隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，新的教學(xué)媒體不斷涌現(xiàn)，繼多媒體之后，教學(xué)技術(shù)領(lǐng)域又出現(xiàn)了一個新型教學(xué)媒體，它就是虛擬現(xiàn)實技術(shù)(Virtual Reality)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是利用三維圖形生成技術(shù)、多傳感交互技術(shù)以及高分辨顯示技術(shù)，生成三維逼真的虛擬環(huán)境，使用者戴上特殊的頭盔、數(shù)據(jù)手套等傳感設(shè)備，或利用鍵盤、鼠標等輸入設(shè)備，便可以進入虛擬空間，成為虛擬環(huán)境的一員，進行實時交互，感知和操作虛擬世界中的各種對象，從而獲得身臨其境的感受和體會。
目前，虛擬現(xiàn)實技術(shù)已廣泛應(yīng)用于航空航天、醫(yī)學(xué)實習(xí)、建筑設(shè)計、軍事訓(xùn)練、體育訓(xùn)練、娛樂游戲等許多領(lǐng)域。在國外，虛擬現(xiàn)實技術(shù)已應(yīng)用于課堂教學(xué)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為新的教學(xué)媒體，它的出現(xiàn)無疑將對遠程教學(xué)產(chǎn)生深遠的影響。本文主要探討虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基本特征以及它在遠程教學(xué)中的應(yīng)用。
一、虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基本特征及類型
虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有以下三個基本特征：
1．沉浸性。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是根據(jù)人類的視覺、聽覺的生理心理特點，由計算機產(chǎn)生逼真的三維立體圖像．使用者戴上頭盔顯示器和數(shù)據(jù)手套等交互設(shè)備，便可將自己置身于虛擬環(huán)境中，成為虛擬環(huán)境中的一員。使用者與虛擬環(huán)境中的各種對象的相互作用，就如同在現(xiàn)實世界中的一樣。當使用者移動頭部時，虛擬環(huán)境中的圖像也實時地跟隨變化，拿起物體可使物體隨著手的移動而運動，而且還可以聽到三維仿真聲音。使用者在虛擬環(huán)境中，一切感覺都是那么逼真，有一種身臨其境的感覺。
2．交互性。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的人機交互是一種近乎自然的交互，使用者不僅可以利用電腦鍵盤、鼠標進行交互，而且能夠通過特殊頭盔、數(shù)據(jù)手套等傳感設(shè)備進行交互。計算機能根據(jù)使用者的頭、手、眼、語言及身體的運動，來調(diào)整系統(tǒng)呈現(xiàn)的圖像及聲音。使用者通過自身的語言、身體運動或動作等自然技能，就能對虛擬環(huán)境中的對象進行考察或操作。
3．多感知性。由于虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中裝有視、聽、觸、動覺的傳感及反應(yīng)裝置，因此，使用者在虛擬環(huán)境中可獲得視覺、聽覺、觸覺、動覺等多種感知，從而達到身臨其境的感受。
虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)按其功能不同，可分成三種類型：
1．沉浸型虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。沉浸型虛擬系統(tǒng)是一套比較復(fù)雜的系統(tǒng)。使用者必須頭戴頭盔、手帶數(shù)據(jù)手套等傳感跟蹤裝置，才能與虛擬世界進行交互。由于這種系統(tǒng)可以將使用者的視覺、聽覺與外界隔離，因此，用戶可排除外界干擾，全身心地投入到虛擬現(xiàn)實中去。這種系統(tǒng)的優(yōu)點是用戶可完全沉浸到虛擬世界中去，缺點是系統(tǒng)設(shè)備價格昂貴，難以普及推廣。
2．簡易型虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。簡易型虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)由一臺普通的計算機系統(tǒng)組成，使用者通過鍵盤、鼠標便可與虛擬環(huán)境進行交互。例如蘋果公司推出的快速虛擬系統(tǒng)(Quick Time VR)，是采用360度全景拍攝來生成逼真的虛擬情景，用戶在普通的電腦上，利用鼠標和鍵盤，就能真實地感受到所虛擬的情景。這種系統(tǒng)的特點是結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉，易于普及推廣，是一套經(jīng)濟實用的系統(tǒng)。
