【来源】中国现代教育装备｜2022.07

【作者】程明智，博士，教授。北京印刷学院，102627 ｜张凤全，博士，教授。北京邮电大学，100876｜李刚，硕士。北京威尔文教科技有限责任公司，100095

【标题】“VR+教育”开启教育新变革

摘要：主要讨论基于VR技术的沉浸感、交互性等特点，将VR与课堂教学相结合，以VR课堂教学为代表的新型课堂教学形式对促进课堂教学方式变革产生的深远影响。将VR技术与课堂教学相结合可以让学生置身虚拟的宏观或微观场景，进行更为生动的知识获取活动，通过与虚拟场景的互动探索，深化学生对知识的理解与掌握。

关键词：VR技术；课堂教学；差异化教学；自主探索；教育变革

一、问题的提出

教育是一个民族最根本的事业。为了培养好社会主义建设者和接班人，必须用先进的技术手段，基于党和国家的事业发展全局来研究教育问题，从根本上解决目前课堂教学中存在的问题，提高课堂教学质量。

随着我国教育工作任务、目标的明确，教育现代化水平不断提升，信息技术与教育教学的融合不断深入，要求学校不断更新教育教学方式，打造能满足新形势下教学需要的课堂。现有信息技术在课堂教学中的应用，一定程度上解决了教育资源短缺等问题，实现了资源从无到有的转变，但对课堂教学质量快速提升不能起到很好的催化效果。

近年来，VR技术的高度沉浸感、可交互等特性，推动了以VR超感课堂为代表的创新型课堂教学形式的发展，为促进课堂教学变革发挥了重要作用，催化了新形势下VR教育和VR课堂教学的诞生。

在以往课堂教学过程中，学生每人一个VR眼镜，上课时需要根据所学内容，按学科、名称查找课程，然后体验，且课程资源多为全景视频形式，学生不可操作，这就失去了VR教学的实际意义。这种形式的VR教学，使学生注意力不集中，教师授课进度不统一，导致课堂教学效率明显下降。

因此，如何利用VR技术优势设计符合课堂教学需要的课程、用什么方式提高VR课堂的教学效果，是VR课堂教学需要解决的关键问题。

二、VR技术与课堂教学结合的必要性分析

1.课堂教学方式的演变

纵观课堂教学形式的发展历程，可以发现其大致分为：第一代，“黑板+粉笔”的板书式授课；第二代，投影机、录音机等视听技术式授课；第三代，电子白板、PPT、视频等的多媒体式授课。可以看出，多媒体教育教学技术的演变是教学方式变革的节点，对教学方式、方法有本质上的影响，但目前的多媒体授课方式仍停留在PPT、图片、二维平面视频的基础上，导致课堂教学仍很枯燥，学生的理解能力得不到很好提升。如今，基于VR技术的沉浸感、交互性、构想性等多感官特性，很多教育研究者认为VR技术与教育教学的融合将是下一代教学改革的方向(见图1)。

2.VR技术特点分析

VR是虚拟现实的简称，主要利用计算机，借助图形、传感、影音等技术产生三维空间的虚拟世界，让体验者置身于虚拟场景中，探索了解宏观或微观世界。VR课堂教学采用三维沉浸式教学，通过让学生置身于虚拟世界，身临其境地探索知识，来充分调动学生的学习兴趣和自主探究的能力。其主要功能特性包括以下几方面。

沉浸感：让体验者置身于现实生活中难以到达的三维虚拟场景，如太空、人体内部等，身临其境地探索学习虚拟环境下的相关知识。
交互性：体验者在VR体验过程中，可与虚拟场景中的事物进行简单交互操作，以此来激发体验者的探索欲望，提高体验者的学习兴趣。
构想性：可以拓宽人类的认知范围，突破时间、空间限制，再现生活中难以见到的或者原本不存在的事物。
基于以上多种特性，VR技术与课堂教学的结合必将推动以往的“以教促学”学习方式，向学习者通过自身与虚拟环境的交互操作自主探索得到新知识、新技能的新型学习方式转变，从而促进教育方式的创新和教学方法的变革。

3.VR在课堂教学中应用的价值

以往常规课堂的教学形式大多由教师借助文字、图片、PPT等对知识点进行文字讲解，课堂缺乏感染力、学生参与度低，只能被动地接受知识灌输，缺乏对知识的探索，课堂教学效率很难得到提高。

基于上述课堂教学现状，为了推动个性化教育，全面提升学生的学业质量、综合素质和科学素养，结合教育部相关文件指导、教育学者的意见和建议、一线教师的授课经验，打造出了基于VR课堂的新型课堂教学形式，是助力课堂教学的可移动式的整体解决方案，针对教育行业的VR应用需求，从硬件、软件、内容、资源、操控方式等方面对前期VR 设备在教育应用中存在的问题进行了解决和优化，能够较好地促进课堂教学提质增效。

三、VR课堂教学形式探究

1.VR课堂教学方案介绍

VR课堂教学主要是结合中小学生身心发展特点，利用VR构建场景化的基于任务的学习环境，寓教于乐，提高学生的学习兴趣。实践模式下的多分支、场景化探索学习模式支持学生自主体验和总结不同的观点和想法，在探索中寻找问题的答案，最终提升解决问题的能力。基于让学生有兴趣、爱探索的原则，VR课程内容通过体验学习多学科知识点，与已有知识结构相叠加，改进或创造新的事物，促进创新能力发展。情境化教学、体验式学习和领悟等多种方式，能让教学过程更有趣、生动、高效，从而实现教学的全面创新和高效升级(见图2)。

