论虚拟现实技术与远程教育的结合
杨立力
(哈尔滨师范大学教育技术系 黑龙江 哈尔滨 150080)
【摘 要】随着网络通信和多媒体计算机的发展,虚拟现实技术作为一种高新技术在远程教育
中发挥着重要的作用,本文从虚拟现实技术的含义、构成要素、工作原理出发,着重研究虚拟现实技术的特征、在远程教育中的作用,并论述了虚拟现实技术与远程教育的结合点,对虚拟现实在远程教育中占据着重要的地位进行充分论证。
【关键词】远程教育;虚拟现实技术;学习资源;学习环境【中图分类号】G 43G 728 【文献标识码】A 【文章编号】1001-8700(2005)03-0061-03
远程教育的发生和发展始终都与信息技术、教育技术的发展紧密联系在一起,并形成一系列历史发展阶段。自80年代中期以来,一些学者开始提出信息技术和远程教育的理论,其中得到普遍接受的是加拿大学者伽里森(G arris on )、丹麦学者尼泊(Nipper )和英国贝茨(Bates )等人提出的三代信息技术和三代远程教育的理论。理论提及的三代基于信息技术的远程教育:第一代基于书写和印刷材料的函授教学;第二代基于广播电视,录音录像的多媒体教学;第三代是基于电子通信技术的远程教学。第三代远程教学对于提供更多的学习机会,扩大教学规模,提高教学质量,降低教学成本等都具有重要的意义。而在这代远程教学的支撑技术中虚拟现实技术占据着重要的地位。 一、什么是虚拟现实系统
网络通信技术与多媒体计算机技术的飞速发展推动虚拟现实技术的快速发展。虚拟现实(Virtual Reality ,简称VR ),又称临境技术,是指用立体眼镜和传感手套等一系列传感辅助设施来实现的一种三维现实,人们通过这些设施以自然的方式(如转动眼球,活动手指等)向计算机送入各种动作信息,并且通过视觉、听觉以及触觉设施使人们得到三维感觉世界。随着输入动作的不同,获得的感觉随之改变。虚拟现实提供了人与通过计算机生成的虚拟环境可自然交互的人机界面,学习者通过方便自然的人机交互获得真实的学习体验。虚拟现实系统由虚拟世界、虚拟现实软件、计算机、输入设备和输出设备构成。虚拟世界是一个可交互的虚拟环境,可从任意角度连续地观看和考察,它一般是包含三维模型或环境的数据库;虚拟现实软件提供实时观察和参与虚拟世界的能力;输入设备可用于观察和构造虚拟世界,包括鼠标、游戏杆和定位跟踪
器等;输出设备显示当前虚拟世界视图,包括显示器和头盔等。
虚拟现实在技术上的进步与逐步成熟,使其应用领域已由过去的娱乐与模拟训练发展到包含航空、航天、铁道、建筑、土木、科学计算可视化、医疗、体育与教育等广泛领域。应用于课堂的虚拟现实技术作为一种新的教学媒体,对未来远程教育的发展起着积极的作用。
虚拟现实技术具有三个基本特征:
11交互性。虚拟现实系统中人机的交互性很强。参与者通过输入设备(3D 位置、传感手套、数据衣、三维鼠标等)向虚拟现实软件发出指令,虚拟现实软件接受指令并智能的给予解释,然后更新虚拟世界,虚拟现实软件重新计算虚拟世界的三维视图,并将这一新视图及其他信息如声音、触觉等立即送给输出设备(立体显示设备、3D 声音生成器、触觉和力反馈的装置等)以便参与者观看与感觉效果。整个过程在每秒内发展很多次,生成及时、连续的画面,与参与者即时交互使他们的“对话”近乎于自然的对话。
21临场性。在参与者与虚拟世界进行交互时,由于头盔显示器、数据衣及数据手套的作用,虚拟系统将参与者置于一种隔离的环境中。并且在这种环境中参与者头、手、眼、语言及身体的运动都会使虚拟环境中的图象与声音实时地跟随变化。拿起物体可使物体随着手的移动而运动,而且可以听到三维仿真的声音。参与者在虚拟环境中,一切感觉都是极其的逼真,使其有一种身临其境的感觉。
31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,参与者在虚拟环境中可以获得视觉、听觉、触觉、动觉等多种感知,综合多种环境信息参与者有如在真实的世界中活动。
