虛擬現實技術在教育的應用

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【內容摘要】新冠肺炎疫情深刻影響和改變了我國的教育工作，在數字化時代，虛擬現實技術在教育中日漸廣泛與深入地應用將成為新常態。本文列舉了新冠肺炎疫情對我國教育工作的影響，指出了疫情防控常態化背景下虛擬現實技術在教育中的應用及成效，并分析了其局限性，以期為我國教育智能化發展提供一定的參考。

【關鍵詞】新冠肺炎疫情；虛擬化技術；教育數字化；新媒體應用

一、新冠肺炎疫情對教育領域的影響

新冠肺炎疫情給全人類帶來了眾多挑戰，尤其是在教育領域。根據聯合國兒童基金會的統計數據顯示，來自全球186個國家約98.5%學生的學習受到疫情隔離的影響。在線學習被認為是在新冠肺炎大流行帶來的不利條件下實現教育目標的主要替代方案。聯合國教科文組織為調整遠程學習方法和在線學習計劃提供了建議。①在中國，針對新冠肺炎對中小學和大學正常開學和課堂教學造成的影響，教育部聯合其他部門相繼出臺了《關于中小學延期開學期間“停課不停學”有關工作安排的通知》《關于在疫情防控期間做好普通高等學校在線教學組織與管理工作的指導意見》等文件，指導我國中小學和普通高校的線上學習工作，提出要面向全國高校免費開放全部優質在線課程和虛擬仿真實驗教學資源。2020年2月2日，教育部于疫情第一時間組織了22個在線課程平臺免費開放在線課程2.4萬余門，覆蓋了本科12個學科門類、專科高職18個專業大類。②盡管疫情期間線上教育課程火爆，但也暴露出一些弊端，主要表現在因為缺乏監督，自制力差的學生容易養成不好的學習習慣。如注意力不集中，拿到平板電腦沉迷于電子游戲，造成互聯網濫用；還由于缺乏面對面的教學，學生只能機械地面對電子設備進行單一的接受式教育，缺乏互動導致學習效率低下等。一項針對新冠肺炎對教育的影響調查表明：學生更喜歡面對面的課程，并且在線教學導致動機、自我效能和認知參與度的下降。③從全球和我國教育領域來看，新冠肺炎疫情改變了教育發展常態，大規模線上教學遷移對教育系統提出新的挑戰，倒逼教育向開放化、共享化和智能化轉型加快發展。這對教育資源、教育技術和設備、教育管理等方面都提出了更高的要求。在此背景下，虛擬現實技術與教育的融合為解決線上教育存在的弊端提供了新思路。

二、虛擬現實技術與教育領域的融合

虛擬現實技術（VirtualReality，簡稱VR），又稱靈境技術，是21世紀發展起來的一項全新的實用技術，主要是通過計算機模擬虛擬環境從而給人以環境沉浸感。作為多媒體技術的一大突破，VR所傳遞的信息不僅僅是簡單的圖形、聲音或者超文本，而是一系列實時生成的擬真聲像信息、觸覺和運動感知等，這些特性決定了虛擬現實技術最為突出的三個特點，即交互性、沉浸性和想象性。基于這些特點，參與者可實現與虛擬環境間的交互，從而相比較于傳統的平面交互有更多沉浸感，在體驗與真實世界相似感覺的同時，使參與者具有更多想象性，變被動學習為主動學習，將理性認知與感性認知深度融合。④虛擬現實技術因其能夠很好地還原和再現真實的世界，在我國教育領域中的應用主要集中在以下幾個方面：

（一）虛擬實驗室和訓練平臺——真實還原現場

虛擬現實技術最大的特點是通過模擬提供非常逼真的實驗室和訓練平臺，打破場地的限制。這項技術最早應用于美國一些大學的醫學教學中，中國的上海交通大學、復旦大學、清華大學等高校依照虛擬現實技術也在積極搭建自己的實驗室和訓練平臺，在豐富完善不同領域的教學任務的同時，有效降低了一些實驗的危險性和場地的局限性。如在機械專業的汽車駕駛和航空領域的模擬教學中，通過虛擬技術的應用，有效降低了實踐操作的危險性和意外。此外，虛擬現實技術平臺通過軟件和設備的重復利用，能夠有效降低教育經費的投入，實現教育資源的節約和高效利用。

（二）虛擬課堂——增加線上教學的互動性

由于虛擬現實技術的交互性和沉浸感，教師在實際教學中可以通過對課程的優化和學生的互動，如讓學生更多加入進來討論、針對一些難點課程用虛擬現實技術實現教學的優化，在教學過程中利用虛擬現實技術加入一些益智類游戲等，從而營造出比傳統教學更加形象化和生動化的教學環境，在增加學生參與感的同時達到提升教學質量的目的，為教育教學質量提供有效保障。⑤

