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摘要：文章從當(dāng)今虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品風(fēng)行和虛擬現(xiàn)實概念持續(xù)升溫的現(xiàn)象出發(fā)，揭示了虛擬現(xiàn)實技術(shù)大爆發(fā)的原因，指明了開展虛擬實踐教學(xué)所面臨的機遇。同時，文章從技術(shù)、教學(xué)和道德等三個方面，探討了開展虛擬實踐教學(xué)所需應(yīng)對的挑戰(zhàn)，并針對挑戰(zhàn)提出了相應(yīng)的對策，包括政府與行業(yè)共同推進技術(shù)發(fā)展、教學(xué)應(yīng)用上繼續(xù)拓展深入、教師積極引導(dǎo)學(xué)生正確認識虛擬與現(xiàn)實的關(guān)系，以期為教育工作者開展虛擬實踐教學(xué)提供參考。

關(guān)鍵詞：VR；虛擬現(xiàn)實頭盔；沉浸感；虛擬實踐教學(xué)

2014年3月，F(xiàn)acebook斥資20億美元收購Oculus，并推出頭戴顯示設(shè)備。從那時起，VR、視場角、刷新率等新名詞開始不斷涌現(xiàn)。隨后，互聯(lián)網(wǎng)巨頭紛紛搶灘VR領(lǐng)域，如阿里巴巴宣布成立VR實驗室，將專注打磨未來購物體驗，并聯(lián)合阿里影業(yè)、阿里音樂、優(yōu)酷土豆等建立VR內(nèi)容輸出標準，推動高品質(zhì)VR內(nèi)容產(chǎn)出[1]；蘋果公司則向《金融時報》確認，虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實（Augmented Reality，AR）領(lǐng)域的頂級研究者道格·鮑曼已經(jīng)加盟蘋果公司，這表明蘋果公司正在關(guān)注虛擬現(xiàn)實市場。從Facebook、蘋果公司到索尼、三星，全球的科技巨頭似乎一夜之間紛紛卷入了消費級VR的風(fēng)口，使VR逐漸邁入消費者的主流市場。

作為一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機技術(shù)，VR利用計算機生成模擬環(huán)境，借助虛擬現(xiàn)實頭盔、數(shù)據(jù)手套等設(shè)備，使用戶實時感知和操作虛擬世界中的對象，獲得身臨其境般的感受。相對于計算機，VR將扁平的虛擬世界提升到三維立體的虛擬世界，其操控交互方式更加擬人化、自然化。實際上，VR并不是什么新事物，它可以追溯到20世紀50年代的立體電影和各種寬銀幕電影；VR技術(shù)的概念形成于20世紀80年代，當(dāng)時美國的宇航局、國防部組織了一系列有關(guān)VR技術(shù)的研究，游戲機廠商也嘗試過VR模式[2]；20世紀90年代，任天堂公司開發(fā)的VR游戲機Virtual Boy賣了126萬——但是，這些都沒有讓VR普及起來，直到2016年“VR元年”的到來，VR產(chǎn)品才紛紛現(xiàn)世。歷經(jīng)多年，VR終于從“神壇”走向平民化，其原因何在？

①技術(shù)瓶頸的攻克。VR出現(xiàn)后，由于技術(shù)有限，其清晰度和刷新率均無法達標，所以VR一直只能作為一種“高端概念”而存在。隨著計算機硬件技術(shù)的迅猛發(fā)展和計算機軟件系統(tǒng)的不斷改進，VR技術(shù)得以不斷發(fā)展，基于大數(shù)據(jù)集合的聲音和圖像實時動畫的實現(xiàn)成為可能。此后，芯片、顯示、人機交互技術(shù)等的發(fā)展，進一步推動VR技術(shù)逐漸成熟，雖其產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，但用戶對VR的模糊認識已逐漸清晰，對VR的切身體驗也越來越多。