1
6现代远距离教育2005年第3期 总第99期
教育技术
现今流行的虚拟教室、虚拟校园、虚拟图书馆实际上都是虚拟现实技术在远程教育中应用的实例,这种应用的作用如下:
11改善学习条件
实验教学是巩固学生所学理论知识,培养学生实践能力和创新精神不可缺少的教学环节。但在传统的远程教育中,由于实验场地、实验设备、教学经费等方面的原因,一些教学实验无法开展。利用虚拟现实技术很好的解决了这一问题,为学习者提高了学习条件,使其足不出户便可以做各种各样的实验,获得与真实实验同样的体会,丰富感性认识,加深对理论学习内容的理解。另外利用虚拟现实技术进行实验教学,一方面可以避免真实操作中的各种危险,如,虚拟的交通驾驶,可避免由于误操作而造成交通事故;虚拟化学实验,可避免化学反应产生的有毒气体、爆炸等危险。另一方面可以不受时空的进行观察、实验,如,学生可以进入原子的内部或登陆火星的表面进行观察,不受空间;对于一些需要几年甚至上百年才能观察的变化过程,如果蝇的繁殖,化石的形成。利用虚拟现实技术,可以在很短的时间内将变化过程呈现给学生观察,不受时间。
21丰富学习资源
学习资源是指在学习过程中可被学习者利用的一切要素。在传统的远程教育中教师只能通过印刷材料或广播电视为学习者提供教育信息内容,在学习过程中,学习者只能被动的接受教育信息,没有及时的反馈与交互。目前,在先进的教育观念的指导下,教育强调以“学生”为中心,注重学生的自主学习,虚拟现实技术为学生的探索性自主学习提供了丰富的学习资源。一方面它提供了学习所需的知识内容,通过虚拟现实技术可以再现实际生活中无法观察到的自然现象或事物的发展变化过程,为学生提供直接的学习材料,帮助学生学习。如,学习地理知识时,可以虚拟地壳变迁过程,让学生了解其成因。还可以使抽象的概念、理论具体化、形象化,便于学生的理解。如,学习物理知识时,可以虚拟失重、超重,让学生切实了解各种概念的状态。另一方面它提供了对学生在学习过程中提出的研究模型的虚拟。在远程虚拟的学习环境中学生可以按照自己的假设进行探索学习。如,学习生物时,学生可以根据假设将不同的植物嫁接在一起,虚拟系统可以虚拟出新生植物。通过这种方式学生进行探索性学习,有利于培养学生的科学研究能力。
31优化学习环境
学习环境是现代远程教育系统中的一个重要子系统,指学习者学习发生的“时间”和“空间”及为学习者学习活动提供的各种支持条件。学习环境的质量直接影响着学习效果的好坏。虚拟现实已对远程学习环境进行了全方位的渗透,极大的优化了远程学习环境。它使远程学习环境不再只是提供教育信息内容,还提供了关于辅导、测试、评价等虚拟支持。主要表现在:
虚拟教师:智能Agent可作为虚拟教师出现在学习环境中,它可以担当“导航”和“解惑”的重任,指导和帮助学生明确学习目标,获取所需要的学习资源,同时能对学生的问题给予及时的反馈指导。
虚拟辅导:它是基于智能辅导系统构筑的虚拟环境,可向学习者提供一种有效的不需要教师帮助的学习。按照系统的指引学习者在其中可以随机获取各种学习辅导的资源信息。
虚拟图书馆:也称电子图书馆,是一个高智能、集成化、数字化、集多种文献载体于一身的信息资源保障系统。学习者进入虚拟图书馆可以轻松的查阅、获取信息,在知识的海洋中畅游。它为学习者提供了丰富的学习资源。
虚拟研讨:在虚拟研讨中学习者可以不受时间和空间的,进行论文的交流和实验结果的展示。而这里更是教师与学生交互,学生彼此间合作与交流的场所。为学习者的学习提供了一种全心的学习方式。
虚拟教学:基于计算机网络和交互式多媒体工作站的虚拟现实,使学习者可以通过个人工作站参加学习,观看多媒体讲课并在多媒体笔记本上作记录,并可通过计算机网络进行交互学习,这是一种现代、高效、个性化的学习环境。
三、虚拟现实与远程教育的结合点:
