作者：徐輝 馬秀峰 單位：曲阜師范大學信息技術與傳播學院

虛擬現實提出于上個世紀60年代,但只是在近10年來隨著計算機技術的快速發展,才在越來越多的領域得以推廣應用.目前在發達國家中,虛擬現實技術在教育領域已得到廣泛的應用.美國國立醫學圖書館(NLM),德國的漢諾威大學,西班牙大學,新加坡國立大學等相繼建立虛擬實驗室.1995年,在Internet上就已經出現了“虛擬青蛙解剖”的虛擬試驗.我國虛擬現實技術在教育領域的應用主要側重在科學研究、虛擬試驗的開發以及虛擬校園的開發方面.與一些發達國家相比,我國虛擬現實教育應用的規模還有一定的差距,但是已經引起政府有關部門和科學家的高度重視.九五計劃、國家自然科學基金會、國家高技術發展計劃等都把虛擬現實技術列入了研究項目.

1虛擬現實技術概述

關于虛擬現實技術目前較為普遍的定義如下:虛擬現實是指借助一系列交互設備構造的用以體驗或感知虛擬境界的一種計算機軟硬件環境,用戶使用這些高級設備以自然的技能向計算機發送各種指令,并得到環境對用戶視覺、聽覺、觸覺等多種感覺信息的實時反饋.伯第亞在《虛擬現實系統和它的應用》一文中提出“虛擬現實三角形”來說明虛擬現實的特征,指出了虛擬現實技術的三個要素,也就是它特征的三個方面:沉浸、交互、構想.沉浸是從用戶的角度說,用戶有種身臨其境的感覺;交互是從人和機器的交流來說,虛擬現實技術有很強的交互性;構想是指它能使用戶感知新的知識和體驗新的發現.虛擬現實技術應用廣泛,它在教育領域的應用更是發展迅速,筆者認為虛擬現實技術的教育應用的內涵是:虛擬現實技術使學習主體參與知識的建構、信息的加工、情境的構造,并且最優化了教育教學的環境和手段,同時提供了多元化的認知工具,促進了學習主體的學習.

2虛擬現實技術教育應用的優勢

2.1虛擬現實技術的三大特征在教育領域應用中體現出了優勢沉浸和實時交互性是虛擬現實的實質性特征,這種交互性,要比文字,模型或效果圖更形象、完整和生動.虛擬現實技術在教學中的應用是教育技術發展的一個飛躍,它營造了特殊的自主學習環境,由傳統的“以教促學”的學習方式代之為學習者通過與信息環境的交互以獲取知識、技能的學習方式.虛擬學習環境為學生提供廣泛的科目領域里的無限的虛擬體驗.學習知識的過程變化多端,親身的體驗使學生印象深刻,主動地交互增加了學生的興趣.虛擬現實的三大特征使學生能動性提高,容易投入到學習環境中去,并且培養了學生自主探索問題的能力和創新能力.

2.2虛擬現實技術的應用有利于促進學習主體心理上的愉悅和放松基于虛擬現實技術的數字虛擬藝術帶來了學習主體在心理體驗上的泛化,帶來了學習主體的心理上的愉悅和自我滿足,增加了學生學習的信心和動力.在一些虛擬系統,如虛擬校園,虛擬世界以及一些虛擬游戲中,基于它們的數字虛擬藝術帶給學習主體的體驗已經擴張到人類所有精神領域和意識領域,甚至是單純的學習主體的自我發泄體驗.這對學習主體是一種精神壓力的釋放.這種體驗不強求深層的精神愉悅和靈魂凈化,它不再追求傳統的意境悠遠和耐人尋味,而是關注當下身體的快活反應.

2.3虛擬現實技術使得學習者能自我感知對知識的構建與虛擬環境的零距離的接觸使得學習者能以第一人稱的方式參與知識的建構,通過它我們能感知知識的建構.馬克•波斯特說:“在電子媒介的交流中,主體如今是在漂浮著,懸置于客體的種種不同位置之間,不同的構型使主體隨著偶然情境的不定而相應地被一再地重新構建”.虛擬現實教育應用的最重要的一點就是提供給教育領域一面鏡子來觀察和分析我們如何感知和建構知識.