②設(shè)備成本的降低。VR的實現(xiàn)需通過系統(tǒng)構(gòu)建一個高質(zhì)量的虛擬場景，而這首先就需要配備高分辨率的虛擬現(xiàn)實頭盔顯示器、高音質(zhì)的耳機和高精度的數(shù)據(jù)手套等設(shè)備，因而造成了VR產(chǎn)品在過去一直價格高昂，無法推廣。隨著4K電視、數(shù)據(jù)交互技術(shù)等的飛速發(fā)展，VR設(shè)備的成本也在不斷下降。如今，電子技術(shù)的更新?lián)Q代使VR設(shè)備愈加便宜，用戶甚至可以把智能手機當(dāng)作VR平臺，只需要一個附帶設(shè)備便可以享受VR體驗。

③沉浸感的提升。以往主要通過借助CAVE系統(tǒng)和比真人大的180°投影環(huán)境來獲得身臨其境之感——以這種不小于現(xiàn)實比例的屏幕來達到沉浸的方式，不僅制作體積龐大、費用高昂，而且操作復(fù)雜，故制約了VR的流行與推廣。如今，VR的技術(shù)瓶頸得以解決，清晰度、刷新率不斷改進，虛擬現(xiàn)實頭盔等設(shè)備不斷完善，使VR產(chǎn)品的畫面和真實感都得到了提升，視聽體驗也達到了前所未有的高度，故不再需要借助超大比例的投影屏幕就可以實現(xiàn)極致沉浸體驗。

當(dāng)前，各大科技企業(yè)巨頭紛紛推出VR產(chǎn)品。隨著刷新率與屏幕分辨率的極大提高，輸入設(shè)備在姿態(tài)矯正、精準度、延遲等方面的持續(xù)改善，VR技術(shù)的日趨成熟，設(shè)備成本的不斷下降，基礎(chǔ)級VR產(chǎn)品大量涌入市場，人們對VR應(yīng)用的最低要求得到滿足，使VR應(yīng)用躍上了一個新的臺階，VR時代的實踐教學(xué)迎來了新機遇。

1 實踐教學(xué)環(huán)境的虛擬化

在實踐教學(xué)中，往往會受到教學(xué)條件的限制，如實踐場地有限、設(shè)備費用昂貴、實踐材料消耗大等。而運用VR技術(shù)，既可以在計算機上建立虛擬儀器設(shè)備、虛擬實驗室、虛擬實踐基地，創(chuàng)造接近于實際的技能仿真訓(xùn)練環(huán)境，也可以在計算機上優(yōu)化實踐教學(xué)的環(huán)境。因此，應(yīng)用VR技術(shù)在計算機上生成模擬環(huán)境，能較好地解決實踐場地限制、裝備損耗等問題，可進行操作復(fù)雜、費用高、周期長的實踐教學(xué)[3]，增加實踐教學(xué)的機會，提高實踐教學(xué)的效率。

2 實踐教學(xué)時空的自由化

應(yīng)用VR技術(shù)，可以突破實踐教學(xué)的時空限制，實現(xiàn)反復(fù)的、無危險的情境式實踐教學(xué)；可以在任何時間、地點提供將特定的對象和發(fā)生的事件（如過去、現(xiàn)在、未來、微觀、宏觀、幻想等世界）予以單獨呈現(xiàn)或進行有機組合的教學(xué)內(nèi)容與虛擬環(huán)境。也就是說，應(yīng)用VR技術(shù)可以使學(xué)習(xí)者不受時空的制約，隨時隨地進入學(xué)習(xí)環(huán)境，自主安排學(xué)習(xí)的進度，進行“虛擬”的實踐體驗并從中獲取經(jīng)驗，在反復(fù)探索中充分發(fā)揮學(xué)習(xí)的主體性與實踐的積極性。

