展了虚拟仿真教学项目，其中包括20个市级建设项目和5个国家级项目；南京大学通过线上线下相结合的方式，疫情期间录制《生物化学实验》相关慕课，学生线上观看实验操作视频，开学后再进行实验操作，探索了实验教学新模式；2020年同济大学依托虚拟仿真实验教学中心平台和“实验空间”部署了52项虚拟仿真实验，平台用户达1.7万人，虚拟仿真软件学习达到5.6万人次。二是虚拟仿真教育资源共享力度持续加大。疫情期间、教育部、各大高校、各大企业等密切合作，虚拟仿真校企合作的实验平台和共享力度不断增加，基本遍布各个专业课程，包括国家虚拟仿真实验教学项目共享平台、高等学校机械工程学科虚拟仿真实验教学共享平台、江苏省高等学校虚拟仿真实验教学共享平台等几十家平台。三是虚拟现实技术应用在高校教育、教学和教务管理的一些新领域继续拓展。借助虚拟仿真技术的高速发展，疫情期间，各大高校积极创新发展模式，在课程拓展、教学服务与管理、求职工作和校园游览等方面，实现了虚拟技术的拓展应用。如北京体育大学就借助某些运动手环，手机客户端对运动强度和运动量进行监控，借助物联网，区块链等技术将学生的运动情况直接反馈至体育教师的客户端(手机或者电脑)，让体育教师可以充分掌握学生的学习、锻炼情况，通过虚拟现实技术和视频软件进行教学互动，有效提升线上体育的教学效果。北京林业大学借助VR技术推出了“VR全景校园”“VR云上作品展”“VR线上招聘”等，为毕业生提供了更加丰富的体验。整体上来看，普通高校由于自身具备的资源优势，成为疫情防控常态化背景下我国虚拟现实技术应用的主力军。

（三）职业教育对虚拟现实技术应用的需求更为迫切，但普及应用率较低

职业教育最主要的一项任务是通过实践使学生掌握技能。受困于隔离，疫情对职业教育的影响相比其他教育领域更为严重。无论高职院校还是中职学校和培训机构，首先要解决的问题是如何选择和运用各种教学工具，从无到有构建和实施在线教学。经济合作与发展组织指出，新冠疫情危机导致接受职业教育与培训的学生实践培训机会减少，甚至难以完成必需的实践训练。受制于技术和设备的限制，我国大部分职业教育在疫情期间还是选择传统线上教学的方式，缺乏虚拟现实技术等新教学模式的应用。一项针对疫情期间线上教育对职业教育影响的研究表明：由于缺乏互动和实践操作，大部分学生对线上教育的满意度较低，约2/3的教育工作者表示，线上教育的方式导致他们在激励和吸引学习者方面效率较低，也给教学评估等其他工作带来了挑战。⑥对此，经合组织提出在校本环境中有效提供实践培训的策略。该项策略包括顺应数字化发展潮流，使用更多新技术如模拟器、虚拟现实（VR）和增强现实（AR）等进行培训。经合组织认为，对此类创新技术的投资，不仅将使职业教育与培训系统受益，而且从长远来看，还有可能提高职业教育与培训系统的复原力。由重庆电子工程职业学院牵头，集结国内10个省、市的23所职业院校及多家头部企业机构共同建设了《虚拟现实应用技术》专业教学资源库，助力疫情期间停课不停学。一些网络科技公司也通过新技术、新模式建设自己的职业教育虚拟仿真实训基地，这对国内的职业教育院校如何应对疫情的影响起到了很好的示范作用。在疫情防控常态化的今后，“互联网+”势必会成为职业教育的未来方向，但我国疫情防控期间的职业教育院校，主要还是以传统线上教育为主，缺乏虚拟现实技术等新的教学方式的创新。

（四）融合了虚拟现实技术的各类新媒体成为教育培训的热点

融合了虚拟现实技术的新媒体所具有的数字化和互动性等特征对传统教育培训模式产生了重大影响，有可能成为教育培训的热点。微博、抖音、B站、知乎等网络平台上大量的教育公益课和培训内容，相较于传统的网络培训，融合了虚拟现实技术的教育培训更能成为大家选择的对象，融合了虚拟现实技术的技能培训，有助于促进学生对知识的全面理解。因此，融合了虚拟现实技术的新媒体应用，可能成为疫情防控常态化背景下教培机构的发展方向。

四、成效和不足

新冠肺炎疫情发生以来，虚拟现实技术作为一种有效的辅助工具越来越多地被用于教育，利用虚拟现实技术可以建立各种虚拟实验室，突破了场地、设备、经费等问题带来的局限性，有效解决了在线学习教与学的分离难题，同时规避了某些危险实验带来的隐患。此外，虚拟现实技术的应用，可增加教学过程中的互动，解决了传统线上教学学生学习效率低的问题。虚拟现实技术还在教务服务与管理等方面展现了不错的应用前景。目前，虚拟现实技术在我国教育领域中的应用还处于初级阶段，存在许多不足，主要表现在以下几个方面。首先是虚拟仿真资源平台和课程的设置存在不足，这一点在职业教育和经济欠发达地区尤其明显；其次是在现有的虚拟课程设置中，部分课程的交互性有限，缺乏个性化服务，课程体验度较差；再次是导致教育成本增加，由于线上教育和虚拟化技术的在线学习需要互联网服务和数字技术，例如平板电脑、手机和笔记本电脑，这些物品的高需求可能导致其成本增加；最后是可能造成教育不公平的现象，农村地区互联网基础设施不足，特别是职业教育作为“兜底”教育，是很多偏远农村、乡镇、贫困地区孩子“知识改变命运”的唯一通道，当这些地区的学生因为硬件条件而耽误在线学习时，会造成教育不公平的现象发生。

五、建议

疫情防控常态化背景下，与虚拟现实技术深度融合是我国教育高质量创新发展的必由之路。与其他领域相比，虚拟现实技术在我国教育教学中的应用，还处在初级阶段，疫情更是凸显了我国很多地区和学校在硬件配备、软件设置和人才培养方面的不足。为了更好地提升我国教育领域应对疫情等突发情况的能力，未来各级教育行政部门应在教学和培训上顺应“互联网+”的发展趋势，加大虚拟现实技术人才的培养，改善现有硬件设备、软件技术，提升偏远和经济欠发达地区的教育信息化能力，加强教育资源的共享，通过开发虚拟仿真的教学软件和实训系统，实现远程教育与现场培训、实践生产的有效结合，实现教育和培训的多元化、信息化。

作者：郭梦