摘要：近年來虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）迅猛發(fā)展，其應(yīng)用于地理教育領(lǐng)域的條件越發(fā)成熟。本文以百度公司研發(fā)的VR平臺(tái)為例，闡述了其組成、應(yīng)用及特點(diǎn)，并論述了VR應(yīng)用于地理教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)和可操作性。

關(guān)鍵詞：VR 虛擬現(xiàn)實(shí)；地理教學(xué)；數(shù)字孿生；元宇宙

一、引言

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）是一種數(shù)字技術(shù)，這種數(shù)字技術(shù)可以調(diào)用服務(wù)器數(shù)據(jù)用于構(gòu)建一個(gè)存在于云端平臺(tái)的數(shù)字化虛擬世界，數(shù)字化虛擬世界區(qū)別于現(xiàn)實(shí)世界并可供用戶通過使用相應(yīng)交互設(shè)備感知體驗(yàn)到[1]。

而將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）應(yīng)用于教育領(lǐng)域可提升教學(xué)效果。

二、百度VR

（一）百度VR應(yīng)用于農(nóng)博會(huì)

2023年8月，中國長春國際農(nóng)業(yè)·食品博覽會(huì)于百度希壤元宇宙分會(huì)場隆重啟幕，標(biāo)志著農(nóng)業(yè)科技與數(shù)字技術(shù)的巧妙融合。百度希壤，作為百度VR平臺(tái)的元宇宙，為用戶提供了通過感應(yīng)設(shè)備操控虛擬角色，實(shí)現(xiàn)在元宇宙中行走、參觀、交流、學(xué)習(xí)的獨(dú)特體驗(yàn)。農(nóng)博園內(nèi)劃分為9個(gè)精心設(shè)計(jì)的展示區(qū)，其中包括AR互動(dòng)打卡點(diǎn)，旨在為參會(huì)者提供豐富多彩的體驗(yàn)[2]。

參與者得以在元宇宙中進(jìn)行虛擬參觀、交流，全身心地投入于農(nóng)博園的體驗(yàn)之中，這一創(chuàng)新性的展覽設(shè)計(jì)為農(nóng)業(yè)科技與會(huì)展數(shù)字化體驗(yàn)創(chuàng)造了一場沉浸式的盛宴。百度VR應(yīng)用于農(nóng)博會(huì)的生動(dòng)展示效果，為百度VR應(yīng)用于需要呈現(xiàn)真實(shí)自然現(xiàn)象的地理課堂取得良好效果提供了事實(shí)論據(jù)。

（二）百度VR應(yīng)用于地標(biāo)數(shù)字孿生

百度希壤在元宇宙內(nèi)建設(shè)了廣西桂林市象鼻山景區(qū)的數(shù)字孿生。在實(shí)地考察中，通過百度希壤元宇宙平臺(tái)，使用手機(jī)控制虛擬人物對比發(fā)現(xiàn)，百度希壤逼真還原了象鼻山的外貌、建筑和植被等特征。用戶可通過百度希壤實(shí)現(xiàn)足不出戶的沉浸式體驗(yàn)象鼻山風(fēng)景。地理教育方面，百度希壤數(shù)字化著名風(fēng)景區(qū)促進(jìn)了虛擬研學(xué)旅行的發(fā)展，培養(yǎng)了學(xué)生地理實(shí)踐力和人地協(xié)調(diào)觀念。然而，現(xiàn)階段的百度希壤仍無法呈現(xiàn)地質(zhì)構(gòu)造、區(qū)域氣候等細(xì)節(jié)、動(dòng)態(tài)特征。隨著專業(yè)地學(xué)人員的加入，百度希壤在地理教育領(lǐng)域有巨大潛力，可為研學(xué)旅行和探究式學(xué)習(xí)提供多樣應(yīng)用場景。

