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[摘 要] 目前，虚拟现实技术已广泛应用于航天、工业设计，以及建筑设计等各个领域。在教育领域，虚拟现实技术也有广泛的用途。文章介绍了虚拟现实技术的相关知识，探讨了虚拟现实技术在高职教学中的应用。
自20世纪80年代以来，以多媒体技术、人机接口技术、传感技术和人工智能等学科为支撑的虚拟现实技术迅猛发展，成为近年来国际科技界关注的一个热点。虚拟现实技术在教育与培训领域具有明显的优势和特点，它能将三维空间的意念清楚的表示出来，能使学习者直接、自然地与虚拟环境中的各种对象进行交互作用，并通过多种形式参与到事件的发展变化过程中去，从而获得最大的控制和操作整个环境的自由度。国内外都在加紧进行如何在教育领域使用虚拟现实技术的研究。目前，计算机辅助教学CAI的应用已经普及，其技术也不断向多媒体、交互化的方向发展，基于虚拟现实技术(Virtual Reality，简称为VR)的虚拟现实系统是计算机辅助教学发展的重要方向。
一、虚拟现实技术简介
1、虚拟现实技术的定义
虚拟现实（Virtual Reality，简称VR），是一种基于可计算信息的沉浸式交互环境，具体地说，就是采用以计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境，用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用、相互影响，从而产生亲临等同真实环境的感受和体验。虚拟现实技术能够解决学习媒体的情景化及自然交互性的要求，从而在教育领域内有着极其巨大的应用前景。通过与虚拟世界的自然交互，并利用人本身对所接触事物的感知和认知能力，帮助启发参与者的思维，从而全方位地获取事物的各种空间信息和逻辑信息。这种学习环境在更高的层次上克服了人机交互间的困难，可以最大程度地投入多种感官作用，从而获得最佳的学习效果。
2、虚拟现实技术基本特征
（1）沉浸性。虚拟现实技术是根据人类的视觉、听觉的生理心理特点，由计算机产生逼真的三维立体图像。使用者戴上头盔显示器和数据手套等交互设备，便可将自己置身于虚拟环境中，成为虚拟环境中的一员。
（2）交互性。虚拟现实系统中的人机交互是一种近乎自然的交互．使用者不仅可以利用电脑键盘、鼠标进行交互，而且能够通过特殊头盔、数据手套等传感设备进行交互。计算机能根据使用者的头、手、眼、语言及身体的运动，来调整系统呈现的图像及声音。使用者通过自身的语言、身体运动或动作等自然技能，就能对虚拟环境中的对象进行考察或操作。
（3）多感知性。由于虚拟现实系统中装有视、听、触、动觉的传感及反应装置，因此，使用者在虚拟环境可中获得视觉、听觉、触觉、动觉等多种感知，从而达到身临其境的感受。
3、虚拟现实系统的类型
虚拟现实技术按其功能，可分为以下几种类型：
(1)沉浸式虚拟现实系统
沉浸式虚拟现实系统是利用头盔显示器、数据手套、三维鼠标等传感跟踪装置与虚拟世界进行交互。由于这种系统把人的视觉、听觉和其它感觉封闭在虚拟的感觉空间，能使人全身心投入并沉浸其中。不足之处在于专用设备复杂而且昂贵，难以在教育行业普及推广。
(2)桌面式虚拟现实系统
桌面式虚拟现实系统是运用软件编程的方法在显示器上显示三维场景．用户通过键盘、鼠标等简单的设备与虚拟场景进行交互。这种系统由于用户坐在显示器前，通过屏幕观察虚拟世界并与之交互，往往会受到周围环境的影响，难以做到完全投入。但是结构简单、成本较低，易于普及推广。主要用于CAI（计算机辅助教学）、CAD（计算机辅助设计）、CAM（计算机辅助制造）、建筑设计、桌面游戏等领域。
(3)分布式虚拟现实系统
分布式虚拟系统是多个用户通过网络共享一个虚拟空间，共同参与虚拟活动。美国大型军用交互仿真系统NPSNet，因特网上多人游戏MUD便是这类系统。
(4)增强现实性虚拟现实系统
它是把真实环境和虚拟环境结合起来的一种系统，既可减少构成复杂真实环境的开销（因为部分真实环境由虚拟环境取代），又可对实际物体进行操作（因为部分系统即系真实环境），真正达到了亦真亦幻的境界，是今后发展的方向。
二、虚拟现实系统在高职教学中的应用探讨
虚拟现实系统是多媒体技术最终发展的趋势，它提供了丰富的认知素材和情境，允许用户探索和操作假想的现实。高职院校中的许多学科都需要学生参与某些原理或真实事件的模拟性操作，以提高对问题的认识和理解，这样对培养学生的实践能力和创新精神十分有利。
1、创设交互式学习环境，有利于促进学习方式的转变
