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vr在教育领域的应用案例分析

  vr在教育领域的应用案例分析

  

  现代社会的电子信息技术自从计算机诞生以来就得到了飞速发展,人们不满足于二维平面等级的人机交互界面,开发了一系列帮助人们进行多元化人机交互的辅助工具。输入设备从最传统的键盘、鼠标,发展到今天的触摸板、眼球测位仪、语音识别,输出设备也从简单的显示屏、扬声器发展出各种形态。在硬件设备进化的同时,人机交互的“内容”即软件与信息层面也发生着急速变化。从最初的二进制数字到后来的命令提示符字符串,再到后来的桌面化操作系统及多媒体声像,时至今日人们已经掌握了足够顶层的技术以使用计算机来模拟日常所见的真实场景,而这种技术的代表作之一、同样也是未来信息技术领域最有发展前景的技术之一,就是虚拟现实技术。

  

  随着教育形式的多样化以及前沿信息技术在教育领域的深入应用,VR/AR 学习环境推动越来越多的教育学者通过重塑学习方式回归教育本质,对培育创新型人才和教育普及产生了深远的影响。本文在介绍VR/AR 概念的基础上,阐述了国际VR/AR 的教育应用现状,介绍了经典的VR/AR 教育案例开发与实证结果,有助于我们更加深刻地认识信息化教学模式构建的一般规律。当然,VR/AR 在教育领域的应用还处于早期阶段,在教育领域的应用既有发展机遇,也还面临着一些挑战。在未来的研究中,应该深入研究VR/AR 学习环境如何支持学与教,以提升学生在课堂教学中的学习效果,为教育教学模式的改革创新实践提供经验和启示。

  

  不难看出VR技术在传递信息方面是多媒体技术的一大突破。VR所传递的信息不仅仅是简单的图形、声音或者超文本,而是一系列实时生成的拟真声像信息、触觉和运动感知(未来还要加上嗅觉和味觉)等。VR最大的特点就是“身临其境”,这和教育原理中的“情景构建”理论不谋而合,因此将VR应用到教育领域也成为一个较为热门的研究方向。

  

  早期的探索中,人们可以利用VR技术构建虚拟场景及理想实验,在输入参数后运行就可以观察演化过程,美国就曾有利用3D场景复现推翻传统火灾救援理论的实例,且成本相比真实的火灾实验大为降低。而在现在,VR技术由于其高度拟真和不受时空限制的特性,可以为学习者提供各种各样的虚拟场景供他们细致观察,甚至投入其中进行实验或操作。

  

  下面列举了几种典型的VR在教育领域的应用:

  

  1 VR训练场和实验台

  顾名思义,VR训练场和实验台就是在虚拟世界中构建出实验场所来供学习者进行活动与操作。由于操作对象从实际存在的物体变成了虚拟世界中的模型,允许操作方式会随着教学设计者的设计精细程度而增加或者减少(一般是减少),设计者可以给出较为精简的操作流程提示告知学习者应当怎样控制和处理“眼前”的对象。同时,即使学习者由于失误导致实验失败,也不会造成实际的财产损毁甚至生命危险,是一种相对安全的训练方法。例如,我们可以在3D实验室中进行制造TNT并试爆的化学实验。由于真实世界中的一些操作要根据操作对象的力的反馈(严格来说是除声光形式以外的反馈)获取信息,对硬件就提出了一定要求。现在已经投入应用的力反馈装置包括内置振动器的手套、外形仿真的笔等装置。

  

  2 科技研究与模拟观测

  这种应用主要是上一种应用的改版。相比高度的可操作性,科技研究与实验观测更注重让用户观察到更多更精确的有效数据以供后续分析或使用。因此,这种应用重在以高度拟真的方式,将一些难以观测的现象放到虚拟世界中,让用户以更为舒适便捷的视角或时间测度进行观测,相应地也要由系统给出真实实验中应当观测到的数据。例如,我们可以利用VR系统重建某次天体碰撞的场面及数据分析。这种应用对硬件设备的要求不高,主要还是对计算机系统的运算能力提出了要求。

  

  3 虚拟校园

  “不出门便知天下事”在前互联网时代已经开始逐步实现,而VR系统将赋予这句中国古谚以更新的内涵。相比传统的主要提供音视频及超文本内容的远程教育系统来说,若能用VR系统构建高度仿真的校园,我们就可以克服由于交互性或互动性不足所带来的一系列问题。世界各地的师生可以使用VR校园的软硬件客户端,通过互联网链接到同一个虚拟校园中,像真实处在相同地理位置的学生一样进行他们早已适应的学习活动。

  

  综合上述实例,我们可以看到VR系统在教育领域的应用前景有多么广阔。然而技术本身的发展还不足以创建完全拟真和完全沉浸的虚拟现实世界。

  

  实践表明,学生能更好地沉浸于游戏中,实时交互,快速反馈。当然,游戏依然有待进一步完善与开发, 存在的问题有模型真实感不强,交互有延迟,学习内容不完善,等等。

  

  该实验分别从可获取性、宣传效果、可用性、美观性、环保性、可交互性、可推广性以及功能性八个方面对软件进行调查。调查表明AR 导览软件方便美观。绝大多数被试者都提到使用手机可以随时随地获取信息,而且定位技术与增强现实技术的结合使得搜索过程和呈现方式变得更加自然,不仅省去了手动输入的过程,而且所见即所得;绝大多数被试者都提到目前使用纸质地图时的资源浪费问题,并认为该软件是替代纸质媒介的比较好的手段之一;绝大多数被试者都提到使用手机摄像头与真实物理环境进行交互的方式非常新颖有趣,之前并没有接触过,信息的快速即时呈现的特点也让校园文化随手可及。使用者对软件也提出了很多建设性意见,有些意见限于目前硬件技术能力还不能解决,比如校园无线网网速慢速导致加载信息过慢,手机GPS 定位所需时间过长且有时定位不准确等。