幾年來虛擬現(xiàn)實技術(shù)飛速發(fā)展，它提供一種‘實物和模型’的環(huán)境，與戴爾的‘經(jīng)驗之塔’最底層不謀而合，虛擬現(xiàn)實在顯示和提供直接的目的的經(jīng)驗方面是最有效果的，可以向?qū)W習(xí)者提供一種最具真實感的學(xué)習(xí)模式。本文就是在對虛擬現(xiàn)實的內(nèi)涵有一定了解的基礎(chǔ)上，與教育結(jié)合起來，使虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育中發(fā)揮更大的作用。

　　一、 虛擬現(xiàn)實的介紹

　　1、 虛擬現(xiàn)實的定義

　　虛擬現(xiàn)實（簡稱 VR）是近年來出現(xiàn)的高新技術(shù)，也稱人工環(huán)境。虛擬現(xiàn)實是利用電腦模

　　擬產(chǎn)生一個三維空間的虛擬世界，提供使用者關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用

　　者如同身歷其境一般，可以及時、沒有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物。

　　2、 虛擬現(xiàn)實的基本特征

　　（1）浸沒性

　　浸沒性是指用戶感到作為主角存在與模擬環(huán)境中的真實程度。理想的環(huán)境應(yīng)該使用戶難

　　以分辨真假。使用戶全身心投入到模擬環(huán)境中，該環(huán)境中的一切看，聽，動上去感覺都是真

　　的，如同在現(xiàn)實世界中的感覺。

　　（2）交互性

　　用戶對模擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度。如，用戶可以用手

　　直接抓取模擬環(huán)境中虛擬的物體，這時手有握著東西的感覺，并可以感覺物體繁榮重量，視

　　野中被抓的物體也能立刻隨著手的移動而移動。

　　（3）構(gòu)想性

　　強調(diào)虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有廣闊的可想象空間，可拓展人類認知范圍，不僅可再現(xiàn)真實存在

　　的環(huán)境，也可以隨意構(gòu)想客觀不存在的甚至是不可能發(fā)生的環(huán)境。

　　3、 虛擬現(xiàn)實的類型

　　（1）沉浸式 VR 系統(tǒng)

　　它是一種高級的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，提供了一個完全沉浸的體驗，使用戶有一種置身與虛擬境界之中的感覺。它利用頭盔式顯示器和其他設(shè)備，把參與者的視覺、聽覺和其它感覺封閉起來，并提供一種身臨其境、全心投入和沉浸其中的感覺。這是一套比較復(fù)雜的系統(tǒng)。

　　（2）增強式 VR 系統(tǒng)

　　它是把真實環(huán)境和虛擬環(huán)境結(jié)合在一起的一種系統(tǒng)，它既允許用戶看到真實的世界，同時也可以看到疊加在真實世界的虛擬對象，這種系統(tǒng)既可減少對構(gòu)成復(fù)雜真實環(huán)境的計算，又可對實際物體進行操作，真正達到亦真亦幻的境界。

　　（3）桌面層次 VR 系統(tǒng)

　　亦稱為簡易型虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，它是利用計算機創(chuàng)建虛擬環(huán)境，將計算機屏幕作為用戶觀察虛擬境界的一個窗口，使用者通過鍵盤、鼠標便可與虛擬環(huán)境進行交互。

　　二、 虛擬現(xiàn)實與教育的結(jié)合

　　1、 虛擬現(xiàn)實與教育理論的結(jié)合

　　從教育的發(fā)展過程看，任何一種新技術(shù)、新媒體的出現(xiàn)，都會引起教育上的革命；紙和印刷術(shù)的出現(xiàn)，廣播和電視技術(shù)的發(fā)展，計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，都曾經(jīng)引起了教育在質(zhì)和量上的飛躍。毫無疑問，虛擬現(xiàn)實與教育相結(jié)合，也一定會在教育領(lǐng)域中產(chǎn)生質(zhì)和量的飛躍。

　　（1）認知理論

　　認知主義學(xué)習(xí)論對學(xué)習(xí)的基本解釋是：學(xué)習(xí)是一種內(nèi)部發(fā)展的過程，是一種由同化和順應(yīng)交替發(fā)生做用，從而導(dǎo)致生理，心理從平衡狀態(tài)到不平衡狀態(tài)的循環(huán)過程。與此相對應(yīng)，認知主義的教學(xué)觀念是：為學(xué)生提供一種對自身進行認知加工的特定情境和特殊過程，從而在促進學(xué)生認知結(jié)構(gòu)的形成過程中推動學(xué)生的認知發(fā)展。虛擬現(xiàn)實與教育相結(jié)合，必須從學(xué)生的認知心理出發(fā)，注重學(xué)生的具體經(jīng)驗和對情境的理解，使得學(xué)習(xí)者的新舊知識之間的同化順利完成，建構(gòu)起自己的認知結(jié)構(gòu)，促進認知發(fā)展。

