虚拟现实技术在“互联网+教育”领域中的发展与展望*

赵吉宇，靳丽梅，王 丽

（黑龙江农业经济职业学院 食品药品工程系，黑龙江 牡丹江 157041）

近年来，伴随互联网相关技术飞速发展以及移动互联设备在生活中的大规模普及，互联网技术在各行各业中的应用已经越发成熟，在2015年初李克强总理首次提出“互联网+”工作计划之后，互联网技术在我国迎来了高速发展的新时期。而在教育领域，随着移动互联的大规模普及，“互联网+教育”模式也在深刻的影响着整个教育领域。诸如慕课、微课以及一些传统的在线教育培训课程因其全新的教育理念，自由化的教学模式，碎片化的教育时间，优质的教学资源以及较低的学习成本等优势正在对传统的教育体系产生着巨大的冲击[1]。使得整个教育体系在教育观念、教育体制、教学方式、人才培养过程等方面都在发生着深刻变化。但相对于传统的高校教育体系，网络教育因其平面化的教学视角，较大的师生比例，有限的师生互动方式以及缺乏约束力的教学管理模式等诸多不足，致使其在很长一段时间内并不能取代传统教育的主导地位。所以目前在国内外大多只应用于作为高校教育的辅助课程资源和社会成人教育资源。但不可否认，“互联网+教育”模式将是教育体系未来的发展方向，也将是教育领域一次划时代的革命。

虚拟现实技术简称VR技术，英文全称为Virtual Reality，国内亦有翻译为灵境技术或人工环境。VR技术是基于可计算信息的沉浸式互动场景，以现代计算机多媒体为核心，使用者借助必要的感官互动仪器与虚拟环境中的事物进行感官互动和信息交流，从而产生临场真实感的体验和感受。VR技术具有沉浸性、互动性以及想象性三种特性，常简称为“3I”属性[2]。虚拟现实系统按其功能不同大体可分为桌面虚拟现实系统(Desktop VR)、沉浸虚拟现实系统(Immersive VR)、分布式虚拟现实系统(Distributed VR)等[3]。由于“3I”特征体现出的技术特点和应用特性，决定VR技术非常适合应用于教学场景的构建，结合不同的虚拟现实系统让学习环境从平面式的教学变为立体式的教学，由讲授型教学变为体验式教学。学生可借助虚拟场景与自身的交互作用获取更为直接的学习经验的学习模式代替传统的以教育者讲授知识为主的间接获取经验的学习模式，是多媒体新技术服务于教育教学的最好的结合。也是目前可用于弥补“互联网+教育”发展过程中在线教育模式存在的诸多问题的最佳技术手段，也必将成为未来“互联网+教育”的主要发展模式之一。

1 虚拟现实技术在“互联网+教育”中的应用模式

由于国内相关技术起步较晚，目前VR技术与教育相结合的项目并不多见，大多数技术公司仍处于观望状态，但这并不能否认VR技术今后在教育领域的广阔前景。国外如Google、zspace等众多科技公司已经陆续着手开始进军相关领域，并推出了概念性的相关教育产品。基于目前VR技术的发展状况，其在教育中的应用大致可分为以下几个方面。

1.1 在线虚拟课堂

目前，国内一些科技公司已经开始尝试开发推广适合中小学的虚拟课堂产品。但线下虚拟课堂的建设由于其对设备要求较高，教育受众群体数量较小致使课程建设成本过高，推广受限。而在“互联网+教育”模式下将其开发为以学校、企业现有的计算机室，学习者私人电脑以及移动终端为支持的大范围的在线虚拟课堂，在降低建设成本也因扩大使用群体数量降低了个体学习成本。并且相对于传统的网络在线教育，引入VR技术后的在线虚拟课堂教育模式将更加立体直观，学生通过桌面式的多媒体设备以及配合移动终端的体验式设备建立起的虚拟课堂，在教师的引导下可以更直观的对所学知识进行理解掌握。将传统的平面在线授课模式，转变为立体的体验式教学模式。甚至可以通过虚拟技术建立同学之间或者师生之间可以在一个虚拟的现实空间中，进行虚拟人之间的面对面的情感交流的虚拟学习场景（Virtual Learning Environment）。如在讲解世界地理时学生可随教师的讲解对各种地形地貌有身临其境般的了解。在工程类专业教学中，学生可以通过VR技术将自己的图纸转化为虚拟的实体建筑，并通过辅助系统对其开展相应实验。在医学相关课程的学习中，学生可以通过体验式教学，以第一视角参与体验整个治疗过程，获得最直观可靠的操作经验。同时，为了弥补网络教学无法进行实训教学的短板，对于科研、理工及职业教育类的虚拟课程，还应建立相配套的虚拟实验室。

