馮建國　李桂花　高宗軍　王敏　田紅　陳濤

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；高等教育；教學(xué)模式；專業(yè)課程；應(yīng)用現(xiàn)狀；融合策略

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）36-0124-03

作為一種新興科技，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在多學(xué)科、多領(lǐng)域都得到了較為廣泛的應(yīng)用，眾多科研人員和教師也從不同角度進(jìn)行了深入研究。

以“虛擬現(xiàn)實(shí)”為檢索詞，時(shí)間限定于1990年1月至2020年12月，在中國知網(wǎng)（https：//kns.cnki.net）中按“篇名”進(jìn)行檢索。2016年之前，文獻(xiàn)數(shù)量增長緩慢，從2016開始，文獻(xiàn)數(shù)量呈指數(shù)增長。2016年的文獻(xiàn)數(shù)量為1705篇，2020年的文獻(xiàn)數(shù)量達(dá)到4420篇，增長了約2.6倍。當(dāng)前“虛擬現(xiàn)實(shí)”主要集中在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，其次是教育領(lǐng)域。二者之和占到全部研究領(lǐng)域文獻(xiàn)數(shù)量的69.2%。以“虛擬現(xiàn)實(shí)”為檢索詞，時(shí)間限定于2000年1月至2020年12月，同時(shí)學(xué)科限定為“高等教育”，在中國知網(wǎng)（https：//kns.cnki.net）中按“篇名”進(jìn)行檢索，2012年之前，文獻(xiàn)數(shù)量增長緩慢，從2012開始，文獻(xiàn)數(shù)量快速增長。2012年的文獻(xiàn)數(shù)量為9篇，2020年的文獻(xiàn)數(shù)量達(dá)到93篇，增長了約10倍。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與教育教學(xué)

劉俊峰等將教育技術(shù)分為五類，即常規(guī)教學(xué)模式、多媒體教學(xué)模式、遠(yuǎn)程教學(xué)模式、網(wǎng)絡(luò)直播教學(xué)模式和虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)模式[1]?？梢?，“虛擬現(xiàn)實(shí)”教學(xué)模式已成為教育技術(shù)的重要組成部分和發(fā)展趨勢。

1.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality，簡稱VR技術(shù)）是20世紀(jì)80年代興起的以計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、傳感技術(shù)、系統(tǒng)仿真技術(shù)、人工智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、多傳感器技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)等多種先進(jìn)技術(shù)的最新發(fā)展成果。狹義的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是指運(yùn)用各種傳感器和可視化設(shè)備生成一個(gè)逼真的三維虛擬環(huán)境，將畫面、聲音等作用于用戶的視覺、觸覺、聽覺，從而使人沉浸在這個(gè)可以感知的、高度仿真的虛擬世界中，進(jìn)而產(chǎn)生一種身臨其境的感覺[2-3]。

1.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)

（1）沉浸性。VR技術(shù)通過借助視覺、觸覺、聽覺等多個(gè)人體感知器官，可以讓人沉浸在虛擬世界，同時(shí)產(chǎn)生如同身處現(xiàn)實(shí)世界的感覺。趙夢媛等將多個(gè)人體器官參與感知稱為VR技術(shù)的多感知性[4]。

（2）交互性。VR技術(shù)進(jìn)一步加強(qiáng)了人機(jī)交互式體驗(yàn)。通過觸摸屏或操作手柄進(jìn)行人機(jī)交互，在虛擬的場景中完成一系列操作，從最初的只有感官輸入的被動式體驗(yàn)到可以對虛擬環(huán)境中的事物進(jìn)行操作并得到及時(shí)的反饋。

（3）想象性。使用者依據(jù)在虛擬環(huán)境中獲取的信息，通過自我意識行為和人機(jī)互動后，根據(jù)自身的邏輯思維、事物聯(lián)想等能力，將虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中沒有直接展現(xiàn)的畫面和信息想象擴(kuò)充并進(jìn)行物像化[5-7]。

1.3 教育教學(xué)中運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的優(yōu)勢

元偉霞認(rèn)為，VR技術(shù)與教育教學(xué)的融合，首先在建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論、情境認(rèn)知理論、模擬思維方法等方面具備穩(wěn)定和成熟的理論基礎(chǔ)[8]。此外，VR技術(shù)在教育教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用具有如下優(yōu)勢：

（1）人員安全得到有效保障，補(bǔ)充特殊場景觀摩體驗(yàn)

