虚拟现实技术在教育领域的现状及对策

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【摘要】随着教育信息化改革的不断推进，虚拟现实技术已成为教育行业采用的新兴关键技术之一。为了找出VR教育行业的研究热点和薄弱环节，以便为我国VR教育企业开展关键技术攻关和制定国际专利战略提供参考，采用政策分析和文献研究方法，分别阐明了我国政府对VR教育的重视程度以及VR教育的研究现状；采用统计分析方法，分析VR教育专利的发展态势、法律状态、专利权人、专利布局、技术领域等，得出VR教育专利的发展现状、研究热点、发展趋势及一些不足之处，并给出了相应的应对策略。

【关键词】虚拟现实（VR）技术；教育信息化；专利现状；对策研究

虚拟现实（Virtualreality，VR）技术是以计算机技术为核心，生成与一定范围真实环境在视、听、触感等方面近似的数字化环境[1]。用户通过佩带虚拟现实设备进入具有身临其境感觉的虚拟环境，并与其中的事物进行自然交互。在教育行业，虚拟现实技术极大地克服了传统教学环境的限制，有利于激发学习者的学习动机，增强学习体验[2]，其主要应用形式有虚拟技能实训、虚拟实验室、虚拟课堂教学、虚拟仿真校园和虚拟远程教学等[3]。随着教育现代化建设的推进及VR技术在教育行业的应用优势逐步凸显，VR教育产品及方案逐渐受到教育行业的青睐。虚拟现实技术集成了多项高科技技术，具有很强的“技术”性[4]。因此，我国要想VR技术更好的服务于教育行业，就必须重视科技创新，而专利就是科技竞争力[5]。专利技术是企业发展的核心力量，是企业应对市场竞争的关键武器之一[6]。因此，我们从专利的角度分析VR教育的发展态势与进展，有助于国内相关企业了解VR教育的技术现状、发展方向以及竞争对手的专利布局，为相关企业制定研究方向和专利战略，推动我国教育信息化建设具有一定参考价值。

1行业发展现状

1.1政策推动。VR技术与教育行业融合为促进教育信息化建设，教育部制定了一系列鼓励政策。《教育信息化十年发展规划（2011~2020年）》中提出：“针对学前教育、义务教育、高中教育、职业教育、高等教育等的不同需求，遴选和开发1500套虚拟仿真实训实验系统”。2017年7月，教育部在《关于2017~2020年开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知》中明确提出：“综合应用虚拟现实、增强现实等网络化、数字化、智能化技术手段，提高实验教学项目的吸引力和教学有效度”。2018年，教育部已先后出台《教师教育振兴行动计划（2018~2922年）》和《教育部办公厅关于开展国家虚拟仿真实验教学项目建设的通知》两项相关政策，加速推动虚拟现实等新技术在教育教学和实验教学等方面的应用。我国政府对教育信息化建设的重视，极大地促进了VR技术在教育行业的落地。1.2VR技术与教育融合的优势突出。VR技术改变传统教学方式，创造了全新的学习环境。以互联网、便携式智能手机与电脑、声像视频多媒体工具等为代表的信息技术，在很大程度上打破了时空地域的界限[7]。VR技术从根本上营造出全新的学习环境，学生可以按需选择，并能够无限次地重复使用，并通过环境反馈检测学习成果[8]。VR学习环境还能够提高学生的学习动机，做到“寓学于乐”[9]。虚拟现实教育除了在普通教学上具有一定优势外，在特殊教育和职业教育中也有很大的优势。VR技术的仿真环境可以提高特殊儿童教学和训练的安全系数，增加特殊儿童学习和训练的信心[10]。在职业教学与实训中，基于虚拟现实技术的教育在使用过程中不会对学员产生现实中存在的危险[11]。可见，虚拟现实教育不仅可以弥补传统教学工具和教学方式的不足，还可使学生在虚拟教学环境中进行一些难以实操或危险系数较高的训练。1.3VR教育应用现状分析。目前，我国已有很多企业在从事虚拟现实技术教育产品的研究与生产。例如：在K12教育方面，微视酷研发的IES沉浸式教育系统已成功应用于北京中关村二小等知名小学的高年级教学；在职业教育方面，新岛科技采用VR技术建立的智慧教室，可将企业的真实场景以全方位、动态的形式再现，还可与外界进行互动交流[12]。

