作者：徐辉 马秀峰 单位：曲阜师范大学信息技术与传播学院
虚拟现实提出于上个世纪60年代,但只是在近10年来随着计算机技术的快速发展,才在越来越多的领域得以推广应用.目前在发达国家中,虚拟现实技术在教育领域已得到广泛的应用.美国国立医学图书馆(NLM),德国的汉诺威大学,西班牙大学,新加坡国立大学等相继建立虚拟实验室.1995年,在Internet上就已经出现了“虚拟青蛙解剖”的虚拟试验.我国虚拟现实技术在教育领域的应用主要侧重在科学研究、虚拟试验的开发以及虚拟校园的开发方面.与一些发达国家相比,我国虚拟现实教育应用的规模还有一定的差距,但是已经引起政府有关部门和科学家的高度重视.九五计划、国家自然科学基金会、国家高技术发展计划等都把虚拟现实技术列入了研究项目.
1虚拟现实技术概述
关于虚拟现实技术目前较为普遍的定义如下:虚拟现实是指借助一系列交互设备构造的用以体验或感知虚拟境界的一种计算机软硬件环境,用户使用这些高级设备以自然的技能向计算机发送各种指令,并得到环境对用户视觉、听觉、触觉等多种感觉信息的实时反馈.伯第亚在《虚拟现实系统和它的应用》一文中提出“虚拟现实三角形”来说明虚拟现实的特征,指出了虚拟现实技术的三个要素,也就是它特征的三个方面:沉浸、交互、构想.沉浸是从用户的角度说,用户有种身临其境的感觉;交互是从人和机器的交流来说,虚拟现实技术有很强的交互性;构想是指它能使用户感知新的知识和体验新的发现.虚拟现实技术应用广泛,它在教育领域的应用更是发展迅速,笔者认为虚拟现实技术的教育应用的内涵是:虚拟现实技术使学习主体参与知识的建构、信息的加工、情境的构造,并且最优化了教育教学的环境和手段,同时提供了多元化的认知工具,促进了学习主体的学习.
2虚拟现实技术教育应用的优势
2.1虚拟现实技术的三大特征在教育领域应用中体现出了优势沉浸和实时交互性是虚拟现实的实质性特征,这种交互性,要比文字,模型或效果图更形象、完整和生动.虚拟现实技术在教学中的应用是教育技术发展的一个飞跃,它营造了特殊的自主学习环境,由传统的“以教促学”的学习方式代之为学习者通过与信息环境的交互以获取知识、技能的学习方式.虚拟学习环境为学生提供广泛的科目领域里的无限的虚拟体验.学习知识的过程变化多端,亲身的体验使学生印象深刻,主动地交互增加了学生的兴趣.虚拟现实的三大特征使学生能动性提高,容易投入到学习环境中去,并且培养了学生自主探索问题的能力和创新能力.
2.2虚拟现实技术的应用有利于促进学习主体心理上的愉悦和放松基于虚拟现实技术的数字虚拟艺术带来了学习主体在心理体验上的泛化,带来了学习主体的心理上的愉悦和自我满足,增加了学生学习的信心和动力.在一些虚拟系统,如虚拟校园,虚拟世界以及一些虚拟游戏中,基于它们的数字虚拟艺术带给学习主体的体验已经扩张到人类所有精神领域和意识领域,甚至是单纯的学习主体的自我发泄体验.这对学习主体是一种精神压力的释放.这种体验不强求深层的精神愉悦和灵魂净化,它不再追求传统的意境悠远和耐人寻味,而是关注当下身体的快活反应.
2.3虚拟现实技术使得学习者能自我感知对知识的构建与虚拟环境的零距离的接触使得学习者能以第一人称的方式参与知识的建构,通过它我们能感知知识的建构.马克•波斯特说:“在电子媒介的交流中,主体如今是在漂浮着,悬置于客体的种种不同位置之间,不同的构型使主体随着偶然情境的不定而相应地被一再地重新构建”.虚拟现实教育应用的最重要的一点就是提供给教育领域一面镜子来观察和分析我们如何感知和建构知识.
2.4虚拟现实技术可以虚拟现实中存在或者不存在的环境和角色,物体等虚拟现实技术的教育应用发展了课堂教学,弥补了教学中的不足.这一点的明显应用就是虚拟试验,对于那些对条件要求高,在现实中做不了的实验,或者是危险性高的试验,就可以采用虚拟实验的方式.同时虚拟试验拥有传统试验难以比拟的优势———节省成本.
3虚拟现实技术在教育应用中存在的问题
3.1技术上的问题技术上的问题主要有:虚拟现实技术的软件开发环境和语言上没有统一的标准,三维建模软件使用十分复杂并且它们对运行的计算机的性能要求也是很高.同时,在IE上浏览3D文件,依然需要插件的支持,VRML文件体积太大,不适合国内的网络现状.