　　（2）建構(gòu)理論

　　建構(gòu)主義理論認為，知識不是通過教師傳授得到，而是學(xué)習(xí)者在一定的情景即社會文化背景下，借助其他人（包括教師和學(xué)習(xí)伙伴），利用必要的學(xué)習(xí)資料，通過意義建構(gòu)的方式獲得，由于學(xué)習(xí)是在一定情景即社會文化背景下，借助其他人的幫助即通過人際間的活動而實現(xiàn)的意義建構(gòu)過程，故建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認為“情境”、“協(xié)做”、“會話”和“意義建構(gòu)”是學(xué)習(xí)環(huán)境中的四大要素或四大屬性，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特性是有利于這四大特性的充分體現(xiàn)，從而能有效地創(chuàng)設(shè)建構(gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境，使學(xué)習(xí)者可以在其中進行自由探索和自主學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，幫助學(xué)生建構(gòu)當前所學(xué)知識的意義。事實證明，虛擬現(xiàn)實技術(shù)有效地創(chuàng)

　　設(shè)建構(gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境。

　　建構(gòu)主義為發(fā)展 VR 在教育中的應(yīng)用提供了最好的理論基礎(chǔ)。建構(gòu)主義認為，知識的建構(gòu)來自于個人體驗。VR 的沉浸性去除了參與者與計算機之間的界限，為個人了解世界創(chuàng)設(shè)了一種體驗，有助于材料的學(xué)習(xí)。VR 為學(xué)生進行非符號系統(tǒng)的學(xué)習(xí)創(chuàng)設(shè)環(huán)境，從而避免學(xué)生學(xué)習(xí)建立在符號系統(tǒng)的學(xué)科時失敗。

　　（3）模擬情境

　　虛擬現(xiàn)實與教育相結(jié)合，主要是物理模擬，即通過設(shè)計與原型（自然現(xiàn)象或過程）相似的模型，并利用該模型來間接地研究原型規(guī)律：模擬那些尚無簡單有效的儀器可以演示的實驗：模擬那些不易觀察或不能從外部直接觀察其內(nèi)部狀態(tài)規(guī)律的系統(tǒng)：重視稍縱即逝的自然現(xiàn)象或過程，等等。

　　虛擬現(xiàn)實構(gòu)造的環(huán)境應(yīng)從學(xué)習(xí)者的視角出發(fā)，使其如同感受真實世界一樣，為其提供直觀、有效的交互，使之能從空間和現(xiàn)象的內(nèi)部角度來觀察事物，更好地理解掌握所獲得的信息，提高抽象思維能力。

　　2、 虛擬現(xiàn)實對教育的影響

　　（1）對傳統(tǒng)教學(xué)模式的影響

　　改變傳統(tǒng)的教師主宰課堂的模式，改變學(xué)生被動接受知識，缺乏創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。多媒體，網(wǎng)絡(luò)，加上虛擬現(xiàn)實技術(shù)的迅猛發(fā)展。這些技術(shù)能提供界面友好、形象直觀的交互式學(xué)習(xí)環(huán)境；能提供圖文聲像并茂的多種感官綜合刺激等等。

　　（2）對教學(xué)手段的影響

　　互動啟發(fā)式教學(xué)。通過身臨其境的、自主控制的人機交互，由視覺、聽覺、觸覺獲取，提供生動活潑的直觀形象思維材料、展現(xiàn)學(xué)生不能直接觀察到的事物等，形成知識點。學(xué)生從思維，情感和行為多面的參與教學(xué)活動。

　　發(fā)現(xiàn)式教學(xué)。這是一種以解決問題為中心的教學(xué)形式，虛擬現(xiàn)實在實訓(xùn)教學(xué)中可以讓學(xué)生進入問題存在的環(huán)境，有針對性地建構(gòu)虛擬情境，引導(dǎo)學(xué)生進行探究。能提供良好的人機交互，還允許學(xué)生出錯，自行了解錯誤的根由及后果，發(fā)現(xiàn)解決問題的方法。