3 進一步激發(fā)學(xué)習(xí)動機和實踐興趣

VR具備的聲、圖、文并茂功能，極大地提高了學(xué)習(xí)者的感知水平——VR技術(shù)創(chuàng)設(shè)的逼真學(xué)習(xí)場景、呈現(xiàn)的多重感官刺激、提供的動態(tài)人機交互，增強了學(xué)習(xí)的沉浸感，并給學(xué)習(xí)者帶來了放松、愉悅、有趣的積極情緒，故有利于激發(fā)學(xué)習(xí)者主動學(xué)習(xí)的興趣，從而便于教學(xué)活動的順利實施。如在介紹河姆渡人的生活場景時，通過運用VR技術(shù)創(chuàng)建的虛擬情景，學(xué)習(xí)者可以進入并感受河姆渡人的生活情景——這種四維（三維空間+時間）的呈現(xiàn)方式，比二維的體驗?zāi)Ｊ礁鬃寣W(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)激情[4]。

4 實現(xiàn)情境化教學(xué)

情境學(xué)習(xí)理論強調(diào)知識與情境的相互作用，認為學(xué)習(xí)者是在一定的情境中主動建構(gòu)知識。通過VR技術(shù)打造具有真實感的學(xué)習(xí)情境，學(xué)習(xí)者可以在虛擬的學(xué)習(xí)情境中主動建構(gòu)知識。比如，在醫(yī)學(xué)實踐教學(xué)中，利用VR技術(shù)可以模擬人體的各個部位、功能，實現(xiàn)各種病癥及治療、護理效果的仿真再現(xiàn)，提供近似真實的醫(yī)療、護理訓(xùn)練條件[5]；在物理實驗教學(xué)中，構(gòu)建的虛擬物理實驗室采用VR技術(shù)對現(xiàn)實現(xiàn)象進行模擬，能實現(xiàn)用可視化的方式來展示物理現(xiàn)象，并通過操作虛擬環(huán)境來觀察實驗過程和了解實驗效果[6]；在化工專業(yè)實踐教學(xué)中，通過建立虛擬化工單元實驗操作場景，使學(xué)生熟悉各種操作，可以將實驗室中的關(guān)鍵操作、故障設(shè)置、安全隱患等設(shè)計成真實感強的三維世界[7]；而在歷史教學(xué)中，也可利用VR技術(shù)還原歷史事件與歷史情境，使學(xué)生親身體驗當(dāng)時的情境，從而更深入地領(lǐng)會課本上的相關(guān)歷史知識。

1 技術(shù)效果與標準挑戰(zhàn)

①虛擬現(xiàn)實頭盔存在技術(shù)難題。有研究表明，虛擬現(xiàn)實頭盔的分辨率至少要達到4k甚至更高，才能獲得較好的畫質(zhì)。然而，當(dāng)前大多數(shù)虛擬現(xiàn)實頭盔的分辨率遠未達到這個程度，而且設(shè)備使用中的眩暈問題也難以徹底解決。②感知效果比較有限。在虛擬世界的感知方面，有關(guān)視覺合成的研究很多，而對聽覺、觸覺（力覺）的關(guān)注較少，基于嗅覺、味覺的設(shè)備還很不成熟。也就是說，在與虛擬世界的交互中，自然交互性不強，在語音識別等人工智能方面的效果還遠不能令人滿意[8]。③缺乏統(tǒng)一的行業(yè)標準。目前，VR產(chǎn)品眾多，各廠商各行其是——無論是頭戴設(shè)備廠商還是內(nèi)容廠商等，由于行業(yè)標準不統(tǒng)一，故各類VR產(chǎn)品的相關(guān)核心技術(shù)、設(shè)備之間無法實現(xiàn)互聯(lián)互通，致使VR產(chǎn)品的大規(guī)模推廣與產(chǎn)業(yè)化受阻。VR在技術(shù)與標準上存在的挑戰(zhàn)，在一定程度上影響了實踐教學(xué)的設(shè)計與實施。

2 案例研究與教學(xué)挑戰(zhàn)

