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虛拟現實應用于教育的哪些領域?

時間:2024-11-06 07:02:41

今年2月份,權威機構高盛集團發布了《VR/AR:下一個通用計算平台》的詳細報告,其中列舉了最有可能率先實現應用的九大領域,教育作為其中之一,在結合虛拟現實技術進行探索的道路上展現出了巨大的潛力。目前關于VR+教育的構想和實現,國内外均有不少機構與企業正在嘗試,VR的介入做到了過去很多不可能做到的事情。

虛拟現實在教育方面的應用究竟如何呢?結合國内外的新聞,可以發現,教育方面的應用雖然已經陸續得到關注了,但是相對虛拟現實在遊戲等方面的應用,教育方面的應用仍然太少了。

将電子遊戲用于教育有很大的潛力。知名模拟和教學遊戲,例如《模拟城市》和MathBlaster已被應用于美國的小學教育。國際上虛拟現實的教育應用

首先,從國際上來看,科技公司盯上教育市場不是一天兩天的事情了。Google和蘋果都在努力往學校賣設備和軟件,Google推便宜的Chromebook筆記本,蘋果在賣硬件的同時曾經還想用iBooks取代教科書。不僅如此,去年,Google宣布了ExpeditionsPioneer項目,向老師們提供所需的全部設備,利用虛拟現實技術帶領學生們展開各種各樣的冒險之旅,例如進入海底或外太空等;随後又與加州頂尖公立學校合作,免費推廣虛拟現實的教室系統。

日本某地小學則與三星合作,利用GearVR免費為學生提供禮儀教學,在日本國内引起虛拟現實教育的熱議。

當前,将電子遊戲用于教育有很大的潛力。知名模拟和教學遊戲,例如《模拟城市》和MathBlaster已被應用于美國的小學教育。又比如,近期,微軟除了給教師配置的教育工具類應用外,同時,增加了一項新的玩具——沙盒遊戲Minecraft的教育版本,希望讓學生們上課玩遊戲。以MindcraftEdu為例,這款工具通過三維環境幫助學生們探索吉薩大金字塔,以及理解最基本的電子工程原理。

相對于以往的給教師的教育工具,對于微軟來說,用遊戲來做教育是新的方法。在美國,人們對于能幫助學生學習的遊戲的觀念正在改變,教育界也有不少人看好Minecraft給學生補充知識的能力,而微軟也想借助這款遊戲将訂閱服務Office365Edition做起來。

此外,美國zSpace公司也是一家為VR教育提供解決方案的典型公司。zSpace由一台單獨電腦和VR顯示器組成,并配備有觸控筆,幫助學生操縱虛拟3D物體,加強學習體驗。

在這場教育VR+的盛宴裡,連“虛拟現實技術鼻祖”也摩拳擦掌。比如,全球第一款VR顯示設備的發明者TomFurness,近日啟動了事業新階段——VR教育。Furness目前正在借助AR/VR應用交流社區VirtualWorldSociety建立VR内容創造者和金融支持聯盟,把大衆的客廳變成教室。通過VirtualWorldSociety訂閱用戶的支持,Furness希望建立基礎設施,以支持教育虛拟現實體驗。

那麼,我們用虛拟現實能帶來怎樣的感受呢?署名為“IT之家”的作者撰文寫到,“通過某些UGC(用戶制作内容)平台,我們可以初步看到,虛拟現實能帶來什麼樣的教育體驗。這些平台支持除遊戲以外,其他能帶來沉浸感的體驗。在新平台上,内容制作者可以幫助學生了解,小鳥如何在自己的生态環境中生存(BirdSimulator),以及管理一家餐廳有多麼複雜(WorkataPizzaPlace)。數百家教學機構利用SecondLife向學生提供機會,在虛拟環境中參觀大學、訪問名勝古迹。”

有部分國外院校開始使用VR技術。比如,國外一些高校利用VR技術吸引生源,推廣校園文化。位于美國佐治亞州的Savannah藝術設計院校成為第一個大規模使用VR技術的高校,錄制好校園介紹并寄給已被錄取但尚未入學的學生。