技术的发明加强了人类的活动能力和交流能力,书写文字及印刷术的发明对于教育和人际交流的意义是性的。最初的远程教育就是借助印刷教材和通信指导实现的函授教育。经历了一个多世纪的发展,现今的远程教育是借助网络通信和多媒体计算机实现的,它的核心是虚拟现实技术,它的主要目标是实现教育的终身化和学习的社会化。它有丰富的内涵和明显的特征。只有通过对其内涵和特征的分析并与虚拟现实技术及其应用特点比较,才能充分了解虚拟现实技术在远程教育中的地位。
11远程教育特征与虚拟现实技术特点的切合(表一)
项目
远程教育内涵
及特征
虚拟现实技术
及应用特点
远程教育
与虚拟现
实的关系资源配置
以智力资源、
无形资产为要
素(智力资源
是以人才和知
识为主)
以智力资源为
主,虚拟现实
技术的发展主
要靠人才和知
识
远程教育
培养人才
人才开发
虚拟技术
技术基础
以高新技术为
支柱
虚拟现实技术
是高新技术发
展中的关键技
术之一
虚拟技术
为远程教
育的发展
提供技术
基础
26知识的使用远程教育过程
是知识的消费
过程,其含义
是知识的使用
虚拟现实技术
的表现形态也
是不停地提供
特指的知识被
运用
实践创新远程教育的发
展迅速,创新
意识、理念、
方法是关键
虚拟现实技术
及其应用依赖
于创新来推动,
没有创新就没
有虚拟现实技
术的生命
系统工程属性远程教育是综
合各项科学和
技术成果的一
种系统工程
虚拟现实技术
是在研究系统
问题的过程中
产生、发展,
形成独具特点
的一门学科
面对可持续发展的问题远程教育的主
要目的是推进
继续教育的开
展
虚拟现实技术
本身也是一门
继续发展的学
科
经济学原理促进远程教育
的发展旨在处
理好质量、效
益、规模三者
间的关系
虚拟现实技术
在保证教育质
量的前提下可
以扩大教育规
模,提高教育
效益
管理原理远程教育管理
涉及行政管理、
师生管理,最
重要的是教学
管理,满足学
习者学习需求
掌握虚拟现实
技术的人才,
必须继续不断
学习、掌握知
识,没有一劳
永逸的学习
评估原理远程教育评估
是为获得教育
反馈的数据资
料,不断完善
系统,提高教
育质量
虚拟现实为评
估数据的获得
提供了途径,
同时也获得了
检测自身系统
的依据
远程教
育与虚
拟技术
的共通
特征
以上所表示的远程教育特征与虚拟现实技术特点的切合(即两者共通之处)主要是:
1)从实践创新角度看,远程教育是现代新型的教育方式,它要求使用者拥有并利用现代创新的意识、理念与方法去搜集、整理、应用各种信息进行学习。对于依赖创新而存在的虚拟现实,没有了实践的应用与利用创新思维的设计、开发,它也就不能存在了。
2)从系统论角度看,远程教育是在系统论的指导下综合各项科学和技术成果而形成的。虚拟现实技术是在研究系统问题的过程中产生、发展形成的,即利用虚拟现实技术研究系统要素及要素之间的关系,目的是发现问题,解决问题。
3)从资源配置来看,远程教育与虚拟现实都以智力资源即人才为基础。不同的是远程教育的开展推动了智力资源的发展,即培养了人才、丰富了知识;而虚拟现实技术的发展依靠人才与知识。这样,远程教育便为发展虚拟现实培养了人才资源。
4)从技术方面来看,远程教育与虚拟现实都属于高新技术。不同的是远程教育是以高新技术为支柱;而虚拟现实是一种高新技术。这样,虚拟现实为远程教育的实现提供了技术支持。
21虚拟现实技术是推动远程教育发展的关键技术(表二)
项目远程教育发展的需要虚拟现实技术的贡献
系统化问
题
通过远程教育传播的知
识,不仅知识自身具有
一定的体系,而且传播
模式具有一定系统性
通过虚拟教师、虚拟教
室、虚拟书馆等提供知
识的学习、辅导、测
试、评价等使整个远程
教育成为一个完整系统
知识不断
更新
当今是知识经济时代,
信息更是日新月异,为
满足教育的终身化及学
习的社会化,更新知识
的内容、速度、效率都
是至关重要的
虚拟现实技术应用于培
训有了相当成功的经
验,在提高培训环境、
速度、效率、深度,以
及广度上将给远程教育
发展带来重要的契机
软科学的
发展
设计、管理、决策、评