3．共享型虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。共享型虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)是利用遠程網(wǎng)絡(luò)，將異地的不同用戶聯(lián)結(jié)起來，共享一個虛擬空間，多個用戶通過網(wǎng)絡(luò)對同一虛擬世界進行觀察和操作，達到協(xié)同工作的目的。例如，異地的醫(yī)科學(xué)生，可以通過網(wǎng)絡(luò)，對虛擬手術(shù)室中的病人進行外科手術(shù)。
二、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在遠程教學(xué)中的作用
1．彌補遠程教學(xué)條件的不足。在遠程教學(xué)中，往往會因為實驗設(shè)備、實驗場地、教學(xué)經(jīng)費等方面的原因，而使一些應(yīng)該開設(shè)的教學(xué)實驗無法進行。利用虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，可以彌補這些方面的不足，學(xué)生足不出戶便可以做各種各樣的實驗，獲得與真實實驗一樣的體會，從而豐富感性認識，加深對教學(xué)內(nèi)容的理解。
2．避免真實實驗或操作所帶來的各種危險。以往對于危險的或?qū)θ梭w健康有危害的實驗，一般采用電視錄像的方式來取代實驗，學(xué)生無法直接參與實驗，獲得感性認識。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行虛擬實驗．則可以免除這種顧慮。學(xué)生在虛擬實驗環(huán)境中，可以放心地去做各種危險的或危害人體的實驗。例如，虛擬的化學(xué)實驗，可以避免化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的燃燒、爆炸所帶來的危險；虛擬的外科手術(shù)，可避免由于學(xué)生操作失誤，而造成“病人”死亡的醫(yī)療事故；虛擬的飛機駕駛教學(xué)系統(tǒng)，可免除學(xué)員操作失誤而造成飛機墜毀的嚴重事故。
3．徹底打破空間、時間的限制。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以徹底打破空間的限制。大到宇宙天體，小至原子粒子，學(xué)生都可以進入這些物體的內(nèi)部進行觀察。例如學(xué)生可以進入虛擬發(fā)電廠內(nèi)，考察發(fā)電
機的每個部件的工作情況以及每個部件之間的相互聯(lián)系，了解整個發(fā)電過程，這是電視錄像媒體和實物媒體所無法比擬的。 虛擬技術(shù)還可以突破時間的限制，一些需要幾十年甚至上百年才能觀察的變化過程，通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以在很短的時間內(nèi)呈現(xiàn)給學(xué)生觀察。例如，生物中的孟德爾遺傳定律，用果蠅做實驗往往要幾個月的時間，而虛擬技術(shù)在一堂課內(nèi)就可以實現(xiàn)。
4．可以虛擬人物形象。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)可以虛擬歷史人物、偉人、名人、教師、學(xué)生、醫(yī)生等各種人物形象，創(chuàng)設(shè)一個人性化的學(xué)習(xí)環(huán)境，使遠教學(xué)生能夠在自然、親切的氣氛中進行學(xué)習(xí)。例如，在虛擬的課堂學(xué)習(xí)氣氛中，遠教學(xué)生可以與虛報的教師、學(xué)生一起交流、討論，共同探討學(xué)習(xí)中的各種問題，進行協(xié)作化學(xué)習(xí)。再如，在思想品德課教學(xué)中，學(xué)生可以與虛擬的先進人物如雷鋒、孔繁森同志一起座談、交流，通過先進人物的言行來感化學(xué)生，從而達到思想品德教育的目的。再如，在外語教學(xué)中，可以通過計算機虛擬學(xué)生到國外旅游的情境，讓學(xué)生與人交談，達到訓(xùn)練學(xué)生口語的目的。
三、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在遠程教學(xué)中的應(yīng)用
虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠為學(xué)生提供生動、逼真的學(xué)習(xí)環(huán)境，學(xué)生能夠成為虛擬環(huán)境的一名參與者，在虛擬環(huán)境中扮演一個角色，這對調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，突破教學(xué)的重點、難點，培養(yǎng)學(xué)生的技能都將起到積極的作用。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在遠程教學(xué)中的應(yīng)用主要有以下四個方面。