强调学生学习方式的转变，积极倡导自主、合作、探究的学习方式，重视学生主动积极的参与意识和精神。运用虚拟现实技术计算机生成的学习环境，让学习者可以从自己的视点出发，利用自然的技能和某些设备对生成的虚拟世界客体进行浏览和互动。这种技术方法不仅仅局限于常规的屏幕显示设备，而是多通道的人机交互模式，让学习者感觉似乎离开了自身所处的外部真实环境，已经沉浸在虚拟世界中，成为系统的组成部分。此时学习主要不是依赖教师的讲授，而是依靠学习者与环境的互动由学习者通过自身的感受，经过大脑思考和分析，形成目标实施策略，通过界面操作，系统接收信号，智能化地进行反馈，达到真正意义上的交互。
2、体现学生的中心地位
虚拟现实技术可以从三维视觉、听觉、触觉或嗅觉等多途径，让学习者感觉自己融合在虚拟环境中，这不仅意味着把学习的主动权重新交给了学生，更意味着教师教的方式产生了根本的转变。传统教学方式下教师往往直接掌握教学活动，学生的主体地位受到很大的限制，学生合作少，探索性、创造性不易发挥。虚拟现实技术使教师的角色由传统意义上知识的传授者、控制者，转变为学习活动的引导者、促进者和支持者。由灌输变为启发、由领导变为诱导、由命令变为帮助。从而使以教师为中心，学生围着老师转的教学模式变成以学生为中心，老师为学生学习提供支持。这种支持可能是直接面对面的帮助，也可能是通过环境变量的控制进行的间接的帮助。由学生自己决定学什么，怎么学。虚拟现实技术对活动的强调，使杜威等人的“做中学“的思想得以实现。杜威认为，一切真理是人用以应付环境和改变环境的工具，人的认识不过是一种实验或尝试，一种不断变动的未完成的和有疑问的过程。虚拟现实体现了这些思想，虽然在虚拟情境下的学习目标可能是抽象的或具体的，但学生总要在不同的具体情境下借助不同的工具和不同的伙伴合作，探索事物的多方面性质，才能达到学习目标，从而对概念和操作建立起逐渐熟练和深刻的理解。
3、培养学生的创新精神
由于虚拟现实教学能为学生提供多种信息影响学生的学习行为，学生只有在学习活动中才能得到更多知识的理解和技能的掌握。学生在学习中能即时反馈到自己行为的成功或失败，允许学生再接再厉，直到成功，有利于培养学生知难而进、勇于拼搏、敢于攀登的创新精神。
为了达到这些目标，在虚拟现实的的教学中，要求教师所设计的软件对现实的模拟情景一定要新颖，并根据学生的特点选择不同的教学水平及类型。注意，如果学生离开这个模拟现实的教学环境同样可以有效地学习时，就没有必要给学生创设这个虚拟的现实来进行教学。
4、提供全新的学习场景，虚拟完美的教学环境
虚拟现实技术创造出良好的学习环境，学生能够以自然的方式，和对象发生相互作用，通过活动探索世界，学到知识。虚拟现实界面的隐匿性促使操纵更容易，使得学生在完成任务时不会受到计算机界面的干扰，从而把更多的注意力放在学习内容上。
（1）弥补教学条件的不足，节约教育成本。许多高职院校因为实验设备、实验场地、教学经费等方面的原因，使一些应该开设的教学实验无法进行。利用虚拟现实系统，学生足不出户便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）避免真实实验或操作所带来的各种危险。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，使医学院的大学生不必冒任何医疗事故的风险就可反复实习病房中的各种实际操作，可选择不同的技术处理方案以检验自己的判断是否正确，并可进行某种技能的训练；虚拟的机床教学系统，可避免学生操作失误而出现安全事故。
（3）彻底打破空间、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机内，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。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）可以虚拟人物形象。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，使远教学生能够在自然、亲切的气氛中进行学习。例如，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，让学生与外国友人交谈，达到训练学生口语的目的。
虚拟现实是一个充满活力、具有巨大应用前景的高新技术领域，随着计算机网络技术的飞速发展，基于网络的虚拟现实教育将大有可为。虚拟现实技术利用其交互性、沉浸性和操作性的特点来准确地模拟和表现表现教学内容，充分调动学习者的主动性和创造性，解决教学中的重点和难点，促进学习者对学习素材的探索，提高了教育教学的效能，营造了一个更和谐、更有效的教育环境。■
参 考 文 献