（三）虛擬校園——實現校園生活、教學、教務的立體化

通過虛擬現實技術來實現校園生活、教學、教務的三維立體化，正在改變傳統的校園學習和生活模式。如公開化的虛擬教學可幫助更多社會人員、其他地方人員參與到學校教育中。此外，虛擬校園能給在校學生提供更多個性化、即時性的服務和反饋，豐富和完善學生的校園生活，還可以通過線上監考、辦公等內容為學校教務工作提供便利。

三、疫情防控常態化背景下虛擬現實技術在我國教育中的應用案例

（一）虛擬現實技術能夠有效彌補疫情期間中

小學教育的不足，但存在地區間的差異疫情期間，各地認真貫徹執行教育部《關于深入做好中小學“停課不停學”工作的通知》，主要采取各學校“錄播+線上答疑”形式、開通國家中小學網絡云平臺和中國教育電視臺空中課堂以及全國眾多在線教育機構免費向中小學生提供在線教育資源等形式，組織學生開展線上學習。這種新的教育形式有效減輕了疫情對我國中小學教育工作的影響，但由于線上教育存在的教學分離等不足及中小學生自制力差等問題，導致在學習效果、課外實踐、自然科普等方面存在一定的欠缺。針對這些問題，虛擬現實技術的應用凸顯出其在教育領域的重要價值。如在開學第一課中，湖北黃石一所小學的《開學第一課》利用VR技術進行了一場消防安全教育，通過運用VR虛擬現實技術、數字互聯網技術，讓孩子們在寓教于樂的游戲中學習并掌握消防安全知識，有效避免了疫情隔離對中小學生課外實踐的影響。國家圖書館、國家博物館等單位也通過線上虛擬技術的應用，來替代疫情前為中小學生開展的科普宣傳活動。在北京的一些中小學校園，通過虛擬現實技術的應用，克服了學生體育課場地的限制。科普教育、課堂互動和課外活動是疫情期間，虛擬現實技術在中小學教育的主要應用方向，但由于虛擬現實技術對設備、技術的要求較高，當前我國虛擬現實技術在中小學的應用主要集中在一線大城市和東部發達地區，教育資源的地區不平衡是限制虛擬現實技術在中小學教育中發揮作用的主要因素。

（二）普通高校對虛擬現實技術應用的需求增加，并成為虛擬現實技術應用的主力軍

大學教育，尤其是理工科、體育類專業，嚴重依賴試驗設施、場地和器械。為應對疫情的影響，高校對虛擬現實技術的需求快速增加，并由于自身具有的人才、技術和設備優勢，成為了我國教育領域虛擬現實技術應用的主力軍。主要表現在以下幾方面：一是高校虛擬仿真平臺和課程不斷增加。各大高校在“互聯網+教育”的號召下，建立虛擬仿真實驗室，探索把虛擬現實技術運用在教學上，如清華大學美術學院數字媒體藝術虛擬現實實驗室、國防科技大學虛擬風洞仿真實驗教學項目、華東交通大學軌道交通虛擬仿真實驗教學項目等。天津大學已經在大部分學院開展了虛擬仿真教學項目，其中包括20個市級建設項目和5個國家級項目；南京大學通過線上線下相結合的方式，疫情期間錄制《生物化學實驗》相關慕課，學生線上觀看實驗操作視頻，開學后再進行實驗操作，探索了實驗教學新模式；2020年同濟大學依托虛擬仿真實驗教學中心平臺和“實驗空間”部署了52項虛擬仿真實驗，平臺用戶達1.7萬人，虛擬仿真軟件學習達到5.6萬人次。二是虛擬仿真教育資源共享力度持續加大。疫情期間、教育部、各大高校、各大企業等密切合作，虛擬仿真校企合作的實驗平臺和共享力度不斷增加，基本遍布各個專業課程，包括國家虛擬仿真實驗教學項目共享平臺、高等學校機械工程學科虛擬仿真實驗教學共享平臺、江蘇省高等學校虛擬仿真實驗教學共享平臺等幾十家平臺。三是虛擬現實技術應用在高校教育、教學和教務管理的一些新領域繼續拓展。借助虛擬仿真技術的高速發展，疫情期間，各大高校積極創新發展模式，在課程拓展、教學服務與管理、求職工作和校園游覽等方面，實現了虛擬技術的拓展應用。如北京體育大學就借助某些運動手環，手機客戶端對運動強度和運動量進行監控，借助物聯網，區塊鏈等技術將學生的運動情況直接反饋至體育教師的客戶端(手機或者電腦)，讓體育教師可以充分掌握學生的學習、鍛煉情況，通過虛擬現實技術和視頻軟件進行教學互動，有效提升線上體育的教學效果。北京林業大學借助VR技術推出了“VR全景校園”“VR云上作品展”“VR線上招聘”等，為畢業生提供了更加豐富的體驗。整體上來看，普通高校由于自身具備的資源優勢，成為疫情防控常態化背景下我國虛擬現實技術應用的主力軍。

