隨著信息時代的到來，大數(shù)據(jù)、人工智能、5G和衛(wèi)星通訊等信息科技飛速發(fā)展，當(dāng)今世界正在經(jīng)歷一場革命性的變化，數(shù)字化與智能化在越來越多的行業(yè)和領(lǐng)域中普及。特別是虛擬仿真技術(shù)在教育中的應(yīng)用給教育領(lǐng)域帶來了全新的教育生態(tài)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是以現(xiàn)實為基礎(chǔ)創(chuàng)設(shè)虛擬環(huán)境，借助現(xiàn)代化傳感裝置，來讓體驗者在虛擬和現(xiàn)實的交互作用中獲得親臨真實環(huán)境的感受和體驗，從而達到教育的預(yù)期效果。這一技術(shù)在教育教學(xué)中的運用所帶來的是教育理念的革新以及教學(xué)手段、方法、技術(shù)、內(nèi)容乃至?xí)r空的革命。
虛擬仿真技術(shù)在教學(xué)過程中的應(yīng)用特征
1. 交互性。教育本身是一個信息和知識的傳遞過程，在大信息背景下，知識本身變得立體化，呈現(xiàn)出多渠道、多元素、多要素等特征，需要教育者進行全方位的信息傳輸。而傳統(tǒng)教學(xué)方式，主要靠老師的口頭講授或者文字、圖片、視頻等。這種教學(xué)方式對老師的語言表達能力和教學(xué)組織能力要求極高，且不可避免知識在語言傳授過程中會出現(xiàn)信息的丟失。虛擬仿真技術(shù)使得學(xué)生能夠真正進入一個由計算機生成的交互式三維虛擬現(xiàn)實環(huán)境中，與之產(chǎn)生互動，進行交流。通過參與者與虛擬仿真環(huán)境的相互作用，并借助人本身對所接觸事物的感知和認知能力，幫助和啟發(fā)參與者的思維，以全方位地獲取虛擬環(huán)境所蘊涵的各種空間信息和邏輯信息。這種立體式、全方位的教學(xué)方式使得知識以其本身的面貌進行傳授，最大限度地保留了知識本身的形態(tài)。
2. 沉浸性�？鬃釉诮逃龑W(xué)生過程中，最常使用的方法是觀察法和談話法，比如孔子帶學(xué)生去觀察自然景觀，與學(xué)生對話時經(jīng)常打比方和講故事，其本質(zhì)就是為學(xué)生搭建一個教育場景，學(xué)生沉浸于其中，從而把理論變得形象化，便于理解。由于虛擬仿真技術(shù)特有的沉浸感和實時性，通過對時間和空間環(huán)境的超越，使得它在軍事模擬、先進制造、城市規(guī)劃、地理信息系統(tǒng)、醫(yī)學(xué)生物、天文等領(lǐng)域中有非常大的應(yīng)用前進，比如對于一些劇毒物質(zhì)的試驗，未知領(lǐng)域外太空的探索等。虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠大大的推進這些領(lǐng)域的教育教學(xué)活動，從而打破時間和空間的局限，將虛擬教育與現(xiàn)實教育緊密結(jié)合起來。
3. 時代性。在5G時代背景下，教育主體可以以數(shù)字人的形式出現(xiàn)。數(shù)字人，具體指信息科學(xué)與生命科學(xué)融合的產(chǎn)物，是利用信息科學(xué)的方法對人體在不同水平的形態(tài)和功能進行虛擬仿真。其包括四個交叉重疊的發(fā)展階段，可視人，物理人，生理人，智能人，最終建立多學(xué)科和多層次的數(shù)字模型并達到對人體從微觀到宏觀的精確模擬。傳統(tǒng)教育中，教師和學(xué)生是教育過程中的主體和客體，但是也會受時空的限制，比如春秋時代的孔子和老子能否成為當(dāng)代學(xué)生的老師，比如地處美國的教師能否面對面與中國的學(xué)生0距離的交流。