　　（3）對教學(xué)實驗的影響

　　實驗是多數(shù)教學(xué)活動必不可少的一部分。彌補教學(xué)設(shè)備的不足。在遠程教學(xué)實驗中，往往因為實驗設(shè)備，產(chǎn)地，經(jīng)費等方面的原因，使一些教學(xué)實驗無法進行。虛擬現(xiàn)實可以彌補這點不足，學(xué)生足不出戶便可實驗，獲得真實的體會，從而豐富了感性認識。

　　避免真實試驗或操作所帶來的各種危險。

　　（4）對學(xué)習(xí)方式的影響

　　虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)可以虛擬歷史人物、偉人、名人、教師、學(xué)生、醫(yī)生等各種人物形象，創(chuàng)設(shè)一個人性化的學(xué)習(xí)環(huán)境，使遠程教育的氣氛更加活躍、自然、親切。例如：英語學(xué)習(xí)，讓學(xué)生與人交談，達到訓(xùn)練學(xué)生口語的目的。

　　（5）對角色的影響

　　虛擬現(xiàn)實的沉浸性和交互性使學(xué)生能夠在虛擬的學(xué)習(xí)環(huán)境中扮演一個角色，全身心地投入到學(xué)習(xí)環(huán)境中去，這非常有利于學(xué)生的技能訓(xùn)練。如：駕駛訓(xùn)練。

　　三、 虛擬現(xiàn)實在教育中的應(yīng)用

　　1、 課堂教學(xué)

　　課堂教學(xué)是教學(xué)的主要方式，也是虛擬現(xiàn)實運用于教學(xué)的主要戰(zhàn)場。根據(jù)不同的學(xué)科，虛擬現(xiàn)實發(fā)揮著不同的作用，主要有以下方面的應(yīng)用：立體物體的展示，立體空間的展示，展品的介紹，虛擬空間的營造與構(gòu)建，虛擬場景的構(gòu)造等。

　　（1）立體物體的展示

　　通過虛擬現(xiàn)實，我們可以構(gòu)建一個與實物同樣的三維物體，如在高中立體幾何的三垂線定理是立體幾何教學(xué)中的一個重點同時也是一個難點。這時我們?nèi)绻?VRML 語言畫出題目中的這幾條線，然后讓學(xué)生在各個視覺去觀察，一則省卻了實物的制作，二則讓學(xué)生按照自己的意愿去觀察。還有一些關(guān)于空間直線之間的位置、平面之間的位置關(guān)系及二面角等方面的教學(xué)，教師都可以比較容易地制作出較精致的桌面虛擬現(xiàn)實來輔助數(shù)學(xué)教學(xué)。

　　（2）立體空間的展示

　　立體空間是指在現(xiàn)實世界中存在的或者根據(jù)歷史資料在歷史中曾經(jīng)真實存在的空間。在教學(xué)中，我們可能需要向?qū)W生展示這些空間，但由于條件的限制，不可能讓學(xué)生進入這些空間，在以往教學(xué)中，可能只能夠通過教師的描繪來激發(fā)學(xué)生的想象，在學(xué)生的頭腦中創(chuàng)建出這個虛擬的空間來。使用虛擬現(xiàn)實，我們不僅能在學(xué)生頭腦中建立這些空間，而且可以讓學(xué)生看得見、聽得見，甚至可以摸得著。如：在中學(xué)歷史教學(xué)中，古羅馬在人類文明發(fā)展史上占有重要的地位。如何將像古羅馬這樣的失落的遠古外國文明介紹給學(xué)生，使他們進行建筑學(xué)、藝術(shù)史、古代史和古文學(xué)史的學(xué)習(xí)呢？ 進入這個完全虛擬的世界，學(xué)生會感到置身于陌生的異域環(huán)境中，古羅馬的各種人文景觀歷歷在目，你可以跟隨講著拉丁語或英語的向?qū)г谔摂M的世界里漫游，同扮演著各種角色的虛擬演員談話。可以想象到這種再造古羅馬對學(xué)生的吸引力，學(xué)生可以身臨其境地觀察各種藝術(shù)奇觀、雕塑、繪畫藝術(shù)品，體會當時的人文環(huán)境，觀察古羅馬的各種建筑特點，比較對此后的文化復(fù)興的影響，觀察住宅的建造格，而且從各個方位去看都是那么的美麗、勻稱。