實(shí)踐教學(xué)是高等教育人類培養(yǎng)的重要組成部分，對學(xué)生專業(yè)技能的提升具有重要意義。在實(shí)踐教學(xué)過程中，有些環(huán)境或操作具有一定的危險(xiǎn)性，例如巖石剪切破壞實(shí)驗(yàn)、涉及強(qiáng)酸強(qiáng)堿、芳烴等有毒有害化學(xué)品分析實(shí)驗(yàn)等，一旦操作不當(dāng)可能會造成安全事故，進(jìn)而危及實(shí)驗(yàn)室或師生的人身安全。此外，地震、火山噴發(fā)、洪水、滑坡等災(zāi)害性場景在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室是無法實(shí)現(xiàn)的，即便能夠進(jìn)行物理模擬，觀摩的學(xué)生也存在一定的危險(xiǎn)性。運(yùn)用VR技術(shù)模擬實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場和實(shí)驗(yàn)過程，安全性得到大幅提升，即使在操作過程中失當(dāng)，也不會造成安全事故。

（2）培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，提高學(xué)習(xí)積極性

VR技術(shù)利用計(jì)算機(jī)生成虛擬的三維空間，通過視覺、聽覺、觸覺等人體感知器官獲得信息反饋，非常符合青年學(xué)生的獵奇心理。在教學(xué)過程中使用VR技術(shù)，不僅可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，提升教學(xué)效果，而且可以給學(xué)生帶來全新的觀察視角，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

（3）改變傳統(tǒng)教學(xué)理念，開展教學(xué)模式改革

VR技術(shù)與教育教學(xué)的融合，有利于教師改變傳統(tǒng)教學(xué)理念，開展教學(xué)模式改革。根據(jù)VR技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢，與教學(xué)內(nèi)容深入銜接，持續(xù)改進(jìn)教學(xué)手段，帶給學(xué)生沉浸式體驗(yàn)，鼓勵學(xué)生自主學(xué)習(xí)。以成果導(dǎo)向?yàn)橹敢?，用學(xué)生樂于接受和高效吸收的方式實(shí)施課程教學(xué)，便于更好地實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)目標(biāo)[2，5，9-10]。

（4）彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)場地緊缺、實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊的問題

由于專業(yè)理論與實(shí)驗(yàn)設(shè)備的不斷發(fā)展，用人單位對畢業(yè)生專業(yè)實(shí)踐技能的提高，各個(gè)高校都處于增加（擴(kuò)充）實(shí)驗(yàn)室、采購實(shí)驗(yàn)器材的循環(huán)過程之中。辦公室與實(shí)驗(yàn)室爭奪空間、實(shí)驗(yàn)器材消耗折舊乃至陳舊問題突出；即便是滿足最低臺套數(shù)的實(shí)驗(yàn)器材更新，動輒也需要幾萬甚至幾十萬，讓有限的教學(xué)經(jīng)費(fèi)捉襟見肘。利用VR技術(shù)模擬實(shí)踐現(xiàn)場環(huán)境，則在一定程度上打破了實(shí)驗(yàn)場地、實(shí)驗(yàn)器材的限制，可以更好地滿足實(shí)踐教學(xué)的需求[6，11]。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與課程教學(xué)的融合

2.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)中運(yùn)用的原則

在進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)的過程中，需要遵循的原則包括：

（1）真實(shí)性原則。VR技術(shù)的運(yùn)用必須遵循教育教學(xué)的客觀規(guī)律，基于VR技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容也必須符合專業(yè)理論的基本規(guī)律，其場景設(shè)置必須符合客觀實(shí)際，不能隨意夸大或者過分簡化。

（2）典型性原則。在VR技術(shù)與教學(xué)內(nèi)容有機(jī)融合的過程中，所制作或者引入的虛擬環(huán)境應(yīng)該具有典型性和代表性，而不應(yīng)該是非普遍的，甚至特殊的。

只有典型的事例才有助于學(xué)生掌握專業(yè)知識中的普遍規(guī)律。

（3）整體性原則。在利用VR技術(shù)開展教學(xué)活動時(shí)，必須把握專業(yè)知識體系的整體性。當(dāng)出現(xiàn)受到各種因素的限制而不夠完整的情況時(shí)，應(yīng)該及時(shí)采用其他教學(xué)模式加以補(bǔ)充和完善，這樣才能進(jìn)一步提高學(xué)生對所學(xué)知識的掌握程度，提升課程整體的教學(xué)質(zhì)量。

（4）選擇性原則。授課教師必須認(rèn)識到，VR技術(shù)不是萬能的。只有發(fā)揮VR技術(shù)的優(yōu)勢，選擇那些適合VR技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容開展虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)，才能實(shí)現(xiàn)提高教學(xué)效果的目的[12]。

