使用VR技术为现代教育带来创新

虚拟现实技术作为新的教学媒体的出现无疑将对教学产生深远的影响。它是继多媒体、计算机网络之后,在教育领域内最具有应用前景的技术。近年来,随着计算机技术、心理学、教育学等多种学科的相互结合、促进和发展,此系统可以提供更加协调的人机对话方式,有效地促进了学生的学习。

教育是一个传授知识的过程,学生通过亲身经历可以加快对知识的理解,虚拟现实技术正是为体现这一优势而走进教学的。通过虚拟现实系统,学生可以游览海底、遨游太空、观摩历史城堡,甚至深入原子内部观察电子的运动轨迹和体验爱因斯坦的相对论世界,由于场景更加逼真,激发了学生的学习兴趣,使他们能够更主动地获取知识。虚拟现实在广泛的科目领域提供无限的虚拟体验,从而加速和巩固学生学习知识的过程,它在教育中主要应用于以下几个方面。

1.虚拟课堂

虚拟课堂是指运用分布式虚拟现实技术构造的一个虚拟真实的教学环境,分布在各个不同地方的学生可以通过网络参与到虚拟课堂中。虚拟教室模拟了真实多媒体教室的整个场景,是师生共同活动的一个空间,在这里可以完成教学、答疑等各种教学活动。借助网络通信技术,视音频采集、处理技术以及交互代理等技术,参与到课堂的各个对象可以看到彼此,学生可以看到教师的板书,听到他的讲解。教师也能看到学生的表情和动作,可以听到学生的提问,并随时解答。这种教学方式可以增强师生之间的实时互动,激发学生的学习兴趣,提高教学效率。

2.虚拟实验室

利用虚拟现实技术建立的各种虚拟实验室已经广泛应用于理工科的教学实验中。在虚拟物理实验室里,学生可以做光学、重力、惯性等实验。在虚拟的化学实验室里,学生可以利用各种化学药品和天平、砝码、温度计等工具做各种不同的化学反应,观察燃烧、爆炸等反应现象。在虚拟的地理实验室里,学生可以做地震波传播、火山喷发等实验。在虚拟的生物实验里,学生可以做各种解剖实验。

虚拟现实的交互性、临场性和多感知性使学生能够在虚拟的学习环境中扮演一个角色,从而可以全身心地投入到学习环境中去,这非常有利于学生的技能训练。并且这些虚拟的训练系统无任何危险,学生可以不厌其烦地反复练习,直至掌握操作技能为止。

清华大学“工程力学虚拟实验室”是一个场景逼真的模拟实验教学软件。它参考了众多的工程实验资料,根据控制理论原理和实际实验所得数据对力学实验进行模拟,界面逼真,交互性强,内容丰富,不仅可以配合教师作为实验前的预习教学,具有良好的人机交互界面,也可供学生课余时间的练习使用,网址是：http：//218.7.49.85/eol/homepage/qqhru/courseware/081701/u/87/index.htm。

3.虚拟校园

天津大学在1996年最早开发了虚拟校园,让学生领略到近代史上久负盛名的大学概况。到现在,人们已经不仅仅满足于校园环境的欣赏,而是要体验其中全方位的教育,形成一个完整的虚拟校园体系。(www.xing528.com)

虚拟校园系统可以让学生不出门就浏览到某校园的全部,从教学到教务,再到丰富的校园生活都可一目了然。这样大大方便了学生对学校的了解,而且也为不在校学习的特殊学生提供了学习机会。现在许多高校都开发了虚拟校园,如北京航空航天大学、西南交通大学、上海交通大学、中国人民大学等。

4.虚拟图书馆

虚拟图书馆是用虚拟现实技术构建的提供相关信息的场所,虚拟图书馆不仅仅提供诸如文本、视频、声频等信息资源,而且更提供与众不同的身临其境的情境资源。在学习历史知识时,学生可以通过虚拟图书馆进入不同朝代的虚拟世界,实时观察或实际参与当时的历史事件,从而亲身感受和了解不同朝代的实际情况。在学习生物知识时,学生可以通过虚拟图书馆穿行在人体的内部组织和器官之间,加快知识的获取。

清华大学就推出了虚拟图书馆服务,网址是http：//www.1ib.tsinghua.edu.cn/chinese/virtual/index.html。

虚拟现实技术能够为学生提供生动、逼真的学习环境,学生能够成为虚拟环境的一名参与者,在虚拟环境中扮演一个角色,这对调动学生的学习积极性、培养学生的技能都将起到积极的作用。虚拟现实技术在教学中的主要作用体现在以下方面。

(1)弥补教学条件的不足。在传统教学中往往会因为实验设备、实验场地、教学经费等方面的原因,而使一些应该开设的教学实验无法进行。利用虚拟现实系统可以弥补这些方面的不足,学生在虚拟实验室中可以做各种各样的实验,获得与真实实验一样的体会,从而丰富感性认识,加深对教学内容的理解。

(2)避免真实实验所带来的各种危险。在传统教学中对于危险的或对人体健康有危害的实验,一股采用电视录像的方式来取代实验,学生无法直接参与实验,获得感性认识。利用虚拟现实技术进行虚拟实验可以免除这种顾虑。学生在虚拟实验环境中可以放心地去做各种危险的或危害人体的实验。例如,虚拟的化学实验可以避免化学反应所产生的燃烧、爆炸所带来的危险；虚拟的外科手术可避免由于学生操作失误而造成“病人”死亡的医疗事故；虚拟的飞机驾驶教学系统可免除学员操作失误而造成飞机坠毁的严重事故。

(3)打破空间、时间的限制。利用虚拟现实技术,可以彻底打破空间的限制。大到宇宙天体,小至原子粒子,学生都可以进入这些物体的内部进行观察。例如学生可以进入虚拟发电厂内,考察发电机的每个部件的工作情况以及每个部件之间的相互联系,了解整个发电过程,这是电视录像媒体和实物媒体无法比拟的。虚拟技术还可以突破时间的限制,一些需要几十年甚至上百年才能观察的变化过程通过虚拟现实技术,可以在很短的时间内呈现给学生观察。例如,生物中的孟德尔遗传定律,用果蝇做实验往往要几个月的时间,而虚拟技术在一堂课内就可以实现。

(4)虚拟人物形象。虚拟现实系统可以虚拟历史人物、伟人、名人、教师、学生等各种人物形象,创设一个人性化的学习环境,使学生能够在自然、亲切的气氛中进行学习。例如,在虚拟课堂中,远程学生可以与虚拟的教师、学生一起交流、讨论,共同探讨学习中的各种问题,进行协作化学习。再如,在思想品德课教学中,学生可以与虚拟的先进人物如雷锋、孔繁森同志一起座谈、交流,通过先进人物的言行来感化学生,从而达到思想品德教育的目的。再如,在外语教学中,可以通过计算机虚拟学生到国外旅游的情境,让学生与人交谈,达到训练学生口语的目的。