此外,位于加州聖何塞的科格斯韋爾大學(TheCogswellCollege)已經正式開辦VR和AR專業,該學校也成為全球首家創辦VR和AR行業人才認證的高校。

高校的一些課程也加入虛拟現實技術。據近期的新聞報道,一群來自加州大學戴維斯分校和洛杉矶分校的研究人員發明了一種可以應用在教育領域的虛拟現實技術,通過3D立體的方式展示地形圖沙盤。而這種基于“增大化現實”技術的沙盤甚至還可以讓參觀者用雙手來移動山丘。

據悉,這套增強現實沙盤的想法來自于想要給本科生進行時間學習科學的目的,然後加州大學戴維斯分校的研究人員就開發出了這種基于“增大化現實”技術的沙盤,随後洛杉矶分校負責建立模型和教育示範實驗室,将這項技術轉化為了成品。而這種方法可以讓學生們自己塑造景觀,團隊希望可以利用這種沙盤讓學生更好地理解各種地形地貌,而不用親自到戶外去。

VR視頻所帶來的沉浸感能夠讓那裡的民衆更好地觀看并感知視頻内容。國内虛拟現實的教育運用

目前,我國形成了以北京航空航天大學、清華大學、工業和信息化部電子工業标準化研究院、浙江大學等各大高校、研究院所和高科技公司聯合研究開發制作,産學研密切結合的發展局面。

從國内的企業來看,目前國内提出把VR技術應用在教育領域的公司包括:新東方、百度、安妮股份、廈門創壹軟件等。其中,新東方和樂視在2015年已達成初步合作意向,雙方将在英語課堂實現VR教學;安妮股份也啟動了虛拟現實項目,以虛拟現實技術開發兒童教育産品;百度則計劃2017年在貧困山區的學校構建一些VR教室。

同時,許多高校都在積極研究虛拟現實技術及其應用,并相繼建起了虛拟現實與系統仿真的研究室,将科研成果迅速轉化實用技術,如北京航空航天大學在分布式飛行模拟方面的應用;浙江大學在建築方面進行虛拟規劃、虛拟設計的應用;清華大學對臨場感的研究等都頗具特色;哈爾濱工業大學在人機交互方面的應用。

從虛拟現實的體驗來看,利用虛拟現實技術,可以建立各種虛拟實驗室,如地理、物理、化學、生物實驗室等等,擁有傳統實驗室難以比拟的優勢。利用虛拟現實技術建立起來的虛拟實訓基地,其“設備”與“部件”多是虛拟的,可以根據随時生成新的設備。教學内容可以不斷更新,使實踐訓練及時跟上技術的發展。同時,虛拟現實技術能夠為學生提供生動、逼真的學習環境,如建造人體模型、電腦太空旅行、化合物分子結構顯示等,在廣泛的科目領域提供無限的虛拟體驗,從而加速和鞏固學生學習知識的過程。虛拟現實的沉浸性和交互性,非常有利于學生的技能訓練。包括軍事作戰技能、外科手術技能、教學技能、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技能的訓練。

據媒體綜合報道,清華大學、北京航空航天大學、上海交通大學等高等學府已在校内建立了虛拟現實技術實驗室,主要從事VR的科學研究和技術開發。清華大學在計算機基礎課程中,還增加了虛拟現實相關的内容。清華大學利用虛拟儀器構建了汽車發動機檢測系統;北京師範大學教育部虛拟現實應用工程研究中心就主要從事這項技術在文化遺産保護和醫學上的應用,先後開發了北京胡同虛拟現實遊覽交互系統、秦兵馬俑陣列運動模拟、虛拟内窺鏡等程序;華中理工大學機械學院工程檢測實驗室将其虛拟實驗室成果在網上公開展示,供遠程教育使用;複旦大學、上海交通大學、廣州暨南大學等一批高校也開發了一批新的虛拟儀器系統用于教學和科研。由上可知,虛拟現實技術雖然在國内外的教育教學中有所應用,但在我國教育中的使用僅局限于高校的研究性和探索性教學當中,而對廣大普通大、中、小學生的普及則遠遠不夠。

