基于VR虚拟现实技术的立体化教材体系建设研究

摘要：VR技术是虚拟现实技术Virtual Reality的简称，该技术利用电脑构建一个三维空间的虚拟世界，其主要特征表现为沉浸感、交互性和构想性。基于VR技术的立体化教材体系的构建能提供全新的体验和不寻常的视角，为教师提供更加丰富的教学资源，其交互性能极大地激发学生的学习兴趣;有助于实现学生的自主学习。而要高质量地实现基于VR（虚拟现实）技术的立体化教材体系建设，必须做到：（一）坚持立体化教材体系人才培养目标，注重教材选题;（二）结合VR技术的教材编写要突出具体专业特点;（三）积极推进VR技术的硬件和软件的开发及利用;（四）构建基于VR技术的立体化教材体系反馈系统;（五）发挥教师在VR技术教学体系中的引导作用。

关键词：VR（虚拟现实）技术;立体化;教材体系;建设研究

中图分类号：G642.4    文献标识码：A文章编号：2095-6916（2020）18-0095-03

引言

VR技术即虚拟现实技术，该技术在20世纪末、21世纪初兴起并得到了快速发展。虚拟现实技术实现了计算机图形学、仿真学、人工智能、传感测量技术、多媒体技术等多项技术的融合。VR技术构建了一个交互式、逼真的单位立体空间环境，同时实现了和人的操作指令的准确对接。人们在该项技术中可以获得真实的现实感受，是现阶段较为先进的数字化人机交互感受技术。随着国家教育改革的发展，我国的教育事业在教材、教学方式、教学理念等诸多方面实现了很多突破，一些全新的教学理念和教学模式也在实践中取得了良好的教学效果。基于VR技术的立体化教材体系的构建能够为教师提供更加丰富的教学资源，充分满足教师的教学需求以及学生的学习需求，进而实现了优质资源的高度集合，对教育事业发展具有重要意义。

一、VR（虚拟现实）技术概述

（一）VR技术的原理

VR技术是虚拟现实技术Virtual Reality的简称，也被译为幻真、灵境，也被称为灵境技术或者人工环境技术。我国的VR技术研究起步于上世纪90年代，并得到了快速的发展。VR技术充分地利用计算机技术来通过电脑构建一个三维空间的虚拟世界，在这里使用者可以实现视觉、听觉、触觉等感官的模拟，给使用者一种身临其境的感受，进而实现对三度空间内事物的及时、准确、没有限制的观察[1]。VR技术是一种通过计算机技术加以辅助而产生的高技术性模拟系统，在该系统中人工智能、计算机图形、显示、传感、网络处理等技术的发展成果都得到了普遍应用[2]。

（二）VR技术的特征

VR技术是以计算机技术为核心的现代化高新技术，主要特点表现为以下几个方面：

1.沉浸感

沉浸感也称为临场感，指的就是用户作为主角存在于这个虚拟环境中所得到的真实感受的程度。沉浸感能够使用户充分地体会到自己就是计算机系统所创造的虚拟环境的一部分，实现了人们从观察着变为参与者的转换，继而投入到计算机实践的沉浸中。使用户能够体会到看起来、听起来、闻起来、摸起来甚至是尝起来都是真实的，和现实世界毫无区别。

2.交互性

VR技术的交互性是指参与者在虚拟环境内物体的可操作程度以及用户在该虚拟系统中得到反馈自然程度。这种交互性的产生需要借助各种专用三维交互系统来完成。用户在整个虚拟环境中能够充分地实现互动，这个虚拟环境并且能够充分地按照使用者的指令来完成和使用者之间的互动，从而增加使用者的真实感受程度。

3.构想性

构想性主要强调的是虚拟现实技术中的较为广阔的想象空間，能够极大地扩展人类的认识范围，进而实现使用者在现实环境中来构建客观不存在的、甚至是不可能发生的环境。例如在电影《阿凡达》中，卡梅隆就依靠自己的想象和虚拟技术创造了一个梦幻般的星球——潘多拉星球，给人以超级真实的感受。

二、构建立体化教材体系的重要意义

在我国施行的教育改革中，对教材体系的构建具有着非常重要的意义。教材体系是保障教育改革先进性的基础，是实现教育改革、完成教改任务的重要理论基础。立体化教材又被称为一体化教材或者是多元化教材。立体化教材体系是以提供形式多样性的教学资源、满足教师教学需求并能够和教学进度保持高度一致的优质教学资源集成。立体化教材为教与学提供了一套整体的结局方案，能够充分地利用多样化的表现形式来实现对教学内容的表达，极大地丰富了教学方式以及途径。有助于教学目标的实现。构建立体化教学的重要意义主要表现在以下几个方面：