3.2虚拟现实系统设计以及应用的问题
3.2.1系统中导航设计的问题当用户在使用虚拟现实技术开发的教育软件的时候,往往很难想去哪里就去哪里,很容易迷失方向,不知道怎样到达一个特定的位置或角度.既然这种教育环境面对的是大多数普通用户,那么运动和认知空间就应该设置得比较简单,虽然虚拟环境可以给用户提供身临其境的感觉,但是一些教育虚拟环境通过交互界面给用户提供的选择很难被理解和使用.
3.2.2系统功能单一的问题以目前高校开发的大部分的虚拟校园为例,由于缺乏较全面的考虑,大胆的尝试.它的实际用途还是比较单一.虚拟校园的实际功能以浏览为主,但是随着网络教育的迅猛发展,人们已经不再满足于对校园环境的浏览,基于教务、教学和校园生活的三维可视化虚拟校园呼之欲出.人们需要一个完整的、能互动的、富有情节化的虚拟校园.
3.2.3使用者应用教育软件的能力问题在虚拟教育环境中教师角色应该从知识的解答者向学习伙伴或指导者转变,而这一转变有的教师意识不到,从而影响到虚拟现实技术的应用.同时鉴于教师本身的素质,使用这些教育软件也存在困难.从学生的角度看,身在这种虚拟环境中的学生,他们的学习方式需要改变,思考问题的思维也需要改变,但是很多学生没找到适合这种环境的学习方式和思维方式,造成了学生跟不上教师讲解的问题.
3.2.4在教育教学中滥用甚至是泛用虚拟现实技术的问题众所周知,目前要应用虚拟现实技术开发一套教育软件需要耗费大量的人力、物力、财力.尤其对一些普通的中小学来说,这是一笔相当大的开销.那么这就意味着不可能所有的课程都有必要去应用虚拟现实技术开发课件.同时,由于有些课程的学习更多的是侧重于对知识的识记,也就是说适合教师讲授型的教学方法,那么这样的课程就没有必要去寻求教育软件的辅助.
3.3学习主体的认知机制上的问题一个教育软件产品的娱乐性大于它的教育性的时候就会对学习主体产生许多负面的影响.当学习主体沉浸在一个高分辨率,全景式的虚拟空间中时,学习主体要想保持与虚拟环境的距离,就变得十分困难.学习主体和虚拟环境的虚拟共存,与虚拟环境的距离感觉消失.没有了距离,在虚拟“存在”范围内,人的认知机制受到了影响,并导致了不可低估的认知问题的出现.因为当一个人长期沉浸在一个虚拟的环境中时,他再回到现实中,必然会导致他有种“落差”感觉.这种感觉有时带给人的心理的冲击时不可估量的,有的甚至是危险的,会导致犯罪的出现,尤其是一些带有不良内容和暴力情节的虚拟游戏或作品.因此应该加强对虚拟现实技术应用的立法研究,尽早立法.#p#分页标题#e#
4促进虚拟现实技术教育应用的对策
4.1加强技术上研究,完善理论的建设加强更快更高质量的三维建模语言的研究,和更快速的VRML文件网上传输和浏览技术的研究,同时应该加强价格较低、用户界面良好、对编程依赖少的三维建模软件的研发.虚拟现实教育应用涉及多个学科的知识,应该综合考虑这些学科的内在联系,建立起一套完整的理论支持虚拟现实技术教育应用达到理想的效果.
4.2设计要体现以人为本,使用要做到适用为先,乐用为上教育虚拟环境的导航设计应该方便使用,做到简单、明了.使用者在使用虚拟现实技术开发的教育软件的时要做到适用为先,乐用为上.适合用其他教学媒体的进行教学的就用其他的教学媒体,同时要充分考虑到教师和学生的兴趣,对一些操作起来复杂,界面不友好或者虚拟环境的设计让学生或者教师感到枯燥的虚拟现实系统,不应该使用.
4.3加强对教育软件使用者的能力培训,建立有效的评价机制教育机构在购置或者是应用虚拟现实技术开发了一套教育软件后,应该加强对使用者的能力培训,以便他们能正确地操作这些软件,同时,遵循软件维护的概念,对软件使用过程中出现的新的需求和问题,要向开发者寻求帮助;对软件的使用效果应该建立有效而且量化的评价机制.
4.4加强对学习者必要的心理辅导,让他们把握虚拟和现实的界线对于一些由于虚拟环境的沉浸性和虚拟性带给学习者的负面心理影响,应该积极给与引导,让他们能正确认识到虚拟和现实的界线,能分清楚那些是在现实世界不可能发生的事情,让他们明白他们使用这些软件的目的是为了习得知识和建构对知识的理解.
5结语
作为继多媒体技术和计算机网络技术后,在21世纪被看作最有发展前景的技术,虚拟现实技术已经应用到多个领域,它在教育领域的应用优点十分明显.虚拟现实技术能为学习者提供很多独特的机会,虚拟现实技术在教学中有巨大的潜力,同时作为一门新兴的技术,它的发展还有待完善,配套软硬件还在不断发展之中.但是我们相信,虚拟现实技术作为一个新型的教育教学媒体和手段,必将以其强大的优势和潜力,受到教育工作者的重视和青睐,并且最终在教育领域应用和发挥更加重要的作用.