目前，VR技術(shù)在虛擬實踐教學(xué)中的應(yīng)用還處于初級階段，相關(guān)的案例研究成果不夠豐富，且大多屬于經(jīng)驗型研究，缺乏配套的理論指導(dǎo)和模式建構(gòu)。此外，虛擬實踐教學(xué)還面臨著兩方面的教學(xué)挑戰(zhàn)：①教學(xué)開發(fā)技術(shù)門檻高。在虛擬實踐教學(xué)中，需要大量進行技術(shù)與教學(xué)資源相結(jié)合的研究工作，尤其需要解決交互技術(shù)、仿真技術(shù)等一系列關(guān)鍵的技術(shù)問題，這就需要加大研發(fā)投入，同時對教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法進行準確理解和把握。就目前而言，由于教學(xué)開發(fā)技術(shù)門檻過高，學(xué)科教師很難像開發(fā)課件那樣去熟練地設(shè)計、開發(fā)相關(guān)的虛擬教學(xué)資源。②新環(huán)境下的教學(xué)設(shè)計面臨挑戰(zhàn)。VR技術(shù)為教學(xué)過程體驗、教學(xué)結(jié)果呈現(xiàn)、教學(xué)評價及師生交互等提供了新的可能，而新環(huán)境下的教學(xué)活動如何設(shè)計、學(xué)習(xí)過程如何交互、學(xué)習(xí)效果如何評價等，都成為了虛擬實踐教學(xué)亟待解決的問題。

3 虛擬成癮與道德挑戰(zhàn)

利用VR技術(shù)展現(xiàn)的虛擬世界，是一個比真實生活更引人入勝、且更易于掌控的世界。青少年學(xué)生一旦沉浸于虛擬世界，若自制力不強，就會深陷其中且難以自拔，最終導(dǎo)致虛擬成癮。而虛擬教學(xué)與現(xiàn)實教學(xué)之間的強烈反差，也容易引起青少年學(xué)生對現(xiàn)實教學(xué)的厭倦心理，這就需要教育為之付出一定的代價。此外，虛擬世界將人們帶入了一個圖像聲效時代，所有的突發(fā)事件、各種災(zāi)難與極致體驗等，經(jīng)過VR技術(shù)傳遞，均成為一次安全的、不在場的奇遇式刺激。由于在虛擬世界中的各種操作行為都沒有實際危險，不會造成現(xiàn)實傷害，因此可能會出現(xiàn)各種各樣膽大妄為的虛擬體驗，使學(xué)習(xí)者形成不負責(zé)任的態(tài)度和習(xí)慣[9]——這對實驗類操作性實踐教學(xué)尤為不利。值得注意的是，虛擬世界中沒有次數(shù)限制的操作體驗，還會降低學(xué)習(xí)者對事物的新奇感和規(guī)則感，從而養(yǎng)成無視現(xiàn)實世界中各種是非現(xiàn)象的習(xí)慣，進而形成麻木冷淡的性格。

1 政府與行業(yè)共同推進技術(shù)發(fā)展

從VR行業(yè)本身來說，應(yīng)將重點放在：①不斷升級設(shè)備——在改進現(xiàn)有VR設(shè)備的同時，加快新VR設(shè)備的研制工作，并及時推進相關(guān)硬件設(shè)備的更新?lián)Q代；②加大技術(shù)研發(fā)力度——進一步突破VR領(lǐng)域的核心技術(shù)，提升視覺傳感、體感識別、眼球追蹤、觸覺反饋等關(guān)鍵技術(shù)水平，打破現(xiàn)實世界和虛擬世界之間的隔閡，提升用戶體驗；③盡快建立并完善行業(yè)標準——由于行業(yè)標準不統(tǒng)一，各類VR產(chǎn)品的相關(guān)核心技術(shù)、設(shè)備之間無法實現(xiàn)互聯(lián)互通，不足以支撐VR產(chǎn)品的大規(guī)模推廣與產(chǎn)業(yè)化，因此硬件設(shè)備、軟件工具、內(nèi)容生產(chǎn)等層面的標準化迫在眉睫。