1．知識學(xué)習(xí)。知識學(xué)習(xí)是指遠教學(xué)生利用虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)學(xué)習(xí)各種知識。它的應(yīng)用有兩個方面：一是再現(xiàn)實際生活中無法觀察到的自然現(xiàn)象或事物的變化過程，為學(xué)生提供生動、逼真的感性學(xué)習(xí)材料，幫助學(xué)生解決學(xué)習(xí)中的知識難點。 例如，在學(xué)習(xí)地理知識時，通過虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，將學(xué)生帶到北極去領(lǐng)略那里的自然風(fēng)光。在學(xué)習(xí)物理知識時，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，向?qū)W生展示如原子核裂變、半導(dǎo)體導(dǎo)電機理等復(fù)雜的物理現(xiàn)象，供學(xué)生觀察學(xué)習(xí)。
虛擬現(xiàn)實在知識學(xué)習(xí)中的另一個應(yīng)用是，使抽象的概念、理論直觀化、形象化，方便學(xué)生對抽象概念的理解。例如，學(xué)習(xí)加速度概念時，通過虛擬演示，讓學(xué)生觀察當改變物體的重力大小及方向時，加速度的變化情況，使學(xué)生加深對加速度概念的理解。
2．探索學(xué)習(xí)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以對學(xué)生學(xué)習(xí)過程中所提出的各種假設(shè)模型進行虛擬，通過虛擬系統(tǒng)便可直觀地觀察到這一假設(shè)所產(chǎn)生的結(jié)果或效果。例如，在虛擬的化學(xué)系統(tǒng)中，學(xué)生可以按照自己的假設(shè)，將不同的分子組合在一起，電腦便虛擬出組合的物質(zhì)來。通過這種探索式的學(xué)習(xí)方式，學(xué)生很有可能研究出新的物質(zhì)。利用虛擬技術(shù)，學(xué)生還可以進行溫室效應(yīng)、電路設(shè)計、建筑設(shè)計等方面的探索學(xué)習(xí)，從而研究出二氧化碳對全球氣候的影響規(guī)律，或設(shè)計出新的電路、新的建筑物。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行探索學(xué)習(xí)，有利于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。
3．虛擬實驗。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，還可以建立各種虛擬實驗室，如地理、物理、化學(xué)、生物實驗室，在“實驗室”里，學(xué)生可以自由地做各種實驗。在虛擬物理實驗室里，學(xué)生可以做重力、慣性等實驗。在虛擬的地理實驗室里，可以做地震波傳播、火山噴發(fā)等實驗。在虛擬的生物實驗里，可以做各種解剖實驗。在虛擬的化學(xué)實驗室里，可以利用各種化學(xué)藥品和天平、砝碼、溫度計等工具，做各種不同的化學(xué)反應(yīng)，觀察燃燒、爆炸等反應(yīng)現(xiàn)象。
4．技能訓(xùn)練。虛擬現(xiàn)實的沉浸性和交互性，使學(xué)生能夠在虛擬的學(xué)習(xí)環(huán)境中扮演一個角色，全身心地投入到學(xué)習(xí)環(huán)境中去，這非常有利于學(xué)生的技能訓(xùn)練。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以做各種各樣的技能訓(xùn)練。例如軍事作戰(zhàn)技能、外科手術(shù)技能、教學(xué)技能、體育技能、汽車駕駛技能、果樹栽培技能、電器維修技能等各種職業(yè)技能的訓(xùn)練。由于這些虛擬的訓(xùn)練系統(tǒng)無任何危險，學(xué)生可以不厭其煩地反復(fù)練習(xí)，直至掌握操作技能為止。例如：在虛擬的飛機駕駛訓(xùn)練系統(tǒng)中，學(xué)員可以反復(fù)操作控制設(shè)備，學(xué)習(xí)在各種天氣情況下駕駛飛機起飛、降落，通過反復(fù)訓(xùn)練，達到熟練掌握駕駛技術(shù)的目的。
目前，盡管虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的硬件設(shè)備還比較昂貴，虛擬現(xiàn)實技術(shù)尚未能普及。但是，隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，以及硬件設(shè)備價格的不斷降低，我們相信，虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為一個新型的遠教媒體，以其自身強大的教學(xué)優(yōu)勢和潛力，將會逐漸受到遠教工作者的重視和青睞，最終在遠教領(lǐng)域廣泛應(yīng)用并發(fā)揮其重要作用。