（一）可实现教学教材创新，保障教改的先进性

为了更好地实现教育事业的发展，我国不断推行教育改革来实现教育理念、教育模式以及教材等方面的优化，进而促进教育事业的不断发展，保障我国人才供给的正常秩序。因此，教改工作是关系到国计民生的大事。随着计算机技术的迅猛发展以及网络通信范围的扩大，实现教育网络信息化是教改工作中的重要内容[3]。构建立体教材体系能够极大地实现教学教材上创新，发挥出计算机技术在教育中的应用优势，保障教改工作的先进性。通过构建立体化教材体系是落实教改工作的必然选择，在极大地丰富教改教材内容的前提下帮助教改工作顺利进行。

（二）可极大地丰富教学的形式和途径

立体化教材体系中的教材形式是多样性的，任何传统的、现代的教学形式都是实现构建立体化教材体系的重要内容。立体化教材体系的建立可极大地丰富教学形式以及教学途径。在教学过程中，教师既可以通过一些传统的报纸、书籍等形式作为教学辅助教具，又可以使用多媒体等先进计算机技术作为教学手段。立体化教材体系的构建，不仅仅能满足教师教与学生学的各种统一，同时，利用立体化教材的优势能够极大地丰富教学形式和学习途径，从而充分体现着学生在教学活动中的主体地位，和教改工作的指导思想保持着高度的一致，有助于学生学习的展开以及个人能力的提升。

（三）能够有效帮助学生展开自主学习

随着新课标教改工作地不断深入，学生在教学工作中的主体地位得到了更加充分地体现。构建立体化教材教学体系有助于实现学生的自主学习，充分发挥出学生在整个教学工作中的主体地位。传统的教学体系中，教材的制定以及教学活动的展开都是围绕着教师在教学工作中的主体而展开的。随着教育事业的发展，教学理念以及教学模式都发生了很大的变化，注重学生在教学工作中的主体地位是现阶段我国施行教育改革工作中的重要指导思想。很多新形式的教学模式也是围绕这一指导理论开始，事实证明取得了一定的教学效果。构建立体化教材体系能够极大地丰富教学内容为学生的自主化学习提供丰富的教材形式，从而激发学生的学习兴趣，实现自主化学习。

（四）能够将实践融入到学习环节

立体化教材不但可以用来学习知识，而且可以通过数字技术、虚拟现实技术，实现在教材中开展实践，动手进行操作和观察，通过数字或虚拟环境熟练技巧和规范动作，在现实中缺乏实践条件的环节，或实践条件比较苛刻、高成本的环节，节省大量精力、人力、物力。而且这种实践不拘泥于时间和空间，不但能减少成本，更能极大地增加实践热情和提高效率。在教育部深入推进新工科建设的今天，立体化教材的建设对实践教学的发展会起到巨大的推动作用。

三、VR技术在构建立体化教材体系中的优势

VR技术在教育中的应用也非常广泛，虚拟课件的制作，虚拟协同学习，虚拟实验室，虚拟实训基地等都是在教育实践中应用的主要表现形式，并取得了良好的教学效果。VR技术在教育中所表现出来的重要作用，实现了教学行业的快速发展[4]。在构建立体化教材体系中VR技术同样发挥着非常重要的作用，具体表现在以下几个方面：

（一）VR技术提供了全新的体验和不寻常的视角

在立体化教材体系构建过程中，通过VR技术的应用为学生提供了全新的体验和不寻常的学习视角。得益于计算机图像、图形处理技术的发展以及硬件技术的不断升级，通过VR技术而形成的虚拟世界的视觉效果和真实的世界之间的差距越来越小。一些VR技术终端产品像虚拟头盔、VR显示器等的产生更是给学生的学习带来了全新的学习体验。加之立体化教材体系的构建极大地丰富了教学材料的形式和内容更加为VR技术在教学过程中的应用创造了良好的条件，给学生提供了全新的体验。

（二）VR技术的交互性极大地激发了学生的学习兴趣

基于VR技术应用的立体化教材体系能够充分地借助多种多样的VR技术交互模式来实现对学生学习兴趣的有效刺激。学生在利用VR技术进行学习的过程中，整个交互过程就好像游戏过程一样，真实而有趣。和传统的教学形式相比更加能够突出教学的趣味性，进而最大限度地激发学生的学习兴趣，调动学生学习的积极性，以完成学习。

（三）VR技术有助于实现学生的自主学习

随着网络技术的发展以及智能移动终端的普及，越来越多的VR技术产品出现在生活中。依靠于这些移动终端设备的应用为学生自主学习创造了条件。在立体化教材体系构建中实现了教材形式的多样化，电子教材的普及更是为实现学生的自主学习创造了条件[5]。学生在离开课堂之外能够通过这些基于VR技术的移动终端完成自主性学习，打破了时间和空间对于课堂教学的限制，有效帮助学生提高成绩。