2.VR课堂教学资源种类介绍

教师可以利用VR课堂教学设备自主选择教学内容、把握教学进度、管理学生的学习过程、收集学习大数据等。虚拟现实教育平台上有语文、数学、英语、科学、生物、物理、化学、历史、地理、美术、音乐等学科的四百余节紧扣国家教学大纲的课程资源，还有与多家权威机构合作的安全、航空、自然等科普教育内容资源(见图3)。

3.VR课堂教学硬件组成

VR课堂教学设备可将虚拟现实技术与实际教育教学知识点紧密结合，将多种形式应用于课堂教学场景，以优质的VR课程资源为核心，其硬件设备可包含VR超感学习机、教师管理设备、中控服务器、移动充电车与投屏传输器等，可与VR课堂教学软件、教学授课管理系统、中控系统及海量优质教学资源等融合为一体，打造出与实际教育教学高度契合的高仿真、沉浸式、可交互的一体化解决方案(见图4)。

四、VR课堂教学应用

VR课堂教学课程资源主要利用3D建模技术构建三维立体场景，建造三维立体模型。教师端通过控制系统启动课程，进行课程体验。

VR超感教室平台集教学资源与多重功能于一体，致力于打造更便捷、高效的超沉浸、全感官的课堂，让学生能全身心地投入课堂学习中。登录系统平台后，教师可通过单击上课按钮进入课程主界面，自由选择课程的章节。主界面的功能包括：一是管理功能，可及时查看学生所使用设备的联机状态、电量使用情况、指定学生所看课程内容等，极大地提高了VR课堂教学的可控性。二是截屏功能，教师端选定的学生可以对所看到课程内容进行截屏，教师端、学生端都可将课堂问题及时反馈，小组讨论交流，能极大地发挥学生学习的自主性。三是黑屏功能，教师端通过此功能可及时控制整体教学进度，提高学生课堂的管理力度。四是标记功能，教师可引导学生紧跟教学进度，集中学生注意力。五是视点功能，教师可以及时查看所有学生在课程内的注视点，有助于观察学生对知识探索的情况。六是自由功能，教师端通过设置可让学生发挥自主性，自由探索总结课程内的相关知识，激发学习兴趣，培养探索精神。七是一键关机功能，教师可及时关闭所有设备，便于设备的维护和管理，让课堂教学更高效便捷。平台的功能界面展示见图5。

通过以上分析可知，VR课堂教学指基于VR技术的沉浸感、交互性和构想性三大特点而构建的与教学大纲课程内容相匹配的沉浸式虚拟教学场景。它具有以下不可替代的作用。

1.构造真实的虚拟场景加深学生对知识点的理解

在以往的课堂教学中，知识的传授只能通过文字、语言等形式，过于单调，对于抽象问题难以清晰透彻地讲清楚。然而VR技术不受时间、空间限制，可以随时为体验者营造三维全景立体空间，让学生沉浸在生动、逼真的学习环境中，大大扩展了学生对知识的探索空间，较直观地呈现了抽象概念，有效帮助学生加深了对知识的理解，从而极大地提高了学生的学习效率。

2.节省成本增强安全性

以往的课堂教学受到设备、场地、经费等条件制约，许多大型或有一定危险性的实验难以开展。VR 技术可构建真实的实验场景，让学生置身于虚拟实验室，借助虚拟实验器材，完成各种实验操作，并得到准确的实验数据。可以说，在保证实验课程能正常进行的前提下，这一方式既提高了教学效率，又减少了实验操作可能带来的困难和危险，并大幅度降低了实验成本。此外，VR技术还有助于德育课程的开展。例如VR党史课程，可通过直观生动的场景再现，加强学生的爱国主义、集体主义、社会主义教育，引导青少年听党话、跟党走，同时强化学生良好行为习惯和法治意识的养成。

3.情境化教学寓教于乐

VR技术通过呈现虚拟的三维场景教学情境，实现了差异化教学，让学生在知识探索的过程中极大地满足了个性化学习需求，极大地调动了学习兴趣和主动性。实践证明，VR技术可以给学习者带来放松、愉悦、成就感等积极情绪，激发学生的内在学习动机。此外，VR技术也可创设逼真的场景，让学生与虚拟世界进行高效互动，从而让学习者实现较高的学习参与度。

4.抽象概念具象化提高学习兴趣

VR技术为学生创设接近真实的学习环境，能够激发学生学习的兴趣和热情，突破以往教学的难点和瓶颈，从而让学校教学变得更有效率。此外，教师还可组织学生开展基于VR技术的课堂互动、自主学习、探究式学习等创新教学活动，策划特色教育课程内容，从而从整体上提升学校教育教学质量。

五、结语

VR技术应用于教育教学是教育技术发展的一次重大飞跃。同时VR技术也是积极响应“双减”政策的有力工具，能够有效减轻学生的学业负担，提高学生的学习兴趣，促进学生德智体美劳全面发展。随着VR技术的不断发展和完善，VR课堂教学设备会越来越受到教育工作者的重视和青睐，并越来越广泛地应用于教育教学领域，发挥重要作用，为推进我国课堂教学变革发挥了作用。

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