1.2 虚拟实验室

虽然国内目前的虚拟课堂建设还处于摸索阶段，但中国科技大学、清华大学、北京航空航天大学、华中科技大学、上海交通大学等高等学府已在校内建立了VR技术实验室[3]，根据其功能大致可分为两大类，一类是从事VR的科学研究和技术开发，另一类是模拟实体的实验室条件从事基础的实验教学工作的虚拟仿真实验室，这两类都为国内其他高校在虚拟实验室的开发与应用指明了方向，起到了示范的作用。相对于前者从事实验教学的虚拟仿真实验室在未来在线教育的教学过程中将起到至关重要的作用，会取代传统的视频演示，实操演示等让学生以第一视角自行操作，由系统为学生提供一对一的教学指导，并且还将节约大量的实验器材和实验经费，同时避免了一些具有危险性的物理化学实验。而在此类虚拟实验室的建设上还可以采用权威团队建设，全国高校团体付费共享模式运营，即可为网络在线课程提供实验实训条件，真正实现讲训结合的全方位教学；又可有效缓解高校教学中因实验条件有限，基础实验课程学生数量较多而引起的实训条件人均占有量较低，实训资源紧张的问题；并且在实际实验教学过程中结合翻转课堂教学模式让学生真正达到将理论知识与实际应用相结合的学习目标。

1.3 职业技术类在线教育训练

早期的VR技术大多应用于军事训练、空间探索等具有高危险性、同时投入成本较高的领域，因安全可靠的技术支持以及相对较低的建设成本使巨大的商业价值和使用价值得到了社会的广泛认可。目前，在国内外医学教学、汽车驾驶以及电器维修等需要培养各种操作技能的领域，均开始相关虚拟模拟训练体系的开发与研制。学习者可以通过辅助设备从虚拟训练体系中接受到模拟训练体系提供的高仿真实的模拟训练情景，系统可以根据学习者的相关数据反馈，来校正学习者的错误，跟踪学习者的学习过程等功能。学习者通过前期的在线训练系统的培训，结合最后的实务操作，不但可以降低培训过程中的危险性，还可以大大缩短相关培训的周期，未来可应用于如驾驶交通工具、机械及仪器设备的维护与使用等诸多职业技术类培训项目，并开展大规模培训等级考试，可为非高校类社会学习者提供更多的学习机会。

1.4 数字化虚拟校园

近年来，国内外许多高校制作自身校园的VR全景样片来吸引考生报考，取得了非常好的反馈。通过全景视角，学生可以通过沉浸式第一视角自行浏览校园中的各处建筑及景观，取得了非常好的效果。而随着我国移动互联5G技术的普及与应用，未来的数字化虚拟校园不仅要在视觉上建立完整的校园景象，还要借助相关数字化技术手段建立起功能性完整的互联网虚拟校园，例如学习者可以通过虚拟的图书馆查阅文献，在虚拟校园选修自己喜欢的课程，在虚拟教室中与教师和同学互动交流，并且将虚拟校园与实体高校相结合，学生在虚拟校园修满相应学分后还可获得社会承认的学历证书，这也是未来VR技术与高校教育结合的发展方向之一，在体系上目前的网络在线课程已经具有一定雏形，无论是在校生还是社会人员均可通过网络及辅助设备通过数字化虚拟校园享受高校提供的各种资源，真正将高校的学术资源最大化的服务于社会，真正实现全民教育及终身教育。

1.5 高精尖产品的虚拟使用说明书

无论是虚拟仿真实验室的建设还是在在线虚拟职业技术培训过程中，大多的开发团队都面临过一个较为窘迫的情况，作为项目的开发团队大多只能提供虚拟显示技术的相关技术支持，作为使用者和推广者的高校和有关机构在向其支付大量的研发资金外，还需要为其提供相应的技术数据和建设标准，而项目的使用者并不是许多仪器设备的实体开发者，无法提供详细的技术数据。同时，虚拟实验室的仪器设备也要随着实体仪器设备不断的更新升级。而作为设备开发推广的第三方公司是不会将这些机密数据泄露给其他企业的。这种情况导致在虚拟实验室的开发过程中许多设备无法开发或者效果失真。

而由实体产品企业直接与开发团队合作，通过VR技术为企业开发出相关的体验式产品说明书就可以很好地解决这一矛盾。作为仪器研发销售企业在销售实体产品的同时，有偿的提供虚拟使用说明书方便进行大规模培训，不但可以回收研发成本，还可以扩大产品的销售渠道和提高用户体验，增加掌握产品的操作使用者数量，开发潜在客户。对于高校和其他培训机构，不但可以降低自己对于产品研发经费的支出，缩短产品的研发周期，提高虚拟产品的更新效率，还能够为终端的学习者和使用者提供最为真实可靠的体验效果。这也将是未来VR技术在在线教育方面最为可靠的技术支撑。并且随着相关科学技术的发展，这种体验式的虚拟使用说明书也将逐渐从高精尖产品转向大众化产品，例如现在已经逐渐开始应用的VR购物模式。

2 结束语

从早期仅应用于军方的战争模拟系统，到如今VR技术在航空航天、医疗、建筑、体育、影视、娱乐等众多领域，虚拟购物、虚拟战场、虚拟旅游探险、虚拟城市、甚至“数字化虚拟地球”等[4]众多全新体验都在不断地发展完善。尽管人们目前对其未来的发展与应用前景仍存在各种争议，但相信随着计算机硬件软件技术的发展，以及互联网传输速度的不断提升，虚拟技术将会越来越显示出广阔的应用前景，而VR技术结合教育的全新模式，无疑将对教育事业的发展带来深远的影响。