與此同時，政府應(yīng)通過政策和經(jīng)費支持，明確產(chǎn)業(yè)政策支持的方向，推動VR產(chǎn)品關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)，頂層設(shè)計VR行業(yè)與各領(lǐng)域融合發(fā)展的路線圖，并提供具體的發(fā)展思路和政策引導(dǎo)。只有技術(shù)發(fā)展了，相關(guān)的應(yīng)用才能隨之推進，虛擬實踐教學(xué)才能“落地”。

2 教學(xué)應(yīng)用上繼續(xù)拓展深入

針對虛擬實踐教學(xué)中存在的案例研究與教學(xué)挑戰(zhàn)，未來的VR研究需在教學(xué)應(yīng)用上繼續(xù)拓展深入，具體包括：①開展典型案例研究。大規(guī)模的教學(xué)變革需要典型案例的引領(lǐng)和支撐，因此，應(yīng)結(jié)合我國虛擬實踐教學(xué)的具體需求，通過經(jīng)驗型的研究形成抽象的理論體系，并設(shè)計開發(fā)VR學(xué)習(xí)系統(tǒng)，以支持虛擬實踐教學(xué)的理論和模式探索。②降低教學(xué)開發(fā)的難度。具體來說，可以引入專業(yè)的VR技術(shù)開發(fā)人員來攻破教學(xué)開發(fā)技術(shù)的難關(guān)，搭建虛擬教學(xué)平臺，然后有針對性地對相關(guān)教師進行培訓(xùn)，讓教師能熟練地通過虛擬教學(xué)平臺開展虛擬實踐教學(xué)，并按照自己的需求設(shè)計、開發(fā)相關(guān)的虛擬教學(xué)資源。③深入研究虛擬實踐教學(xué)。虛擬實踐教學(xué)是一個復(fù)雜的活動過程，將VR的教育潛力變?yōu)楝F(xiàn)實，需要教育者的智慧。而教育者作為教學(xué)的主導(dǎo)，需立足于學(xué)生的發(fā)展，立足于實踐教學(xué)的教與學(xué)的需求[10]。具體來說，需要教師重新概念化一些重要的教學(xué)觀念（如語境、真實性等），設(shè)計交互和可視化的學(xué)習(xí)體驗，建立具體可行的學(xué)習(xí)體驗?zāi)Ｐ停⑨槍μ摂M環(huán)境下學(xué)生的學(xué)習(xí)行為和過程開發(fā)有效的監(jiān)控和評估工具，動態(tài)診斷學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，從而及時為學(xué)生提供干預(yù)和引導(dǎo)。

3 教師積極引導(dǎo)學(xué)生正確認識虛擬與現(xiàn)實的關(guān)系

虛擬實踐教學(xué)離不開教育工作者（主要指教師）的積極引導(dǎo)。由于青少年學(xué)生的思想尚未完全成熟、辨別是非的能力有限、容易受到誤導(dǎo)，因此應(yīng)充分發(fā)揮教師對青少年學(xué)生的引導(dǎo)作用，幫助他們學(xué)會正確認識虛擬與現(xiàn)實的關(guān)系，防止他們虛擬成癮、厭倦現(xiàn)實世界，盡量避免各種膽大妄為的不負責(zé)任的虛擬體驗。隨著VR技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬世界已然到來，對此我們應(yīng)清醒地認識到：虛擬只是手段、工具，生活終歸是現(xiàn)實的；只有合理認識虛擬與現(xiàn)實的關(guān)系，把科技力量控制在道德范圍內(nèi)，從虛擬的世界中走出，走回現(xiàn)實，才能讓虛擬豐富教學(xué)活動，并發(fā)揮虛擬本身的積極作用。

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