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

　　一、 虛擬現(xiàn)實(shí)的介紹

　　1、 虛擬現(xiàn)實(shí)的定義

　　虛擬現(xiàn)實(shí)（簡(jiǎn)稱 VR）是近年來(lái)出現(xiàn)的高新技術(shù)，也稱人工環(huán)境。虛擬現(xiàn)實(shí)是利用電腦模

　　擬產(chǎn)生一個(gè)三維空間的虛擬世界，提供使用者關(guān)于視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等感官的模擬，讓使用

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

　　2、 虛擬現(xiàn)實(shí)的基本特征

　　（1）浸沒(méi)性

　　浸沒(méi)性是指用戶感到作為主角存在與模擬環(huán)境中的真實(shí)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(tīng)，動(dòng)上去感覺(jué)都是真

　　的，如同在現(xiàn)實(shí)世界中的感覺(jué)。

　　（2）交互性

　　用戶對(duì)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(shí)手有握著東西的感覺(jué)，并可以感覺(jué)物體繁榮重量，視

　　野中被抓的物體也能立刻隨著手的移動(dòng)而移動(dòng)。

　　（3）構(gòu)想性

　　強(qiáng)調(diào)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有廣闊的可想象空間，可拓展人類認(rèn)知范圍，不僅可再現(xiàn)真實(shí)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(shí)的類型

　　（1）沉浸式 VR 系統(tǒng)

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

　　（2）增強(qiáng)式 VR 系統(tǒng)

　　它是把真實(shí)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(shí)的世界，同時(shí)也可以看到疊加在真實(shí)世界的虛擬對(duì)象，這種系統(tǒng)既可減少對(duì)構(gòu)成復(fù)雜真實(shí)環(huán)境的計(jì)算，又可對(duì)實(shí)際物體進(jìn)行操作，真正達(dá)到亦真亦幻的境界。

　　（3）桌面層次 VR 系統(tǒng)

　　亦稱為簡(jiǎn)易型虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，它是利用計(jì)算機(jī)創(chuàng)建虛擬環(huán)境，將計(jì)算機(jī)屏幕作為用戶觀察虛擬境界的一個(gè)窗口，使用者通過(guò)鍵盤(pán)、鼠標(biāo)便可與虛擬環(huán)境進(jìn)行交互。

　　二、 虛擬現(xiàn)實(shí)與教育的結(jié)合

　　1、 虛擬現(xiàn)實(shí)與教育理論的結(jié)合

　　從教育的發(fā)展過(guò)程看，任何一種新技術(shù)、新媒體的出現(xiàn)，都會(huì)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(jì)算機(jī)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(wú)疑問(wèn)，虛擬現(xiàn)實(shí)與教育相結(jié)合，也一定會(huì)在教育領(lǐng)域中產(chǎn)生質(zhì)和量的飛躍。

　　（1）認(rèn)知理論

　　認(rèn)知主義學(xué)習(xí)論對(duì)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(guò)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(guò)程。與此相對(duì)應(yīng)，認(rèn)知主義的教學(xué)觀念是：為學(xué)生提供一種對(duì)自身進(jìn)行認(rèn)知加工的特定情境和特殊過(guò)程，從而在促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的形成過(guò)程中推動(dòng)學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展。虛擬現(xiàn)實(shí)與教育相結(jié)合，必須從學(xué)生的認(rèn)知心理出發(fā)，注重學(xué)生的具體經(jīng)驗(yàn)和對(duì)情境的理解，使得學(xué)習(xí)者的新舊知識(shí)之間的同化順利完成，建構(gòu)起自己的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，促進(jìn)認(rèn)知發(fā)展。

　　（2）建構(gòu)理論

　　建構(gòu)主義理論認(rèn)為，知識(shí)不是通過(guò)教師傳授得到，而是學(xué)習(xí)者在一定的情景即社會(huì)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(guò)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(huì)文化背景下，借助其他人的幫助即通過(guò)人際間的活動(dòng)而實(shí)現(xiàn)的意義建構(gòu)過(guò)程，故建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為“情境”、“協(xié)做”、“會(huì)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(shí)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(jìn)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(dāng)前所學(xué)知識(shí)的意義。事實(shí)證明，虛擬現(xiàn)實(shí)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(rèn)為，知識(shí)的建構(gòu)來(lái)自于個(gè)人體驗(yàn)。VR 的沉浸性去除了參與者與計(jì)算機(jī)之間的界限，為個(gè)人了解世界創(chuàng)設(shè)了一種體驗(yàn)，有助于材料的學(xué)習(xí)。VR 為學(xué)生進(jìn)行非符號(hào)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(hào)系統(tǒng)的學(xué)科時(shí)失敗。