數(shù)字化地標(biāo)的創(chuàng)建不僅提供了虛擬體驗(yàn)，也為地理教育模式帶來了新的建構(gòu)可能性。

（三）百度VR處于關(guān)鍵發(fā)展期

隨著5G傳輸速率的提升，VR元宇宙有望實(shí)現(xiàn)真正的無延遲云游，其逼真程度、交互同步率和使用場景將質(zhì)變。未來五年被認(rèn)為是元宇宙發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，分為大企業(yè)主導(dǎo)的VR硬件與元宇宙平臺(tái)建構(gòu)的第一階段，高新示范性應(yīng)用試點(diǎn)的第二階段，以及開放C端用戶搭建編輯內(nèi)容的第三階段。目前市面上的元宇宙產(chǎn)品將成為未來元宇宙的基礎(chǔ)底層設(shè)施[3]。

百度VR技術(shù)在中國領(lǐng)先，已完善元宇宙平臺(tái)框架，并根據(jù)多場景需求將應(yīng)用于實(shí)際場景打造應(yīng)用試點(diǎn)。在教育領(lǐng)域，百度VR技術(shù)推出了面向中小學(xué)的VR K12教室和面向大學(xué)的VR高校實(shí)驗(yàn)室。此外，百度VR與先進(jìn)辦學(xué)單位合作進(jìn)行VR試點(diǎn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，測量并收集教學(xué)數(shù)據(jù)，為數(shù)字化教育提供理論支持。

三、VR在地理教學(xué)上的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)

（一）百度VR應(yīng)用于地理教育的適配性高

如表1所示，分別從適配終端、硬件設(shè)備、軟件支持、交互形式、開放式創(chuàng)作平臺(tái)五個(gè)維度詳細(xì)整理了百度VR的組成模塊及在地理教育領(lǐng)域能夠?qū)崿F(xiàn)的應(yīng)用功能。百度VR使用模塊化的功能分區(qū)讓用戶可以根據(jù)需求目標(biāo)、經(jīng)費(fèi)數(shù)量自主決定使用的終端、應(yīng)用場景、應(yīng)用形式。在給予學(xué)生不同于傳統(tǒng)教學(xué)體驗(yàn)的同時(shí)，提供更多可供學(xué)生自主探索、創(chuàng)作、構(gòu)建的空間。

（二）VR帶來逼真的地理體驗(yàn)

在當(dāng)前中學(xué)地理課堂，教師廣泛使用多媒體輔助教學(xué)，包括視頻、音頻、圖片等，幫助學(xué)生形象認(rèn)知地理學(xué)名詞和概念。VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為新興科技提供獨(dú)特學(xué)習(xí)體驗(yàn)，VR技術(shù)創(chuàng)新了信息傳遞方式，強(qiáng)調(diào)學(xué)生互動(dòng)性，學(xué)生從信息客體轉(zhuǎn)變?yōu)檎n堂主體，培養(yǎng)獨(dú)立思考和學(xué)科素養(yǎng)。傳統(tǒng)媒介難以關(guān)注學(xué)生個(gè)體學(xué)習(xí)狀態(tài)。在VR虛擬世界，教學(xué)受學(xué)生個(gè)體知識(shí)掌握情況影響，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教學(xué)，教師更全面了解學(xué)生學(xué)習(xí)狀況，制定相應(yīng)對策。喻國明認(rèn)為傳統(tǒng)媒體以文字和圖像傳播，元宇宙的信息傳遞由認(rèn)知轉(zhuǎn)變?yōu)橛脩趔w驗(yàn)，重新定位了其應(yīng)用價(jià)值[4]。

（三）VR模擬應(yīng)用未來科技

中學(xué)地理教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行野外實(shí)踐勘察旨在調(diào)動(dòng)多感官，深化對地理知識(shí)的理解。傳統(tǒng)地理實(shí)地考察受科技水平限制，難以覆蓋受限區(qū)域。為解決此問題，蔣慶全提倡應(yīng)用VR技術(shù)，通過將人類感官與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)世界結(jié)合，創(chuàng)造新的虛擬空間，突破科技限制，拓展思維前景。隨著技術(shù)不斷完善，具象化的場景更具代入感，仿佛置身其中。在地理教學(xué)中，使用VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)演示真實(shí)地理場景勢在必行。學(xué)生通過虛擬環(huán)境體驗(yàn)地理實(shí)景，拓展學(xué)習(xí)空間。在虛擬空間中，學(xué)生可暢想未來遠(yuǎn)景，超越時(shí)代局限，具備更廣闊深刻的學(xué)術(shù)視野。這一方法不僅豐富了地理教學(xué)形式，也為學(xué)生提供直觀、互動(dòng)、深刻的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，在地理學(xué)科教學(xué)中發(fā)揮重要作用。