虛擬現(xiàn)實提供了一種現(xiàn)實可能，即打造一個數(shù)字人參與教育教學(xué)過程中來。數(shù)字人能夠突破時間和空間的限制，參與到教育教學(xué)過程中來，從而更好地利用教育資源達到教育目的。教育對象方面，新時代背景下，從小就深受互聯(lián)網(wǎng)影響的新時代青年逐漸成長起來，他們對于互聯(lián)網(wǎng)與信息科技的興趣度超高，因而樂于接受虛擬仿真教育這種最新科技產(chǎn)品。
4．趣味性。虛擬仿真教育寓教于樂，通過互動體驗教學(xué)實現(xiàn)快樂教育。新時代背景下，教育與互動體驗相融合越來越成為人們的共識。其最大的特點是通過趣味性的互動體驗讓個體充分參與到教育教學(xué)中來，既寓教于樂，同時又超越了單一的娛樂屬性，在保存趣味的同時高效地傳遞知識，讓教育者更好地理解和接受知識，從而使得虛擬仿真教育成為高效的教育工具。從哲學(xué)發(fā)展來看，東西方哲學(xué)家都對游戲哲學(xué)有著比較一致的認識，即從教育的角度，承認游戲的積極作用。早在古希臘時期，柏拉圖就指出游戲是神圣的。康德也指出游戲是擺脫實用與功利，“從一切的強制解放出來”，具有“自由”“單純”和“娛樂”的特征。席勒指出“說到底，只有當(dāng)人是完全意義上的人，他才游戲；只有當(dāng)人游戲時，他才是完全意義上是人”。中國傳統(tǒng)文化中道家追求游戲世界，游戲人生。儒家孔子樂學(xué)，“飯疏食，飲水，曲肱而枕之，樂亦在其中矣�！薄昂弥卟蝗鐦分摺�，指出要以學(xué)習(xí)為樂，以游戲的心態(tài)學(xué)習(xí)，并樂此不疲，這是一種游戲體驗學(xué)習(xí)的最高境界。
虛擬仿真技術(shù)通過創(chuàng)設(shè)、模仿真實的生活場景，突破現(xiàn)實生活中時間、空間領(lǐng)域的局限，以寓教于樂的方式，全面激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，一改過去學(xué)生對于學(xué)習(xí)的厭倦和焦慮心態(tài)，從而回歸教育的本質(zhì)，實現(xiàn)快樂教育。
虛擬仿真教育技術(shù)在信息時代的應(yīng)用場景
1.實現(xiàn)了教育理念的升華。虛擬仿真教育全面突破傳統(tǒng)教育的局限，充分運用各種信息科技手段，VR、AR、MR眼鏡將成為每一個學(xué)生重要的學(xué)習(xí)工具，而眼鏡中所包含的將是包括教育場景、教育主客體、教育方式、教育內(nèi)容等全方位、立體式的全面革新。
2.以智慧教室為依托開展虛擬仿真教育。在傳統(tǒng)教育框架下，教室是主要的教育場所，教師和學(xué)生的主要的參加者，黑板、粉筆以及多媒體設(shè)備是主要的教學(xué)工具。虛擬仿真教育以智慧教室為場所，在智慧教室的講臺中，內(nèi)嵌了觸控一體機終端系統(tǒng)，實現(xiàn)電腦、音響、大屏等教學(xué)相關(guān)電子設(shè)備“一屏控制”、“一鍵開關(guān)”；以往課堂常用的投影幕布不見了，取而代之的是內(nèi)置于黑板、具有觸屏功能的高清液晶電子顯示屏。同時，教室兩側(cè)墻壁還加設(shè)了4塊電子輔助屏，對黑板主屏進行擴展顯示，與黑板主屏、其他輔助屏之間進行跨屏共享。教室內(nèi)的課桌椅也由原來的固定式桌椅改為可移動拼接桌椅，方便師生們根據(jù)不同的學(xué)習(xí)內(nèi)容開展不同組合形式的分組討論，在這樣的教室里通過VR、AR、MR眼鏡對學(xué)生展開虛擬仿真教育。