　　（3）模擬情境

　　虛擬現(xiàn)實(shí)與教育相結(jié)合，主要是物理模擬，即通過(guò)設(shè)計(jì)與原型（自然現(xiàn)象或過(guò)程）相似的模型，并利用該模型來(lái)間接地研究原型規(guī)律：模擬那些尚無(wú)簡(jiǎn)單有效的儀器可以演示的實(shí)驗(yàn)：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(guò)程，等等。

　　虛擬現(xiàn)實(shí)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(shí)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(lái)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(shí)對(duì)教育的影響

　　（1）對(duì)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(dòng)接受知識(shí)，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(shí)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(duì)教學(xué)手段的影響

　　互動(dòng)啟發(fā)式教學(xué)。通過(guò)身臨其境的、自主控制的人機(jī)交互，由視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)獲取，提供生動(dòng)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(shí)點(diǎn)。學(xué)生從思維，情感和行為多面的參與教學(xué)活動(dòng)。

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

　　（3）對(duì)教學(xué)實(shí)驗(yàn)的影響

　　實(shí)驗(yàn)是多數(shù)教學(xué)活動(dòng)必不可少的一部分。彌補(bǔ)教學(xué)設(shè)備的不足。在遠(yuǎn)程教學(xué)實(shí)驗(yàn)中，往往因?yàn)閷?shí)驗(yàn)設(shè)備，產(chǎn)地，經(jīng)費(fèi)等方面的原因，使一些教學(xué)實(shí)驗(yàn)無(wú)法進(jìn)行。虛擬現(xiàn)實(shí)可以彌補(bǔ)這點(diǎn)不足，學(xué)生足不出戶便可實(shí)驗(yàn)，獲得真實(shí)的體會(huì)，從而豐富了感性認(rèn)識(shí)。

　　避免真實(shí)試驗(yàn)或操作所帶來(lái)的各種危險(xiǎn)。

　　（4）對(duì)學(xué)習(xí)方式的影響

　　虛擬現(xiàn)實(shí)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(gè)人性化的學(xué)習(xí)環(huán)境，使遠(yuǎn)程教育的氣氛更加活躍、自然、親切。例如：英語(yǔ)學(xué)習(xí)，讓學(xué)生與人交談，達(dá)到訓(xùn)練學(xué)生口語(yǔ)的目的。

　　（5）對(duì)角色的影響

　　虛擬現(xiàn)實(shí)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(gè)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(shí)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(shí)運(yùn)用于教學(xué)的主要戰(zhàn)場(chǎng)。根據(jù)不同的學(xué)科，虛擬現(xiàn)實(shí)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(yíng)造與構(gòu)建，虛擬場(chǎng)景的構(gòu)造等。

　　（1）立體物體的展示

　　通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)，我們可以構(gòu)建一個(gè)與實(shí)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(gè)重點(diǎn)同時(shí)也是一個(gè)難點(diǎn)。這時(shí)我們?nèi)绻?VRML 語(yǔ)言畫(huà)出題目中的這幾條線，然后讓學(xué)生在各個(gè)視覺(jué)去觀察，一則省卻了實(shí)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(shí)來(lái)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(shí)世界中存在的或者根據(jù)歷史資料在歷史中曾經(jīng)真實(shí)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(jìn)入這些空間，在以往教學(xué)中，可能只能夠通過(guò)教師的描繪來(lái)激發(fā)學(xué)生的想象，在學(xué)生的頭腦中創(chuàng)建出這個(gè)虛擬的空間來(lái)。使用虛擬現(xiàn)實(shí)，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(jiàn)、聽(tīng)得見(jiàn)，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(yuǎn)古外國(guó)文明介紹給學(xué)生，使他們進(jìn)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(jìn)入這個(gè)完全虛擬的世界，學(xué)生會(huì)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(yǔ)或英語(yǔ)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(duì)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(huà)藝術(shù)品，體會(huì)當(dāng)時(shí)的人文環(huán)境，觀察古羅馬的各種建筑特點(diǎn)，比較對(duì)此后的文化復(fù)興的影響，觀察住宅的建造格，而且從各個(gè)方位去看都是那么的美麗、勻稱。

　　2、 科學(xué)實(shí)驗(yàn)