（四）VR重塑地理知識(shí)媒介形式

在地理教學(xué)中，教師通過課堂展示的教具、自然現(xiàn)象視頻和地理圖像來傳達(dá)知識(shí)，學(xué)生在認(rèn)知后通過自我加工產(chǎn)生新的想法和個(gè)人邏輯思維特征的圖像。然而，學(xué)生的認(rèn)知圖示內(nèi)容缺乏及時(shí)反饋機(jī)制，學(xué)生表達(dá)能力、交流時(shí)間空間有限，難以形成有效閉環(huán)。VR元宇宙為學(xué)生提供了創(chuàng)作平臺(tái)，能夠在課后利用VR設(shè)備進(jìn)入元宇宙，準(zhǔn)確表達(dá)并分享在學(xué)習(xí)中的想法，實(shí)現(xiàn)對教學(xué)內(nèi)容的反饋。這種形式的反饋有助于提升課程質(zhì)量，幫助教師更好把握學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)度。學(xué)生在元宇宙中的創(chuàng)作和表達(dá)使教師深入了解他們對地理知識(shí)的理解和思考，為個(gè)性化教學(xué)提供支持。沈陽指出，VR元宇宙目前仍處于理論奠基和應(yīng)用框架建構(gòu)時(shí)期，面臨通訊、算力和交互方式等關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)[5]。未來，VR元宇宙有望重塑媒體表達(dá)形式，形成新的生態(tài)系統(tǒng)，涵蓋多個(gè)領(lǐng)域。這些發(fā)展趨勢預(yù)示著VR元宇宙在地理教學(xué)中的潛在價(jià)值將逐步顯現(xiàn)，為教學(xué)模式創(chuàng)新和學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)提供更多可能性。

四、百度VR應(yīng)用于地理教學(xué)的功能

（一）百度VR應(yīng)用空間環(huán)境模擬

VR技術(shù)通過建模軟件模擬虛擬形象和場景，包括天空、山脈、湖泊等元素。例如，《宇宙中的地球》VR課程中，百度VR構(gòu)建了虛擬宇宙空間，學(xué)生使用VR設(shè)備，通過頭部轉(zhuǎn)動(dòng)改變視角，可模擬在太陽系中自由探索，并啟動(dòng)知識(shí)講解或互動(dòng)。同時(shí)，在學(xué)生的自由探索過程中，所有星體并非靜止不動(dòng)，而是根據(jù)創(chuàng)作者的設(shè)計(jì)自主運(yùn)動(dòng)。相較于傳統(tǒng)單線程課堂，這一VR課程允許學(xué)生根據(jù)個(gè)人興趣自由探索虛擬宇宙空間。課程后臺(tái)將學(xué)生的學(xué)習(xí)行為分為不同的小單元，并以百分比形式記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度。這種創(chuàng)新教學(xué)方法提供了逼真的虛擬空間場景，和科學(xué)準(zhǔn)確的學(xué)生學(xué)習(xí)行為記錄與反饋方法。

（二）百度VR實(shí)現(xiàn)學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)管理

百度VR為K12階段地理教育提供教師端口，學(xué)生使用VR眼鏡在虛擬世界中與課程對象互動(dòng)。通過交互手柄，學(xué)生能自由探索和獨(dú)立完成學(xué)習(xí)內(nèi)容。教師通過端口實(shí)時(shí)查看學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)度，處理設(shè)備故障，并了解學(xué)生遇到的問題。學(xué)生在課堂上具備主體地位，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生找到自主的學(xué)習(xí)節(jié)奏，百度VR虛擬課堂為實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教學(xué)提供條件。數(shù)字教學(xué)管理端口確保教學(xué)活動(dòng)有序高效，內(nèi)置課程向?qū)б龑?dǎo)學(xué)生完成課程的教學(xué)設(shè)計(jì)。百度VR虛擬課堂的設(shè)計(jì)為促進(jìn)個(gè)性化學(xué)習(xí)提供了有力支持，有望在地理教育領(lǐng)域推動(dòng)教學(xué)模式的創(chuàng)新。