(以思政課為例的虛擬仿真實驗教室的設(shè)計示意)
虛擬仿真教育的未來走向
伴隨大數(shù)據(jù)、人工智能、5G和衛(wèi)星通訊等信息科技的飛速發(fā)展，虛擬仿真教育是順應(yīng)時代大勢的必然方向。縱觀世界文明史，人類先后經(jīng)歷了農(nóng)業(yè)革命、工業(yè)革命、信息革命。每一次產(chǎn)業(yè)技術(shù)革命，都給人類生產(chǎn)生活帶來巨大而深刻的影響。目前，人類社會已經(jīng)步入第四次工業(yè)革命，工業(yè)4.0時代是利用信息化技術(shù)促進產(chǎn)業(yè)變革的時代，大數(shù)據(jù)、人工智能、5G和衛(wèi)星已成為新時代信息科技發(fā)展的重要特征，這些科技的發(fā)展也將促進虛擬現(xiàn)實技術(shù)的飛速發(fā)展。教育作為社會發(fā)展的強大動力必然要與時代發(fā)展和時代趨勢相結(jié)合，虛擬仿真教育便是新時代新科技革命浪潮下的產(chǎn)兒，成為教育發(fā)展的重要方向，必定會在未來的教育領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)全面的普及。
1.虛擬仿真教育能有效解決教育公平問題。目前教育公平是全球教育面臨的最突出問題，其根本在在于傳統(tǒng)教育受時空和地域所限，使得教育對象無法共享最優(yōu)質(zhì)的教育資源。虛擬仿真教育突破時空和地域的限制，具有全過程、全時間和廣泛性的特征，使得人人享受最優(yōu)質(zhì)資源成為可能，從而能夠有效解決教育公平的問題。
2.打造中國特色虛擬仿真教育的“中國模式”。第四次工業(yè)工業(yè)革命是中國發(fā)展的重要戰(zhàn)略機遇期，是我們實現(xiàn)彎道超車的最好時機。從百年未有之大變局的世界格局來看，中國已經(jīng)站在第四次工業(yè)革命的最前沿并且正在迅速變身成為高科技創(chuàng)新中心，每年大量的理工科畢業(yè)生、高質(zhì)量的工程師隊伍。目前虛擬現(xiàn)實技術(shù)也在中國大面積的普及，它在教育領(lǐng)域中的運用將使得中國在未來世界發(fā)展中打造中國特色虛擬仿真教育的“中國模式”，引領(lǐng)世界教育的發(fā)展。首先，建立社會主義的人才標(biāo)準(zhǔn)。習(xí)近平總書記在全國教育大會上強調(diào)堅持中國特色社會主義教育發(fā)展道路，培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會主義建設(shè)者和接班人。開展虛擬仿真教育也要圍繞這個教育目標(biāo)展開，建立中國特色社會主義人才培養(yǎng)機制，同時向世界推廣。其次，我國開展虛擬仿真教育先行先試，向世界提供虛擬仿真教育的標(biāo)準(zhǔn)。此次世界慕課大會虛擬仿真實驗教學(xué)實驗，精彩的展示了未來虛擬仿真教學(xué)的完備性，表現(xiàn)在不僅有實驗教學(xué)知識點，有跨越時空的交互操作、有真實與虛擬的直接的動作交互展示，還有通過智能數(shù)字人實現(xiàn)教學(xué)主體之一——教師的虛擬仿真，包括外形、動作，還包括智能化技術(shù)融合的智能理解與分析，首次創(chuàng)建了完備的虛擬教學(xué)環(huán)境。我們有理由相信，在更加豐富、完善的教學(xué)空間中，能夠讓學(xué)生的認知得到更有效的提升。通過全要素、全流程、智能化的虛擬仿真構(gòu)建完備性，這也是虛擬仿真教育標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展的方向。