　　2、 科學(xué)實驗

　　一般學(xué)校現(xiàn)有的條件下，有許多實驗是根本不可能做的，如核反應(yīng)實驗，還有些實驗是不能讓學(xué)生做的，如涉及到放射性物質(zhì)或有毒物質(zhì)的部分。利用 VR 技術(shù)，可以有效地解決實驗條件與實驗效果之間的矛盾。在教學(xué)中，許多昂貴的實驗、培訓(xùn)器材，由于受價格的限制而無法普及。如果利用 VR 技術(shù)，在多媒體計算機上建立虛擬實驗室，學(xué)習(xí)者便可以走進這個虛擬實驗室，身臨其境般的操作虛擬儀器，操作結(jié)果可以通過儀表顯示身體的感受反饋給學(xué)生，來判斷操作是否正確。這種實驗既不消耗器材，也不受場地等外界條件限制，可重復(fù)操作，直至得出滿意結(jié)果。VR 實驗室的一大優(yōu)點還在于其絕對的安全性，不會因操作失誤而造成人身事故。

　　四、 虛擬現(xiàn)實在教育中存在不足

　　（1）彌補遠程教學(xué)條件的不足。在遠程教學(xué)中，往往會因為實驗設(shè)備、實驗場地、教學(xué)經(jīng)費等方面的原因，而使一些應(yīng)該開設(shè)的教學(xué)實驗無法進行。利用虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，可以彌補這些方面的不足，學(xué)生足不出戶便可以做各種各樣的實驗，獲得與真實實驗一樣的體會，從而豐富感性認識，加深對教學(xué)內(nèi)容的理解。（2）避免真實實驗或操作所帶來的各種危險。以往對于危險的或?qū)θ梭w健康有危害的實驗，一般采用電視錄像的方式來取代實驗，學(xué)生無法直接參與實驗，獲得感性認識。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行虛擬實驗，則可以免除這種顧慮。學(xué)生在虛擬實驗環(huán)境中，可以放心地去做各種危險的或危害人體的實驗。例如，虛擬的化學(xué)實驗，可以避免化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的燃燒、爆炸所帶來的危險；虛擬的外科手術(shù)，可避免由于學(xué)生操作失誤，而造成“病人”死亡的醫(yī)療事故；虛擬的飛機駕駛教學(xué)系統(tǒng)，可免除學(xué)員操作失誤而造成飛機墜毀的嚴重事故。

　　（3）徹底打破空間、時間的限制。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以使學(xué)生進入到大至宇宙天體，小至原子粒子的內(nèi)部進行觀察，甚至進行交互。這是電視錄像媒體所無法比擬的。虛擬技術(shù)還可以突破時間的限制，一些需要幾十年甚至上百年才能觀察的變化過程，通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以在很短的時間內(nèi)呈現(xiàn)給學(xué)生觀察。例如，生物中的孟德爾遺傳定律，用果蠅做實驗往往要幾個月的時間，而虛擬技術(shù)在一堂課內(nèi)就可以實現(xiàn)。

　　（4）可以虛擬人物形象。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)可以虛擬歷史人物、偉人、名人、教師、學(xué)生、醫(yī)生等各種人物形象，創(chuàng)設(shè)一個人性化的學(xué)習(xí)環(huán)境，使遠程教育的氣氛更加活躍、自然、親切。例如，在虛擬的課堂學(xué)習(xí)氣氛中，遠教學(xué)生可以與虛擬的教師、學(xué)生一起交流、討論，共同探討學(xué)習(xí)中的各種問題，進行協(xié)作化學(xué)習(xí)。在思想品德課教學(xué)中，學(xué)生可以與虛擬的先進人物一起座談、交流，通過先進人物的言行來感化學(xué)生，從而達到思想品德教育的目的。在外語教學(xué)中，可以通過計算機虛擬學(xué)生到國外旅游的情境，讓學(xué)生與人交談，達到訓(xùn)練學(xué)生口語的目的。虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠為學(xué)生提供生動、逼真的學(xué)習(xí)環(huán)境，學(xué)生能夠成為虛擬環(huán)境的一名參與者，在虛擬環(huán)境中扮演一個角色，這對調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，突破教學(xué)的重點、難點，培養(yǎng)學(xué)生的技能都將起到積極的作用。

　　五、 虛擬現(xiàn)實在教育中的未來展望

　　教育專家指出：嶄新的技術(shù)，會帶給我們嶄新的教育思維，解決了我們以前無法解決的問題，將給我們的教育帶來一系列的重大變革。親身去經(jīng)歷、親身去感受比空洞抽象的說教更具說服力。主動地去交互與被動的觀看，有質(zhì)的差別。在教育技術(shù)領(lǐng)域，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在科技研究、虛擬仿真校園，虛擬教學(xué)、虛擬實驗，教育娛樂等方面的應(yīng)用更為廣泛性