（三）百度VR制作數(shù)字地理教具

百度VR支持兩種3D模型的創(chuàng)作方式，一種是3D環(huán)物，基于實(shí)體模型，適合教師使用；另一種是無實(shí)體的3D建模，需要專業(yè)的建模師使用專業(yè)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。這兩種方式各有優(yōu)勢和特點(diǎn)，支持教師更靈活地選擇創(chuàng)作方式。由于課堂限制，有限的教具難以滿足每名學(xué)生的親自操作需求，百度VR的3D環(huán)物和3D模型解決了傳統(tǒng)地理教學(xué)中教具不足的問題。且百度VR的3D環(huán)境和3D模型讓每個(gè)學(xué)生都能夠隨時(shí)“拿”出自己曾使用過的教具，深化對知識(shí)的理解。數(shù)字教具的數(shù)字化形式，方便了管理和創(chuàng)新，也為教師提供了更便捷的教學(xué)工具、分享路徑。百度VR平臺(tái)能夠便捷查看、放縮和旋轉(zhuǎn)3D模型，但為實(shí)現(xiàn)虛擬教具的真實(shí)模擬，需要搭載物理引擎和設(shè)計(jì)相應(yīng)的程序規(guī)則。目前的技術(shù)水平已經(jīng)支持模擬高危場景訓(xùn)練和實(shí)操教學(xué)，為學(xué)生提供更真實(shí)和豐富的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。百度VR為地理教育帶來了創(chuàng)新的教學(xué)工具，數(shù)字教具的逼真程度和可操作性將隨著技術(shù)的發(fā)展進(jìn)一步提升。

五、結(jié)束結(jié)

百度VR的價(jià)值在于為學(xué)生提供一個(gè)逼真的演習(xí)環(huán)境，使其能夠在這個(gè)環(huán)境中確定需求對象、進(jìn)行開放性內(nèi)容設(shè)計(jì)、測試個(gè)性化作品功能，甚至量化復(fù)制模型，全局沙盤推演。這有助于將抽象的地理知識(shí)具現(xiàn)為可視化的虛擬模型。隨著虛擬世界中的規(guī)則設(shè)置更趨近于現(xiàn)實(shí)而逼真，學(xué)生可以將從虛擬世界中習(xí)得的知識(shí)技能順利應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)世界。另外，通過重新設(shè)置不同于地球世界的物理規(guī)則、化學(xué)規(guī)則，可以實(shí)現(xiàn)脫離一般常識(shí)條件下的特定情景模擬實(shí)驗(yàn)，這對于學(xué)生想象力，創(chuàng)造力的開發(fā)有著積極影響。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）的發(fā)展，未來，學(xué)生將不僅僅是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）的學(xué)習(xí)者和體驗(yàn)者，同時(shí)還將成為虛擬現(xiàn)實(shí)世界的構(gòu)建者和開發(fā)者。在學(xué)習(xí)和體驗(yàn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）的同時(shí)，學(xué)生將創(chuàng)作大量具有獨(dú)創(chuàng)性的虛擬數(shù)據(jù)模型，從而進(jìn)一步推動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在地理教學(xué)上的創(chuàng)新和發(fā)展，實(shí)現(xiàn)良性循環(huán)。這種全面的學(xué)習(xí)和參與將培養(yǎng)學(xué)生更深層次的思維和創(chuàng)造力，學(xué)生在VR地理課程中的學(xué)習(xí)收獲也將不僅拘泥于地理學(xué)科本身，更為自身未來的綜合素養(yǎng)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

作者單位：王小禹 王釗 陳丹寧 肖紫璇 廣西師范大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院

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