未來展望

高盛曾作出預測,截至2025年,VR教育産值有望達到7億美元。并将覆蓋K-12和教學軟件領域。虛拟現實(VR)技術正在向商品化邁進,圍繞VR眼鏡、增強現實(AR)設備的商業潛能。專家認為,VR技術很快能讓化學家們進入微觀世界,浸沒在分子世界裡。如此一來,從中學教學到藥物設計各方面都會受到影響。

進入VR眼鏡時代,化學家不用再在電腦上對着二維屏幕設想三維結構。虛拟現實設備,如OculusRift和HTCVive的眼鏡,能通過立體顯示和頭部跟蹤技術,帶來直觀的全景畫面:由計算機生成的虛拟分子随着人們頭部轉動,自然地進入視野。在增強現實中能生成半浸沒式環境,将計算機圖像重疊顯示在用戶未被擋住的視域。

據技術咨詢公司CCSInsight預測,虛拟現實眼鏡隻是剛開始銷售,預計到2016年底達到近10億美元。這是第一代眼鏡,售價并不便宜:OculusRift是599美元,HTCVive要799美元。按預測的勢頭,到2020年VR眼鏡和AR設備的出貨量将達到9600萬套。研究人員認為,這是輪到VR眼鏡出場的時代。

美國伊利諾伊大學理論與計算生物物理學集團高級研究程序員約翰·E.斯通的團隊正在開發分子可視化程序,他預測這波即将來到消費市場的VR眼鏡浪潮是個轉折點,就像第一批大量生産的汽車。

今後,化學家們在某個報告會上戴着VR眼鏡查看分子結構,這一場景不難想象。斯通說:“将要發生的是,我們從最初隻用它來看東西,發展到用它來完成特定任務。”

對于今後虛拟現實的教育領域的應用,比爾·蓋茨在峰會上發表主題演講稱,“VR視頻所帶來的沉浸感能夠讓那裡的民衆更好地觀看并感知視頻内容”。而這些“處于萌芽階段的内容”讓他發現,VR很适合教育領域。“學校能夠激發學生的内在潛力和動力,”蓋茨稱:“如果我們可以借助(VR)實現引人入勝,那将是非常有價值的。”

蓋茨認為,VR将在教學設計和内容研發等方面發揮重要作用。“VR可以讓教學更具吸引力,”他說:“虛拟現實可以增強帶入感,VR将在很多領域扮演重要角色,并且能抓住很多人的眼球。”

盡管蓋茨對VR的未來很樂觀,但他也指出,并非所有的科目都适合轉化成VR内容。蓋茨表示,數學和科學課程的“教學法”不會因為人們把它放在一個虛拟現實框架中而發生改變。如果教學内容的動畫元素過多,或者畫質太過鮮豔,很可能會喧賓奪主,影響教學效果。

蓋茨相信,像谷歌Cardboard這樣的“低端”VR産品在普及方面能發揮重要的作用,因為人們“無需漫長的等待就能夠接觸和感受VR,”但他也強調,“像學校這樣的很多場所都需要共享的高端設備。”

虛拟現實的三大頭戴顯示器

Oculus

它在2012年的8月就登陸了衆籌網站,開啟了消費級虛拟現實的先河。2014年,Oculus被美國社交網站Facebook收購,并借助着Facebook的資源支持,Oculus所構建的VR遊戲、外接設備、遊戲手柄等已初具規模。

HTCVive

這是一款基于PC平台的虛拟現實頭戴顯示器,其背後大樹則為遊戲巨頭Valve,在遊戲資源方面更具實力。HTCVive突出更逼真的臨場感,對于使用環境有一定要求,至少需要5平方米的空間,需要在房屋牆壁上安裝追蹤映射裝置。

索尼PlaystationVR

索尼在幾年前曾經推出過一系列的HMT頭戴顯示器,之後索尼停止了HMT,開始了名為PlayStationVR的項目,更加明确了頭戴設備會作為PlayStation系列主機的配件的位置。


   

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