[1]刘凤田，刘玉兰.虚拟现实技术及其在教育领域的应用研究[J]。河北农业大学学报，2005；(1)
[2]王晓芳.虚拟现实技术在高校教学中的应用研究[J]。大众科技，2010；（2）
自20世纪80年代以来，以多媒体技术、人机接口技术、传感技术和人工智能等学科为支撑的虚拟现实技术迅猛发展，成为近年来国际科技界关注的一个热点。虚拟现实技术在教育与培训领域具有明显的优势和特点，它能将三维空间的意念清楚的表示出来，能使学习者直接、自然地与虚拟环境中的各种对象进行交互作用，并通过多种形式参与到事件的发展变化过程中去，从而获得最大的控制和操作整个环境的自由度。国内外都在加紧进行如何在教育领域使用虚拟现实技术的研究。目前，计算机辅助教学CAI的应用已经普及，其技术也不断向多媒体、交互化的方向发展，基于虚拟现实技术(Virtual Reality，简称为VR)的虚拟现实系统是计算机辅助教学发展的重要方向。
一、虚拟现实技术简介
1、虚拟现实技术的定义
虚拟现实（Virtual Reality，简称VR），是一种基于可计算信息的沉浸式交互环境，具体地说，就是采用以计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境，用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用、相互影响，从而产生亲临等同真实环境的感受和体验。虚拟现实技术能够解决学习媒体的情景化及自然交互性的要求，从而在教育领域内有着极其巨大的应用前景。通过与虚拟世界的自然交互，并利用人本身对所接触事物的感知和认知能力，帮助启发参与者的思维，从而全方位地获取事物的各种空间信息和逻辑信息。这种学习环境在更高的层次上克服了人机交互间的困难，可以最大程度地投入多种感官作用，从而获得最佳的学习效果。
2、虚拟现实技术基本特征
（1）沉浸性。虚拟现实技术是根据人类的视觉、听觉的生理心理特点，由计算机产生逼真的三维立体图像。使用者戴上头盔显示器和数据手套等交互设备，便可将自己置身于虚拟环境中，成为虚拟环境中的一员。
（2）交互性。虚拟现实系统中的人机交互是一种近乎自然的交互．使用者不仅可以利用电脑键盘、鼠标进行交互，而且能够通过特殊头盔、数据手套等传感设备进行交互。计算机能根据使用者的头、手、眼、语言及身体的运动，来调整系统呈现的图像及声音。使用者通过自身的语言、身体运动或动作等自然技能，就能对虚拟环境中的对象进行考察或操作。
（3）多感知性。由于虚拟现实系统中装有视、听、触、动觉的传感及反应装置，因此，使用者在虚拟环境可中获得视觉、听觉、触觉、动觉等多种感知，从而达到身临其境的感受。
3、虚拟现实系统的类型
虚拟现实技术按其功能，可分为以下几种类型：
(1)沉浸式虚拟现实系统
沉浸式虚拟现实系统是利用头盔显示器、数据手套、三维鼠标等传感跟踪装置与虚拟世界进行交互。由于这种系统把人的视觉、听觉和其它感觉封闭在虚拟的感觉空间，能使人全身心投入并沉浸其中。不足之处在于专用设备复杂而且昂贵，难以在教育行业普及推广。
(2)桌面式虚拟现实系统
桌面式虚拟现实系统是运用软件编程的方法在显示器上显示三维场景．用户通过键盘、鼠标等简单的设备与虚拟场景进行交互。这种系统由于用户坐在显示器前，通过屏幕观察虚拟世界并与之交互，往往会受到周围环境的影响，难以做到完全投入。但是结构简单、成本较低，易于普及推广。主要用于CAI（计算机辅助教学）、CAD（计算机辅助设计）、CAM（计算机辅助制造）、建筑设计、桌面游戏等领域。
(3)分布式虚拟现实系统
分布式虚拟系统是多个用户通过网络共享一个虚拟空间，共同参与虚拟活动。美国大型军用交互仿真系统NPSNet，因特网上多人游戏MUD便是这类系统。
(4)增强现实性虚拟现实系统
它是把真实环境和虚拟环境结合起来的一种系统，既可减少构成复杂真实环境的开销（因为部分真实环境由虚拟环境取代），又可对实际物体进行操作（因为部分系统即系真实环境），真正达到了亦真亦幻的境界，是今后发展的方向。
二、虚拟现实系统在高职教学中的应用探讨
虚拟现实系统是多媒体技术最终发展的趋势，它提供了丰富的认知素材和情境，允许用户探索和操作假想的现实。高职院校中的许多学科都需要学生参与某些原理或真实事件的模拟性操作，以提高对问题的认识和理解，这样对培养学生的实践能力和创新精神十分有利。
1、创设交互式学习环境，有利于促进学习方式的转变