四、基于VR技术的立体化教材体系构建的策略探究

立体化教材体系的构建能够极大地实现教学资源的丰富，满足教师日常的教学要求以及学生的学习需求。将VR技术应用于立体化教材体系的构建过程中能够实现在教学资源表现形式上的豐富，对于学生学习视野以及学习兴趣的培养具有非常重要的意义。在进行基于VR技术的立体化教材体系构建过程中要确立好构建的理论基础，结合VR技术的优势并充分挖掘立体化教材体系在教学中所表现的优势，将二者实现高度统一来实现基于VR技术的立体化教材体系的构建（具体构建过程如图一所示），通过以下策略来完成基于VR技术的立体化教材体系构建工作。

（一）坚持立体化教材体系人才培养目标，注重教材选题

教学目标是所有教学工作展开和实施的最终目的，决定着人才培养的方式和方法的选择。在基于VR技术的立体化教材体系构建过程中，要始终明确教学目标在整个体系中的指导作用，所有的教学手段的使用都要做到和教学目标保持一致，进而更好地发挥出体系在教材方面的优势。选择适合的VR技术来实现教材体系的构建，严格依照教学目标来选择和编写相应的教材内容，最终通过构建的立体化教材体系达成教学目标。

（二）结合VR技术的教材编写要突出具体专业特点

结合VR技术的教材编写要在内容、语言风格、表现形式、教学案例等方面突出具体专业特点，尊重认知规律，并将这种要求贯穿于立体教材体系的构建过程。以民航相关专业为例，在构建基于VR技术的民航相关专业立体化教材体系过程中要注重VR技术在教学过程中的实际应用。在乘务培训配置VR软件内容设置上要涉及到相关机型的客舱应急设备检查、机上设备操作、带飞训练指导等内容。通过这些实际内容的设置来吸引乘务人员展开学习。同时，通过VR技术实现的实际机型机务维修培训能够替代部分真机实际操作，从而实现成本和风险的双降低。并且，通过VR技术的应用还能打破空间和时间对于机务维修专业实践课程的限制。

（三）积极推进VR技术的硬件和软件的开发及利用

VR技术的优势展现是依靠强大的软硬件支持来实现的，因此在构建立体化教材体系的过程中要充分地重视相关配置资源的开发。在基于VR技术的表现形式上实现教学教材体系的构建中技术支持，并匹配相关配套的资源通过网络实现阅读和开发。像移动终端APP、VR软件系统等都是在构建立体化教材体系建设中重要的应用手段，要注重在这些程序中实现VR技术的应用。

（四）构建基于VR技术的立体化教材体系反馈系统

任何全新的事物都需要在不断磨合中来实现自身的成长。基于VR技术的立体化教材体系建设过程中同样遵循着这样的道理。在构建基于VR技术的立体化教材体系过程中，要注重反馈系统的建设。反馈系统能够准确地收集用户体验，通过对反馈信息的收集能够最大限度实现整个体系的提升。在整个基于VR技术的立体化教材体系构建过程中，学生作为最直接的反馈者对于体系更好地发展具有着重要的意义。因此，要注重反馈体系的构建过程。

（五）发挥教师在VR技术教学体系中的引导作用

在新的教学理念的影响下，教师更多的時候扮演的是学生自主学习指导者的角色。立体化教材体系的使用更加需要教师通过科学的引导来完成。因此，基于VR技术的立体化教材体系建设过程中教师要把一些像翻转课堂、协同学习等方式的教学模式渗透到VR技术教学体系中，进而引导和鼓励学生通过网络来来展开学习，主动地、积极地实现自主性学习，进而实现学生自身科学素养的提升。

结论

基于VR技术的立体化教材体系的构建能够为教学工作提供一套完整的教学解决方案的同时极大地丰富教学形式的多样化发展。基于VR技术的立体化教材体系建设是推进教改工作进度的有力载体，对于提升学生综合素养实现教学目标有着重要的现实意义。VR技术在立体化教材体系构建中发挥着非常重要的作用。在整个立体化教材体系构建过程中要充分发挥出VR技术和立体化教材体系的优势，实现对学生教学方式以及教学理念的提升，帮助学生达成教学目标，提升自身综合素养。

参考文献：

[1]陈超良.刍议VR虚拟现实技术[J].电子技术与软件工程， 2016（16）.

[2]张拯.基于虚拟现实技术和智能机器人的变电站巡检功能研究[J].电脑编程技巧与维护，2016（16）.

[3]孟欣.论高校教材的立体化建设[J].西部素质教育，2016（7）.

[4]诸葛翀.浅谈虚拟现实技术在教学中的应用[J].教育观察（上旬刊），2014（1）.

[5]陈计专.“互联网+”时代高校立体化教材建设研究[J].科技创业月刊，2016（18）.

作者简介：于飞（1981—），男，汉族，河北黄骅人，硕士，中国民航大学助理研究员，研究方向为教育管理。

（责任编辑：董惠安）