虚拟现实技术基本原理_虚拟现实在教学中的应用

为积极响应习近平总书记关于“打造好新时代创新发展的‘科普之翼’”的有关要求，加快推进互联网+科普工作实施，昆明市和西山区科协加快推进互联网+科普工作实施，将于9月19日-25日举行全国科普日云南省特色专场暨昆明市主场系列活动。活动将实行线上+线下的体验方式，在掌上春城APP开设“线上展厅”专栏供广大市民搜索观看，对前沿科学技术进行线上展示。

虚拟现实在教学中的应用

虚拟现实（Virtual Reality，VR）是指采用计算机技术为核心的现代高科技手段生成一种虚拟环境，用户借助特殊的输入/输出设备，与虚拟世界中的物体进行自然的交互，从而通过视觉、听觉和触觉等获得与真实世界相同的感受。

即虚拟现实是以沉浸性、交互性和构想性为基本特征的计算机高级人机界面，综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术，模拟人的视觉、听觉、触觉等感觉器官功能，使人能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中，并能够通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互，创建了一种适人化的多维信息空间。

虚拟现实技术基本原理

虚拟现实（VR）是利用电脑模拟产生一个三度空间的虚拟世界，提供用户关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让用户如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物并产生互动。用户进行位置移动时，电脑可以立即进行复杂的运算，将精确的三维世界视频传回产生临场感。虚拟现实需具备以下几个特征：

随着虚拟现实技术应用于教育教学的需求和发展，虚拟现实技术在中小学课堂中的教育教学应用也逐步开展起来。在教育资源建设、课程深度改革、教育资源均衡化、教育信息化发展等背景的支持下，VR课堂教学已逐步成为当下创新教学的新形式，借助现有的VR移动终端可随时随地的给学生带来前所未有的虚拟化学习场景，让学生在虚拟的多维空间中自由想象、创造、探索，提供深度的数字化学习体验，引导学生积极的投入到复杂或抽象的学习和探索的场景中，同时降低真实实验室中可能存在的意外风险，激发学生学习兴趣，减少学生科普及分发成本，为教育现代化发展及学生综合素质培养助力。

在中小学VR技术应用及资源建设时，针对国家课程标准及学科目标进行基础教学资源及课件的策划及制作，让学生在国家课程的学习过程中便可以运用虚拟现实技术进行学习，在课堂中便可体验多种、多形式的场景还原：追溯历史事件，游历在各种场景中，身临其境的去观察、学习、探索。增强学生课堂兴趣，提高学生阅历、自主学习、认知及探索能力。与此同时，建立各类灾害、事故等场景，让学生进行更加生动的安全教育。

通过软件技术与VR硬件及资源的联动结合，可建立公有或私有教育资源云平台，达到教育资源共享和高效利用，通过互联网对资源进行有效的监管，对设备在课堂当中的应用行为进行合理的管控和维护，确保内容有体系，资源有管控，均衡发展，课堂管理可靠，师生好操作，维护简单。不存在过多过复杂的建设环境要求。

经过多年的发展，教育信息化建设取得了较大的建设成果，校园光纤宽带网络全覆盖，带网络全覆盖，虚拟现实技术也逐步进入校园，成为教育信息化2.0的标准配置。虚拟现实教学设备与应用建设初具成效，信息技术初步与教学、管理业务融合，并日益成为师生教与学、日常生活与领导管理的重要工具，在推动教育信息化改革与发展，促进区域教育均衡发展，提升师生信息化应用水平与信息化素养方面起到了以下积极作用：

（1）丰富学校数字教育资源

利用虚拟现实技术可丰富教学内容，将技能训练搬到课堂中进行。由于这些虚拟的训练系统无任何危险，学生可以反复练习，直至掌握操作技能为止。应用虚拟现实技术还可恰如其分地演示一些复杂的、抽象的、不宜直接观察的自然过程和现象，全方位、多角度地展示教学内容。利用计算机多媒体技术制作各种仿真课件创设所需要的某种虚拟情景，让学生进行模拟操作，从而极大丰富课堂的教学内容。

（2）提高学校教育质量

虚拟现实技术与教育的结合，将会提高未来课堂的教学效率。 虚拟现实和增强现实作为教育工具应用在课堂上，通过3D 模型使抽象的学习内容变得形象化、微观的学习内容变得可视化、复杂的学习内容变得简单化，帮助学生理解和识记抽象的概念，这将为学生展现一个能够交流互动的虚拟世界，既能满足学生的体验感和好奇心，又能以创新的方式传授知识，从而可以大大提升教师的教学效果、激发学生的学习兴趣、引导了学生的创新意识和创新思维，从而不仅提高了学生的学习效率、而且培养了学生自主探究和自主学习的能力。虚拟现实和增强现实技术是多种先进技术的应用和多学科知识的汇聚与融合，是教育的较佳载体，学生通过主动探索、动手实践、创新设计、跨界融合来学习新知识和掌握新技能，拓展发散性思维，迸发出更加丰富的创新火花。 虚拟现实和增强现实技术在教学中的应用正是一种教学模式的创新，将有助于推动教学改革的进程，有助于教育普及，有助于学生核心素养的培养。

（3）打造创新教育模式

对于学校而言，引入虚拟现实技术建设 VR 科学教室可以解决现实教学场景中教学无实感、教学效果差、传统教具更新慢、传统教具成本高等诸多的问题。

对于教师而言，通过虚拟现实和增强现实技术让教学内容变得形象生动，让学生在课堂中及时、没有限制地观察三维空间内的事物。同时，通过硬件与软件的配合有效减少教师在备课和课堂秩序管理中所浪费的精力的问题。为教师在教学活动中丰富教学素材、拓展教学手段提供资源支持和平台支持，为学生在学习过程中高效掌握知识重点难点、开拓知识视野、提高综合素质、从被动学习模式向自主、交互、便捷、探究的学习模式转变，提供科学的学习应用和学习管理平台。

对于学生而言，全新的课堂教学模式激发学生学习兴趣，提升学习效果保证学习效果。学生对硬件运用过程中进行交互式体验，实现深层次学习、理解性学习，引导学生自主思考和探索的，培养学生合作能力和解决问题的能力。

（4）节约教育成本

利用虚拟现实技术虚拟各种设备、实验环境和操作过程，使大多数课程可以在虚拟实验室中进行，大多数的技能可以在虚拟实验室中进行训练，从而不必购置昂贵的设备。可以在节约大量昂贵的仪器设备费用的前提下，解决在教学中因为设备、场地、教学经费等方面的原因而无法进行的教学实验，虚拟训练又可避免实验设备的损坏、训练材料的消耗等问题，从而有效节约教育成本。

北京中创鼎新科技有限公司是专业从事虚拟现实和增强现实技术的高新技术企业。公司致力于虚拟现实和增强现实技术、内容、产品和整体解决方案研发，并将其应用于科技馆、体验馆、主题乐园和K12教育等领域。

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沃享VR是中创教育专门针对K12、职业院校和高等院校研发打造的一个智慧教学平台。平台基于STEAM教学理念设计，采用虚拟化教学方式，涵盖多种学科的虚拟课程内容，提供多种虚拟产品形式，旨在帮助更多学校开展虚拟智慧教学，更早进入教育信息化2.0的时代。

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