（三）職業教育對虛擬現實技術應用的需求更為迫切，但普及應用率較低

職業教育最主要的一項任務是通過實踐使學生掌握技能。受困于隔離，疫情對職業教育的影響相比其他教育領域更為嚴重。無論高職院校還是中職學校和培訓機構，首先要解決的問題是如何選擇和運用各種教學工具，從無到有構建和實施在線教學。經濟合作與發展組織指出，新冠疫情危機導致接受職業教育與培訓的學生實踐培訓機會減少，甚至難以完成必需的實踐訓練。受制于技術和設備的限制，我國大部分職業教育在疫情期間還是選擇傳統線上教學的方式，缺乏虛擬現實技術等新教學模式的應用。一項針對疫情期間線上教育對職業教育影響的研究表明：由于缺乏互動和實踐操作，大部分學生對線上教育的滿意度較低，約2/3的教育工作者表示，線上教育的方式導致他們在激勵和吸引學習者方面效率較低，也給教學評估等其他工作帶來了挑戰。⑥對此，經合組織提出在校本環境中有效提供實踐培訓的策略。該項策略包括順應數字化發展潮流，使用更多新技術如模擬器、虛擬現實（VR）和增強現實（AR）等進行培訓。經合組織認為，對此類創新技術的投資，不僅將使職業教育與培訓系統受益，而且從長遠來看，還有可能提高職業教育與培訓系統的復原力。由重慶電子工程職業學院牽頭，集結國內10個省、市的23所職業院校及多家頭部企業機構共同建設了《虛擬現實應用技術》專業教學資源庫，助力疫情期間停課不停學。一些網絡科技公司也通過新技術、新模式建設自己的職業教育虛擬仿真實訓基地，這對國內的職業教育院校如何應對疫情的影響起到了很好的示范作用。在疫情防控常態化的今后，“互聯網+”勢必會成為職業教育的未來方向，但我國疫情防控期間的職業教育院校，主要還是以傳統線上教育為主，缺乏虛擬現實技術等新的教學方式的創新。

（四）融合了虛擬現實技術的各類新媒體成為教育培訓的熱點

融合了虛擬現實技術的新媒體所具有的數字化和互動性等特征對傳統教育培訓模式產生了重大影響，有可能成為教育培訓的熱點。微博、抖音、B站、知乎等網絡平臺上大量的教育公益課和培訓內容，相較于傳統的網絡培訓，融合了虛擬現實技術的教育培訓更能成為大家選擇的對象，融合了虛擬現實技術的技能培訓，有助于促進學生對知識的全面理解。因此，融合了虛擬現實技術的新媒體應用，可能成為疫情防控常態化背景下教培機構的發展方向。

四、成效和不足

新冠肺炎疫情發生以來，虛擬現實技術作為一種有效的輔助工具越來越多地被用于教育，利用虛擬現實技術可以建立各種虛擬實驗室，突破了場地、設備、經費等問題帶來的局限性，有效解決了在線學習教與學的分離難題，同時規避了某些危險實驗帶來的隱患。此外，虛擬現實技術的應用，可增加教學過程中的互動，解決了傳統線上教學學生學習效率低的問題。虛擬現實技術還在教務服務與管理等方面展現了不錯的應用前景。目前，虛擬現實技術在我國教育領域中的應用還處于初級階段，存在許多不足，主要表現在以下幾個方面。首先是虛擬仿真資源平臺和課程的設置存在不足，這一點在職業教育和經濟欠發達地區尤其明顯；其次是在現有的虛擬課程設置中，部分課程的交互性有限，缺乏個性化服務，課程體驗度較差；再次是導致教育成本增加，由于線上教育和虛擬化技術的在線學習需要互聯網服務和數字技術，例如平板電腦、手機和筆記本電腦，這些物品的高需求可能導致其成本增加；最后是可能造成教育不公平的現象，農村地區互聯網基礎設施不足，特別是職業教育作為“兜底”教育，是很多偏遠農村、鄉鎮、貧困地區孩子“知識改變命運”的唯一通道，當這些地區的學生因為硬件條件而耽誤在線學習時，會造成教育不公平的現象發生。

五、建議

疫情防控常態化背景下，與虛擬現實技術深度融合是我國教育高質量創新發展的必由之路。與其他領域相比，虛擬現實技術在我國教育教學中的應用，還處在初級階段，疫情更是凸顯了我國很多地區和學校在硬件配備、軟件設置和人才培養方面的不足。為了更好地提升我國教育領域應對疫情等突發情況的能力，未來各級教育行政部門應在教學和培訓上順應“互聯網+”的發展趨勢，加大虛擬現實技術人才的培養，改善現有硬件設備、軟件技術，提升偏遠和經濟欠發達地區的教育信息化能力，加強教育資源的共享，通過開發虛擬仿真的教學軟件和實訓系統，實現遠程教育與現場培訓、實踐生產的有效結合，實現教育和培訓的多元化、信息化。

作者：郭夢