强调学生学习方式的转变，积极倡导自主、合作、探究的学习方式，重视学生主动积极的参与意识和精神。运用虚拟现实技术计算机生成的学习环境，让学习者可以从自己的视点出发，利用自然的技能和某些设备对生成的虚拟世界客体进行浏览和互动。这种技术方法不仅仅局限于常规的屏幕显示设备，而是多通道的人机交互模式，让学习者感觉似乎离开了自身所处的外部真实环境，已经沉浸在虚拟世界中，成为系统的组成部分。此时学习主要不是依赖教师的讲授，而是依靠学习者与环境的互动由学习者通过自身的感受，经过大脑思考和分析，形成目标实施策略，通过界面操作，系统接收信号，智能化地进行反馈，达到真正意义上的交互。
2、体现学生的中心地位
虚拟现实技术可以从三维视觉、听觉、触觉或嗅觉等多途径，让学习者感觉自己融合在虚拟环境中，这不仅意味着把学习的主动权重新交给了学生，更意味着教师教的方式产生了根本的转变。传统教学方式下教师往往直接掌握教学活动，学生的主体地位受到很大的限制，学生合作少，探索性、创造性不易发挥。虚拟现实技术使教师的角色由传统意义上知识的传授者、控制者，转变为学习活动的引导者、促进者和支持者。由灌输变为启发、由领导变为诱导、由命令变为帮助。从而使以教师为中心，学生围着老师转的教学模式变成以学生为中心，老师为学生学习提供支持。这种支持可能是直接面对面的帮助，也可能是通过环境变量的控制进行的间接的帮助。由学生自己决定学什么，怎么学。虚拟现实技术对活动的强调，使杜威等人的“做中学“的思想得以实现。杜威认为，一切真理是人用以应付环境和改变环境的工具，人的认识不过是一种实验或尝试，一种不断变动的未完成的和有疑问的过程。虚拟现实体现了这些思想，虽然在虚拟情境下的学习目标可能是抽象的或具体的，但学生总要在不同的具体情境下借助不同的工具和不同的伙伴合作，探索事物的多方面性质，才能达到学习目标，从而对概念和操作建立起逐渐熟练和深刻的理解。
3、培养学生的创新精神
由于虚拟现实教学能为学生提供多种信息影响学生的学习行为，学生只有在学习活动中才能得到更多知识的理解和技能的掌握。学生在学习中能即时反馈到自己行为的成功或失败，允许学生再接再厉，直到成功，有利于培养学生知难而进、勇于拼搏、敢于攀登的创新精神。
为了达到这些目标，在虚拟现实的的教学中，要求教师所设计的软件对现实的模拟情景一定要新颖，并根据学生的特点选择不同的教学水平及类型。注意，如果学生离开这个模拟现实的教学环境同样可以有效地学习时，就没有必要给学生创设这个虚拟的现实来进行教学。
4、提供全新的学习场景，虚拟完美的教学环境
虚拟现实技术创造出良好的学习环境，学生能够以自然的方式，和对象发生相互作用，通过活动探索世界，学到知识。虚拟现实界面的隐匿性促使操纵更容易，使得学生在完成任务时不会受到计算机界面的干扰，从而把更多的注意力放在学习内容上。
（1）弥补教学条件的不足，节约教育成本。许多高职院校因为实验设备、实验场地、教学经费等方面的原因，使一些应该开设的教学实验无法进行。利用虚拟现实系统，学生足不出户便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）避免真实实验或操作所带来的各种危险。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，使医学院的大学生不必冒任何医疗事故的风险就可反复实习病房中的各种实际操作，可选择不同的技术处理方案以检验自己的判断是否正确，并可进行某种技能的训练；虚拟的机床教学系统，可避免学生操作失误而出现安全事故。
（3）彻底打破空间、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机内，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。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）可以虚拟人物形象。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，使远教学生能够在自然、亲切的气氛中进行学习。例如，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，让学生与外国友人交谈，达到训练学生口语的目的。
虚拟现实是一个充满活力、具有巨大应用前景的高新技术领域，随着计算机网络技术的飞速发展，基于网络的虚拟现实教育将大有可为。虚拟现实技术利用其交互性、沉浸性和操作性的特点来准确地模拟和表现表现教学内容，充分调动学习者的主动性和创造性，解决教学中的重点和难点，促进学习者对学习素材的探索，提高了教育教学的效能，营造了一个更和谐、更有效的教育环境。■
参 考 文 献
[1]刘凤田，刘玉兰.虚拟现实技术及其在教育领域的应用研究[J]。河北农业大学学报，2005；(1)
[2]王晓芳.虚拟现实技术在高校教学中的应用研究[J]。大众科技，2010；（2）