2.4虛擬現實技術可以虛擬現實中存在或者不存在的環境和角色,物體等虛擬現實技術的教育應用發展了課堂教學,彌補了教學中的不足.這一點的明顯應用就是虛擬試驗,對于那些對條件要求高,在現實中做不了的實驗,或者是危險性高的試驗,就可以采用虛擬實驗的方式.同時虛擬試驗擁有傳統試驗難以比擬的優勢———節省成本.

3虛擬現實技術在教育應用中存在的問題

3.1技術上的問題技術上的問題主要有:虛擬現實技術的軟件開發環境和語言上沒有統一的標準,三維建模軟件使用十分復雜并且它們對運行的計算機的性能要求也是很高.同時,在IE上瀏覽3D文件,依然需要插件的支持,VRML文件體積太大,不適合國內的網絡現狀.

3.2虛擬現實系統設計以及應用的問題

3.2.1系統中導航設計的問題當用戶在使用虛擬現實技術開發的教育軟件的時候,往往很難想去哪里就去哪里,很容易迷失方向,不知道怎樣到達一個特定的位置或角度.既然這種教育環境面對的是大多數普通用戶,那么運動和認知空間就應該設置得比較簡單,雖然虛擬環境可以給用戶提供身臨其境的感覺,但是一些教育虛擬環境通過交互界面給用戶提供的選擇很難被理解和使用.

3.2.2系統功能單一的問題以目前高校開發的大部分的虛擬校園為例,由于缺乏較全面的考慮,大膽的嘗試.它的實際用途還是比較單一.虛擬校園的實際功能以瀏覽為主,但是隨著網絡教育的迅猛發展,人們已經不再滿足于對校園環境的瀏覽,基于教務、教學和校園生活的三維可視化虛擬校園呼之欲出.人們需要一個完整的、能互動的、富有情節化的虛擬校園.

3.2.3使用者應用教育軟件的能力問題在虛擬教育環境中教師角色應該從知識的解答者向學習伙伴或指導者轉變,而這一轉變有的教師意識不到,從而影響到虛擬現實技術的應用.同時鑒于教師本身的素質,使用這些教育軟件也存在困難.從學生的角度看,身在這種虛擬環境中的學生,他們的學習方式需要改變,思考問題的思維也需要改變,但是很多學生沒找到適合這種環境的學習方式和思維方式,造成了學生跟不上教師講解的問題.

3.2.4在教育教學中濫用甚至是泛用虛擬現實技術的問題眾所周知,目前要應用虛擬現實技術開發一套教育軟件需要耗費大量的人力、物力、財力.尤其對一些普通的中小學來說,這是一筆相當大的開銷.那么這就意味著不可能所有的課程都有必要去應用虛擬現實技術開發課件.同時,由于有些課程的學習更多的是側重于對知識的識記,也就是說適合教師講授型的教學方法,那么這樣的課程就沒有必要去尋求教育軟件的輔助.

3.3學習主體的認知機制上的問題一個教育軟件產品的娛樂性大于它的教育性的時候就會對學習主體產生許多負面的影響.當學習主體沉浸在一個高分辨率,全景式的虛擬空間中時,學習主體要想保持與虛擬環境的距離,就變得十分困難.學習主體和虛擬環境的虛擬共存,與虛擬環境的距離感覺消失.沒有了距離,在虛擬“存在”范圍內,人的認知機制受到了影響,并導致了不可低估的認知問題的出現.因為當一個人長期沉浸在一個虛擬的環境中時,他再回到現實中,必然會導致他有種“落差”感覺.這種感覺有時帶給人的心理的沖擊時不可估量的,有的甚至是危險的,會導致犯罪的出現,尤其是一些帶有不良內容和暴力情節的虛擬游戲或作品.因此應該加強對虛擬現實技術應用的立法研究,盡早立法.