2VR教育专利动态分析

本文使用法国QUESTEL公司的Orbit专利检索数据库，使用“虚拟现实/VR/虚拟仿真”and“教育/教室/教学/培训/训练/学生/学员”为检索式的关键词，同时使用包含对应的英文检索词，检索时间截止到2018年6月30日。对初步检索结果进行了IPC分类号检验和人工去燥，最终确定VR技术在教育领域的相关专利共计574项。其中，发明专利344项。2.1发展态势分析。一般而言，专利申请量越多，越有利于高技术产业的发展[13]。VR技术早在20世纪80年代就被一些欧美国家用于教育行业，但由于当时计算机技术水平有限，并没有引起关注。2012年之前，VR教育专利申请量一直处于平缓期，2012年Face-book天价收购虚拟现实头戴设备制造商Oculus，引起业内极大轰动。2016年被认为是虚拟现实的元年，资本与企业掀起了VR产业的高潮，VR教育专利申请量出现井喷，实现三位数的飞跃；由于专利的公开有18个月的滞后期，预计2017年VR教育专利数量最终或将多于200项，而2018年的专利数据暂不具有参考意义。综上分析，VR教育专利申请正处于快速发展阶段。2.2法律状态。VR教育专利中，处于申请中的专利最多，占到了52%；其次是授权专利，占比28%；放弃、撤销和过期专利分别占比12%、5%和3%。从专利法律状态可以看出，VR教育专利多处于申请阶段，获权专利相对较少，专利布局还有很大空间。2.3专利权人分析。目前，VR教育专利领域没有垄断企业出现。VR教育专利权人数量众多，但拥有的专利量都不多。图2展示了VR教育专利排名前13位的专利权人。VR教育专利数量最多的专利权人是国家电网，共有14项，占VR教育专利总量的2.4%，主要为面向职业教育的工作技能训练和安全教育培训方面的教学装置或系统；其次是林肯环球和河南理工大学，分别有7项专利，主要为职业教育或培训的仪器、装置、系统和使用方法等，排在第三位的分别是武汉凯迪奥、日本电电公社（NTT）和安徽伟合电子，分别有5项专利。从专利权人类型上可以看出，VR教育专利以企业和高校为主，前十三位中企业专利权人有10位，而高校仅有3位。纵观574项VR教育专利，高校类专利权人也仅有105位，占VR教育专利总量的18.2%。2.4全球专利布局分析。VR教育专利公开国涉及27个国家或地区，中国成为国内外专利权人布局的主要国家。从图3可以看出，有68%的VR教育专利将中国设为了公开国。可见，中国VR教育市场得到全球企业的重视，如：林肯环球7项VR教育专利中有4项在我国申请。我国VR教育专利数量领先于其他国家，这也体现了我国对教育信息化改革的重视程度[14]。2.5技术领域分析VR教育企业研发的热点集中在控制和计算机技术领域。VR教育专利中有560项涉及控制领域，116项涉及计算机技术领域。而虚拟现实本身就是通过传感器控制和图形图像学、仿真等一系列计算机技术实现的虚拟环境。近年来，虚拟现实硬件设备性能已提升很多，但还有一些痛点仍没有解决，例如重量导致的压迫感、屏幕分辨率低导致的纱窗效应、眩晕感等。在VR教育专利中涉及解决以上问题的专利较少，材料/冶金领域仅有2项，视听技术有19项，光学技术有43项。

3VR教育专利现状的不足及对策分析

从专利权人数量来看，VR教育专利权人众多且专利量较少。这说明VR教育行业还处于发展的初期阶段。加之，现阶段VR教育专利多处于申请阶段，专利布局空间大等特点，建议我国VR教育企业加大新产品和新技术研发力度，尽早进行专利布局。从专利权人类型来看，高校类申请者远低于企业类。高校作为科技创新和技术经济进步的重要力量之一[15]，具有科研人才和团队、科研经费、仪器设备和科研环境等先天优势。然而，这些优势并没有在VR教育专利研究中充分体现出来。另外，高校作为VR教育的主要应用场景之一，最了解用户的需求和现阶段VR教育产品中的不足。建议高校联合企业，进行学校需求调研，共同研发针对不同教育阶段、各类学科的VR教育系统或解决方案，有效推动我国VR技术与教育行业的深入融合。从专利全球布局的角度来看，我国VR教育专利权人在国外的专利布局甚少。拥有VR教育专利数量最多的国家电网，其仅在国内进行了专利布局；同样河南理工大学、武汉凯迪奥等也均未在国外进行专利布局。而林肯环球则对一些有价值的专利选择了十多个国家为专利公开国。有研究显示：我国专利权人在海外进行专利布局存在一定困难，如：在国外申请专利比在自己国家昂贵[16]，缺乏专业的专利申报人才，以及企业缺乏长远的知识产权保护战略意识等[6]。建议我国VR教育企业借鉴国外企业专利布局的方法和策略，根据自身未来海外市场开拓计划，提前谋划布局，避免海外专利纠纷。从专利技术领域来看，VR教育专利集中在控制和计算机技术领域。VR技术应用于教育行业也还存在一些问题，例如：影响学校采购的成本问题、佩带过程的舒适感、使用时师生间的课堂互动等等，而涉及解决这些问题的VR教育专利也较少。因此，建议VR教育企业应更多的从产品设计、降低成本以及用户需求和体验等角度进行产品研发和技术创新，并对创新成果尽早申请专利保护，让VR技术在教育行业早日得到普及。

作者:任莎莎 单位:北京市电子科技情报研究所