2.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的運(yùn)用現(xiàn)狀

相對而言，國內(nèi)VR技術(shù)在教育教學(xué)領(lǐng)域的運(yùn)用主要是小學(xué)、中學(xué)階段的科普和企事業(yè)單位的技術(shù)培訓(xùn)，高等院校基于VR技術(shù)的課程教學(xué)以部分重點(diǎn)高校、民營私立院校為主。造成這一現(xiàn)象的主要原因包括：

（1）VR設(shè)備成本高，而國內(nèi)尚未形成完備的VR 技術(shù)研發(fā)、技術(shù)服務(wù)體系[13-14]。小學(xué)和中學(xué)階段，利用VR技術(shù)進(jìn)行科學(xué)探索教育，受眾廣泛，研發(fā)和服務(wù)成本相對降低；企事業(yè)單位培訓(xùn)的資金較為充足，較高的研發(fā)和服務(wù)成本也能得到認(rèn)可。

（2）高等院校的專業(yè)劃分很細(xì)，同一院校不同專業(yè)的課程教學(xué)對VR技術(shù)的需求可能存在較大差異，而個(gè)性化的技術(shù)服務(wù)往往意味著高成本。不同層次高校的教育資金來源和數(shù)量存在差異，辦學(xué)理念各有不同，加之VR技術(shù)硬件投入和技術(shù)支持的成本較高，使得多數(shù)普通高等院校將VR技術(shù)用于課程教學(xué)體驗(yàn)和課程教學(xué)模式創(chuàng)新[15]。

（3）當(dāng)前，優(yōu)質(zhì)教育教學(xué)資源的十分匱乏，導(dǎo)致教育教學(xué)資源不能滿足專業(yè)化的教學(xué)需求；與此同時(shí)，VR教育資源開發(fā)的門檻較高，普通的一線教師往往不能勝任，即便開發(fā)出一些資源，其質(zhì)量往往也難以達(dá)到專業(yè)團(tuán)隊(duì)的水平[16]。

（4）VR技術(shù)還處于發(fā)展階段，如何在現(xiàn)有的教育技術(shù)、教學(xué)設(shè)備、教育資源的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)VR技術(shù)與其他教育技術(shù)的融合，各盡所能地為提高教育教學(xué)效果服務(wù)，還需一段較長時(shí)間的探索與磨合[17]。

上述五個(gè)方面，影響了VR技術(shù)在高等院校教學(xué)活動中的廣泛運(yùn)用。當(dāng)然，應(yīng)該看到王婷、侯晨等人已經(jīng)成功將VR技術(shù)應(yīng)用于土木工程測量教學(xué)、巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動[18-19]，朱海燕、羅珽等人對VR技術(shù)在海洋鉆井工程課程教學(xué)、地球科學(xué)中的應(yīng)用前景已經(jīng)有了成熟的認(rèn)識[20-21]。

3 強(qiáng)化和促進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與課程教學(xué)融合的策略

教育教學(xué)工作是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，必須堅(jiān)持“全員、全過程、全方位育人”的方針。而強(qiáng)化和促進(jìn)VR技術(shù)在教育教學(xué)中的應(yīng)用，也必須全盤考慮，全面統(tǒng)籌。

3.1 各級高等教育管理部門的支持

（1）各級高等教育管理部門應(yīng)制定相應(yīng)的政策支持和資金支持。積極踐行高等教育發(fā)展戰(zhàn)略，在充分認(rèn)識VR技術(shù)對高等教育教學(xué)積極作用的基礎(chǔ)上，鼓勵開展基于VR技術(shù)的高等教育教學(xué)新模式方面的探索和研究，在不斷強(qiáng)化高等院校VR技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的同時(shí)，以各類教學(xué)項(xiàng)目促進(jìn)VR技術(shù)在高等教育中的運(yùn)用，以實(shí)現(xiàn)引領(lǐng)高等教育教學(xué)模式變革的目標(biāo)[2]。

（2）鼓勵和指導(dǎo)基于VR技術(shù)的教學(xué)資源的開發(fā)，建設(shè)基于VR技術(shù)的教學(xué)資源庫，制定相應(yīng)的質(zhì)量監(jiān)控機(jī)制和評估標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范基于VR技術(shù)的教學(xué)活動，做到各個(gè)環(huán)節(jié)可追蹤、可衡量。

3.2 VR 技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)服務(wù)

《國家“十三五”規(guī)劃（2016－2020年）》中已經(jīng)把VR技術(shù)列入國家大力支持發(fā)展的行業(yè)之列，可以預(yù)見，VR技術(shù)服務(wù)高等院校教育教學(xué)的功能一定會得到長足的發(fā)展。

