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创感时代下虚拟现实技术教育应用探讨

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《全新思维》作者平克指出,未来将属于那些拥有与众不同思维的人。21世纪的教育从信息时代迈进创感时代,如何结合中国的国情,在目前关注“左脑”教育和“信息素养教育”的基础上。加强“右脑”和“创感”教育,让我们的学生成为21世纪的创造者已越来越受到广大教育者的关注。目前,继多媒体技术后,计算机领域中的虚拟现实技术正在快速的发展并一步步显示其在“创感”教育方面的优势。

一、虚拟现实技术的概念及其基本特性

虚拟现实技术指采用以计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的视觉、听觉、触觉等多种感官体验的虚拟环境,用户借助必要的设备(头盔显示器、数据手套、数据衣、传感设备等)以自然的方式与虚拟环境中的物体进行交互,相互影响,从而产生亲临真实环境的感受和体验,使人与计算机融为一体。从上述的定义可以看出,虚拟现实技术主要有三个特性:沉浸性、交互性、想象性。

1 沉浸性。沉浸性是指用户感觉到好像完全置身于虚拟的世界一样,成为其中的一部分。如用户使用特殊设备,将自己置身于虚拟环境中,并与虚拟环境中的对象相互作用。

2 交互性。在虚拟现实系统中,人们通过使用头盔显示器、数据手套、数据衣等设备,利用自己的视觉、听觉、触觉等来感知虚拟环境,以自然的方式和虚拟环境进行交互。

3 想象性。想象性是指虚拟的环境是人想象出来的,这种想象体现了设计者相应的思想,可以用来实现一定的目标。因此,虚拟现实技术可以作为一个媒体或一个高级用户界面,还可以是为了解决某一方面的问题而开发设计出来的应用软件。

二、虚拟现实技术教育应用探讨

虚拟现实技术无论是其技术本身还是其应用,都有助于创感的培养。鉴于如今虚拟现实技术硬件方面相应的交互设备较少。且价格十分昂贵,软件工具方面存在着语言专业性过强、通用性较差、开发费用较高等问题,虚拟现实技术在教育中要得到普及还需要一段时间。就目前根据国内外虚拟现实技术在教育方面已有的研究成果来看,未来虚拟现实技术的应用主要集中在以下几个方面:

1 虚拟校园。通过虚拟现实技术构建虚拟校园,不仅有教室、实验楼、老师、同学等各种“真实对象”,甚至还可以有各项活动节目,让人们全方位地感受校园生活的人性化虚拟校园。目前,国内已经研究成功的虚拟校园主要以浏览功能为主。

2 虚拟实验室。通过虚拟现实系统,可以完成许多在现实条件下不可能完成的实验,可以避免像爆炸类的实验带来的危险性。可以观察需要花费很长时间的实验,而对于某些探索类的实验,不仅能够锻炼使用者的动手能力,还能够激发他们的思维。

3 虚拟技能训练。虚拟现实的沉浸性和交互性非常有利于人们的技能训练。将虚拟现实技术应用于技能培训,可使培训更加安全。并节约了成本。

4 特殊教育。虚拟现实技术的自然交互形式,对于一些特殊的教育有特殊的用途。例如,中国科学院计算技术研究所开发“中国手语合成系统”,有助于聋哑人使用电视、网络、电话、计算机、电影等高科技产品,提高生活质量,并有助于手语的标准化,为他们的学习和生活带来帮助。

5 电子书。随着技术发展,“电子书”逐渐兴起。希望在不久的将来。我们可以通过虚拟现实技术将书中描述的场景真实地再现出来。让读者亲身感受书中所描述的意境。

三、虚拟现实技术在教育中应用的意义

由以上阐述的内容来看,虚拟现实技术在教育中的应用具备以下优势。

1 突破时间、空间的限制。那些需要很长时间才能观察的变化过程,通过虚拟现实技术呈现给学生观察,不仅节省了时间。还让学生获得了知识。虚拟现实技术还可以打破空间的界限,小至原子粒子,大到宇宙天体,学生通过虚拟现实系统都可以进入这些物体的内部进行观察。

2 弥补现有教育经费、教学条件的不足。在现实教学中。存在着实验设备、实验场地、教学经费、设备的更新等问题。虚拟现实环境中可以虚拟实验仪器,可以根据需要在原有模型的基础上生成新的虚拟仪器。可以根据教学内容的更新而更新实验仪器,还能够重复使用,弥补了各种不足。

3 避免某些真实实验带来的危险。以往危险实验一般给学生播放实验录像,学生只能根据讲解观看过程,无法直接参与获得感性认识。利用虚拟现实技术构建的虚拟实验环境,学生在虚拟环境中,可以放心自由地进行各种危险性较强的或者对人体有害的实验。

4 有助于激发学生的创感。在虚拟实验系统中,不同的学生在同一虚拟现实系统中可能会有不同的经历和感受,学生甚至可以根据自己的想象力和创造力,在现有系统的基础上萌发出新的思想,为学生创感的培养提供了条件。

随着计算机技术、三维图形技术、多媒体技术、仿真技术、传感技术、显示技术、伺服技术等技术的发展,虚拟现实技术在迎接创感时代的教育风暴中必将发挥越来越重要的作用。左脑统治的逻辑、线性、基于推理思维方式的“信息时代”即将过去:取而代之的是一个全新的注重右脑:综合的、创造性的、基于境脉思维方式的“创感时代”,创感时代的教育呼唤虚拟现实技术的参与,虚拟现实技术要在培养学生的全新思维中发挥更大的作用,更好地辅助教学,教学生21世纪新能力,做电脑无法做的事情,用创感参与竞争。