■作者简介
周明全 教授。中国计算机学会理事，中国计算机教育学会常务理事，教育部虚拟现实应用工程研究中心主任，北京师范大学信息科学与技术学院博士生导师。
杨婷婷 副教授。三亚学院信息与智能工程学院教师，现于北京师范大学信息科学与技术学院进修。
随着科技的发展，虚拟现实技术与计算机网络、人工智能的“联姻”，虚拟现实技术在社会的各个领域被广泛应用并逐渐普及。虚拟现实技术利用三维空间真实模拟现实世界，打破了时间和空间的限制，给教育领域的教育模式带来新契机和新面貌。
一、虚拟现实研究背景及现状
1.虚拟现实的概念
虚拟现实的概念是1965年由Sutherland博士在《The Ultimate Display》一文中提出的。它是多种技术的综合体，其中包括计算机图形技术、多媒体技术、人工智能等最新的先进技术，从而生成与现实世界逼真的数字化环境，提供用户的视、听、触等感知的人工虚拟。置身于其中，通过各种多媒体传感交互设备进行实时交互，用户会产生身临其境的真实感。
2.虚拟现实的特征
虚拟现实常用三个“I”表示其显著特点，即Immersion（沉浸感）、Interactive（交互性）以及Imagination（构想性）。沉浸感是实现用户全身心投入到仿真的虚拟环境中，并调动全部感觉器官；交互性则是用户沉浸在虚拟仿真环境中并与虚拟对象进行交互；构想性即从概念认知到定性定量分析并从而获得感性理性认识，深化知识，产生新的思想和创意。
二、虚拟现实在教育领域中的应用
将虚拟现实技术应用到教育中的目标，是从学习者只能从定量计算得到的数据结果中学习受到启发加深认识，到学习者从定性和定量的数字化综合环境中得到感性和理性认识，进而使学习者深化概念，产生新思想新想法，积极主动寻求探索新事物新知识的过程，因而促进创新人才的培养。
1.传统教育存在的问题
（1）学校教学客观条件的限制
由于学校教学资金的投入有限，教学设备仪器更新换代周期较长，导致教学内容和教学目标落后陈旧，无法适应社会发展，更不能与现代的先进技术发展程度相联系，因此学生接受的知识体系与时代发展脱节。
（2）时间和空间的限制
在教学过程中受到时间和空间上的限制和要求，一些实际情境的展现只能通过教师的语言描述或者图片展示，使学习者产生认知偏差。例如：在教学中不能同时展示二十四节气的变换，学生只能凭借教师的讲述或者思维定式的回忆性学习。
（3）缺乏环境实践操作，只能纸上谈兵
传统教育只注重理论知识点的讲授，但面对实践操作的知识，只能根据学校条件选择简单便宜的实验设备仪器进行简易实验操作。因此绝大多数实践课程内容成了摆设，缺乏实际动手能力的培养。学习者在今后的岗位工作中，不能针对遇到的问题提出各种解决方案，并选择最佳规避危险和经济损失。
2.虚拟现实技术在教育领域中应用形式
（1）虚拟实验
虚拟实验是利用虚拟现实技术营造出与真实世界相近的实验环境，这样既可以避免真实实验的安全风险，又可以降低实验设备成本。例如：在虚拟实验室可以完成天体运动观测，也可以完成电磁感应实验，还可以在短时间内感受二十四节气的变化。因此虚拟实验可以提高教学效果及质量，打破时间和空间的限制，再现许多经典的实验内容，利于推动和发展教学改革和创新人才培养。
（2）虚拟现实科学探索
虚拟现实技术还可以进行科学探索，减少科学实验带来的财产和人力的损失。
例如：北京师范大学的基于虚拟宇航环境的极端环境心理健康研究，就为动态研究极端恶劣环境中个体的心理健康变化规律提供了可能的条件。该实验是利用虚拟现实技术，通过让被试者处于仿真模拟的宇航场景中，考察被试者在恶劣环境中的心理健康状况，探究可能出现的各种情况和问题并且提供解决方法。
（3）虚拟校园
虚拟校园是利用虚拟现实技术与网络等技术，构建与现实校园相近的虚拟环境，让学习者可以通过虚拟校园浏览学校全貌，还可以进行远程学习和服务。例如：西安交通大学的虚拟校园不仅利用三维技术实现虚拟校园建设，而且为学习者提供网络三维立体信息，如提供空闲教室的信息、大型设备的定位及虚拟图书馆等。
三、V-learning带来新契机
虚拟现实技术和计算机设备的发展，为教育教学也带来了新的契机和挑战。Leonard A. Annetta曾提出在21世纪的远程教育中通过网络技术使用3D虚拟环境进行远程教育。北京师范大学的周明全教授把基于虚拟现实与可视化技术的教育叫作V-Learning，这种虚拟学习是用可视化的方法表述学习内容，在虚拟现实环境中交互学习。
V-Learning教学最主要的特征是注重学生的体验效果。V-Learning现在面临的主要问题是教学内容的改革，即如何使教学内容更适合进行三维场景的设计和虚拟体验；还有就是教学过程的改革，即如何在V-learning教学过程中实现师生之间的情感表达和教学互动；另外就是教学效果的评价。北京师范大学开发了一套基于V-Learning的平台系统——维乐学习系统。它结合了中小学的学习和创新，为基础教育提供一种基于虚拟现实和可视化的教学技术学习方法。
虚拟现实技术为现代教育教学提供了更为广阔的天地和强有力的技术支持，特别是V-learning教学为教育领域带来了新的契机和活力。但是在未来的发展过程中，虚拟现实技术的应用也将对教师提出更高的要求，所以虚拟现实技术在教育教学中的应用不是一蹴而就的，而是一个任重道远的长期工作。