（1）通過產(chǎn)品技術(shù)創(chuàng)新，提質(zhì)增效。要實(shí)現(xiàn)VR技術(shù)在高等院校教學(xué)活動中的廣泛運(yùn)用，首先必須為廣大教師和學(xué)生提供優(yōu)質(zhì)的體驗(yàn)，解決部分人員因?yàn)殚L時(shí)間佩戴頭戴式設(shè)備而產(chǎn)生的眩暈問題；通過技術(shù)創(chuàng)新，合理降低設(shè)備成本；制定統(tǒng)一的技術(shù)、設(shè)備等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，解決不同企業(yè)產(chǎn)品、不同版本產(chǎn)品之間的兼容性問題。

（2）強(qiáng)化技術(shù)服務(wù)和對接。受限于VR技術(shù)二次開發(fā)的高難度和服務(wù)于專業(yè)課程的個(gè)性化需求問題，相關(guān)企業(yè)應(yīng)深入高等院校，積極開展技術(shù)培訓(xùn)工作；對計(jì)劃和已經(jīng)利用VR技術(shù)的院校、教學(xué)團(tuán)隊(duì)和教師，應(yīng)建立不同級次的長期的合作機(jī)制，了解和解決專業(yè)課程教學(xué)資源開發(fā)和維護(hù)過程中的技術(shù)需求，以優(yōu)質(zhì)服務(wù)帶動合作共贏。

（3）教學(xué)資源共享。雖然高等教育的專業(yè)劃分給VR技術(shù)的普及帶來的挑戰(zhàn)，但同時(shí)也應(yīng)該看到我國高等教育的體量巨大。據(jù)相關(guān)資料，在國內(nèi)，河海大學(xué)、中國地質(zhì)大學(xué)等54家高等院校開設(shè)水文與水資源工程專業(yè)，中國地質(zhì)大學(xué)、吉林大學(xué)等56家高等院校開設(shè)地質(zhì)工程專業(yè)。因此，以服務(wù)相近專業(yè)為導(dǎo)向，開展合作研究，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源共享是可行的。

3.3 發(fā)揮教師在教學(xué)設(shè)計(jì)和管理中的作用

（1）VR技術(shù)的學(xué)習(xí)與培訓(xùn)。教師要深入學(xué)習(xí)VR 技術(shù)，積極參與培訓(xùn)交流，掌握VR技術(shù)的特點(diǎn)和相關(guān)設(shè)備的使用方法，才能真正掌握和駕馭這一工具，將其與課程教學(xué)內(nèi)容有機(jī)結(jié)合起來進(jìn)行資源開發(fā)或者準(zhǔn)確選擇適合當(dāng)前學(xué)情的教學(xué)資源，更好地為教學(xué)服務(wù)。

（2）制訂合理的教學(xué)設(shè)計(jì)方案。通過制訂切實(shí)可行的教學(xué)設(shè)計(jì)方案，提升教師基于VR技術(shù)的教學(xué)設(shè)計(jì)能力，把VR技術(shù)和與之相匹配的教學(xué)內(nèi)容結(jié)合起來，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)教學(xué)思路、教學(xué)方法、教學(xué)過程等各個(gè)環(huán)節(jié)，做到前期夯實(shí)基礎(chǔ)，保證后期的順利執(zhí)行。

4 結(jié)語

20世紀(jì)末，歐美的一些國家就對VR技術(shù)進(jìn)行了研究，并將VR技術(shù)應(yīng)用于教育教學(xué)領(lǐng)域，并由此產(chǎn)生了多個(gè)基于VR技術(shù)的教育平臺。利用VR技術(shù)的沉浸性、交互性、想象性特點(diǎn)，將其應(yīng)用于課堂教學(xué)環(huán)節(jié)可以提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

VR技術(shù)在國內(nèi)教育教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用尚處于發(fā)展過程的初期階段，但發(fā)展勢頭迅猛，VR技術(shù)在教育教學(xué)方面的應(yīng)用研究主要集中在四個(gè)方面：VR技術(shù)相關(guān)設(shè)備和軟件的研發(fā)和實(shí)戰(zhàn)運(yùn)用；虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺的搭建和實(shí)踐；融合VR技術(shù)的教育教學(xué)模式研究；VR技術(shù)為學(xué)習(xí)者創(chuàng)建的學(xué)習(xí)環(huán)境、學(xué)習(xí)模式、學(xué)習(xí)情境研究[22]。

可以預(yù)見，憑借VR技術(shù)的快速發(fā)展和在教育教學(xué)中的優(yōu)勢，必然受到國家教育主管部門的高度重視，成為高等院校開展教育教學(xué)活動的重要手段，有力促進(jìn)高校畢業(yè)生專業(yè)技能和素養(yǎng)的提升。

致謝：本文得到山東瘦課網(wǎng)教育科技股份有限公司資助。