　　一般學(xué)校現(xiàn)有的條件下，有許多實(shí)驗(yàn)是根本不可能做的，如核反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，還有些實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)條件與實(shí)驗(yàn)效果之間的矛盾。在教學(xué)中，許多昂貴的實(shí)驗(yàn)、培訓(xùn)器材，由于受價(jià)格的限制而無(wú)法普及。如果利用 VR 技術(shù)，在多媒體計(jì)算機(jī)上建立虛擬實(shí)驗(yàn)室，學(xué)習(xí)者便可以走進(jìn)這個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)室，身臨其境般的操作虛擬儀器，操作結(jié)果可以通過(guò)儀表顯示身體的感受反饋給學(xué)生，來(lái)判斷操作是否正確。這種實(shí)驗(yàn)既不消耗器材，也不受場(chǎng)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(shí)驗(yàn)室的一大優(yōu)點(diǎn)還在于其絕對(duì)的安全性，不會(huì)因操作失誤而造成人身事故。

　　四、 虛擬現(xiàn)實(shí)在教育中存在不足

　　（1）彌補(bǔ)遠(yuǎn)程教學(xué)條件的不足。在遠(yuǎn)程教學(xué)中，往往會(huì)因?yàn)閷?shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地、教學(xué)經(jīng)費(fèi)等方面的原因，而使一些應(yīng)該開(kāi)設(shè)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)無(wú)法進(jìn)行。利用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，可以彌補(bǔ)這些方面的不足，學(xué)生足不出戶便可以做各種各樣的實(shí)驗(yàn)，獲得與真實(shí)實(shí)驗(yàn)一樣的體會(huì)，從而豐富感性認(rèn)識(shí)，加深對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解。（2）避免真實(shí)實(shí)驗(yàn)或操作所帶來(lái)的各種危險(xiǎn)。以往對(duì)于危險(xiǎn)的或?qū)θ梭w健康有危害的實(shí)驗(yàn)，一般采用電視錄像的方式來(lái)取代實(shí)驗(yàn)，學(xué)生無(wú)法直接參與實(shí)驗(yàn)，獲得感性認(rèn)識(shí)。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)，則可以免除這種顧慮。學(xué)生在虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，可以放心地去做各種危險(xiǎn)的或危害人體的實(shí)驗(yàn)。例如，虛擬的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，可以避免化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的燃燒、爆炸所帶來(lái)的危險(xiǎn)；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(jī)駕駛教學(xué)系統(tǒng)，可免除學(xué)員操作失誤而造成飛機(jī)墜毀的嚴(yán)重事故。

　　（3）徹底打破空間、時(shí)間的限制。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以使學(xué)生進(jìn)入到大至宇宙天體，小至原子粒子的內(nèi)部進(jìn)行觀察，甚至進(jìn)行交互。這是電視錄像媒體所無(wú)法比擬的。虛擬技術(shù)還可以突破時(shí)間的限制，一些需要幾十年甚至上百年才能觀察的變化過(guò)程，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以在很短的時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)給學(xué)生觀察。例如，生物中的孟德?tīng)栠z傳定律，用果蠅做實(shí)驗(yàn)往往要幾個(gè)月的時(shí)間，而虛擬技術(shù)在一堂課內(nèi)就可以實(shí)現(xiàn)。

　　（4）可以虛擬人物形象。虛擬現(xiàn)實(shí)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(gè)人性化的學(xué)習(xí)環(huán)境，使遠(yuǎn)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(yuǎn)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(wèn)題，進(jìn)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(jìn)人物一起座談、交流，通過(guò)先進(jìn)人物的言行來(lái)感化學(xué)生，從而達(dá)到思想品德教育的目的。在外語(yǔ)教學(xué)中，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)虛擬學(xué)生到國(guó)外旅游的情境，讓學(xué)生與人交談，達(dá)到訓(xùn)練學(xué)生口語(yǔ)的目的。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠?yàn)閷W(xué)生提供生動(dòng)、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(gè)角色，這對(duì)調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，突破教學(xué)的重點(diǎn)、難點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生的技能都將起到積極的作用。

　　五、 虛擬現(xiàn)實(shí)在教育中的未來(lái)展望

　　教育專家指出：嶄新的技術(shù)，會(huì)帶給我們嶄新的教育思維，解決了我們以前無(wú)法解決的問(wèn)題，將給我們的教育帶來(lái)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(shuō)教更具說(shuō)服力。主動(dòng)地去交互與被動(dòng)的觀看，有質(zhì)的差別。在教育技術(shù)領(lǐng)域，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在科技研究、虛擬仿真校園，虛擬教學(xué)、虛擬實(shí)驗(yàn)，教育娛樂(lè)等方面的應(yīng)用更為廣泛性