估在远程教育中都占据
着重要的地位,关系到
远程教育的效用性
虚拟现实技术是发展软
科学的重要工具,也是
测试假设的良好手段
四、开发利用虚拟现实技术,推动发展远程教育发展
随着信息技术的不断革新,在未来的远程教育发展过程中,虚拟现实将作为一种高新技术为远程教育的实施提供重要而关键的技术支持。
1)从系统化角度看,远程教育是传播知识的一种方式,通过远程教育传播的知识具有科学系统性,而远程教育作为一种传播模式也应具有一定的系统性。通过虚拟现实技术实现的虚拟教师、虚拟教室、虚拟书馆等提供的学习、辅导、测试、评价等使整个远程教育成为了一个完整的系统。
2)从经济学角度看,远程教育的发展应立足处理好教育质量、效益与规模三者间的关系。知识经济的时代,为满足教育的终身化及学习的社会化,更新知识的内容、速度、效率及扩大知识传播的范围都至关重要。虚拟现实技术可以及时、便捷的更新知识,快速、广泛、准确的传播知识,在保证教育质量的前提下可以扩大教育规模,提高教育效益。
(下转第37页)
36采用多种形式来展示,如电子演示文稿、网页等。指导教师把学生在学习活动中的成长记录进行整理,作为对学生学习评价的第一手资料。
6.适时反省,积极思考
要求学生学习结束后,对研究的过程加以回忆和思考,总结专题学习的基本思想与方法等,为下一内容的学习作好准备。
在整个学习过程中,学生始终处于主体地位,教师则扮演着组织者、促导者的角色、通过引导、建议去鼓励学生的不同想法,提升学生的综合、分析、判断等高层次思维能力。
五、网络环境下专题式学习模式对学生学习能力的培养
通过开展网络环境下基于小组合作学习的专题式学习,不仅可以使学生掌握所学的知识,而且还可以掌握一些网上操作技能,同时对学生综合学习能力的培养也具有积极的意义。
1.培养学生的多种思维方式
开展网络环境下的专题式学习,鼓励学生进行积极思维、合理猜想、演绎推理等多种方式来思考、讨论、分析、研究学习内容,可以从多方面来培养学生的思维能力。这种学习方式重视小组合作交流,可以给学生提供充分自主的活动空间和广泛交流的机会,在学生与学生之间、学生与指导教师之间不是面对面的情况下,更有利于让学生充分施展自己的才能,大胆展开讨论,发表自己的见解。
2.培养学生的思考以及团结合作精神
在整个学习过程中,学生先是通过网络获得学习主题,然后单独进行分析思考、查阅资料,再进行分组讨论,合作完成学习,有助于培养学生的思考和团结合作的精神。
3.培养学生的创新精神
通过网络开展小组合作的专题式学习给了学生充分的活动空间和时间,利用网络互动,采用参与式,讨论式,探讨式,发散式等教学手段,以充分发挥学生的主体性和创造性。在合作学习中,组内成员必须资源共享,彼此交流,相互启发,小组合作学习的优越性在这里得以充分的体现,学生们在没有任何压力的情况下,一些大胆的设想,会在小组中得到反驳或认可,并加以探讨。在网络中的交流更容易挖掘他们的创新性。
【参考文献】
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(本文责任编辑:刘仁坤)
(上接第63页)
3)从评估原理看,远程教育评估是为了获得教育效果的反馈数据资料,根据数据可以不断完善系统。虚拟现实为评估数据的获得提供了途径,即通过虚拟现实中的一些数据库技术,可记录学生的学习成绩,各学习内容的学习时间及存在问题等信息,作为评价、完善远程教育系统的依据。
通过考察和分析,我们看到远程教育为虚拟现实世界带来了新的挑战和机遇,虚拟现实技术将因自身的特点而在远程教育中快速发展,同时也推动远程教育的发展。虚拟现实技术在远程教育中占据重要的地位。
【参考文献】
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(本文责任编辑:刘仁坤)
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