中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）13-0122-03
Research on the Application of Virtual Reality Technology in Modern Education
REN Hai-peng，DENG Chun-hong，SUN Yu
（Anhui Technical College of Mechanical and Electrical The Department of Information Engineering，Wuhu 241002，China）
Abstract： In the "Internet plus" era， because of many advantages of MOOC， large-scale online， open and personalized courses， has been widely praised， more and more educators will introduce MOOC model of classroom teaching， and good teaching effect. However， MOOC teaching mode at the same time is not strict in the management of learning process， the learning atmosphere is not strong， and the interaction is weak. The application of virtual reality technology in MOOC teaching mode can create a brand new modern education mode， combine online learning with "reality" learning， and further improve teaching effectiveness. Based on this， this paper explores the combination path and significance of MOOC teaching mode and virtual reality technology， and provides guidance for educators to better apply MOOC teaching mode and virtual reality technology.
Key words： MOOC teaching model； virtual reality technology； modern education； network technology
虚拟现实技术自产生以来便受到相关领域的广泛关注。现如今，虚拟现实技术在各行业、各领域的应用已经并不鲜见。但是，其在现代教育中的应用还处于初步阶段。虚拟现实技术与MOOC教学模式的结合可以发挥最佳整体效益，为现代教育信息化、智能化发展注入一支“强化剂”[1]。因此，MOOC教学模式与虚拟现实技术在现代教育中的综合运用成为广大教育工作者共同关注的一个课题。
1 MOOC教学模式与虚拟现实技术简介
1.1 MOOC教学模式
MOOC是一种全新的在线课程教育模式，起源于网络开放课程。 MOOC教学模式是依托互联网技术建立的一种大规模互动参与的在线教育课程模式[2]。MOOC最大的优势在于以微小的知识点为单位，展开大规模、开放性、网络性教学。基于MOOC的教学模式下，学生可以根据自己的学习需求，自主选择学习时间和学习内容[3]。
2007年，美国犹他州大学的David Wiley首次在网络上发布了一门开放课程，受到广泛的关注。2011年，可汗学院创立，学院创始人萨尔曼?可汗（Salman?Khan）开创了利用互联网传授免费视频公开课的教育形式，使得MOOC这种新的在线学习模式开始广泛流行，美国的顶尖大学陆续设立网络学习平台。在 MOOC潮流带动下，国内的一些一流大学也陆续开设MOOC课程，最具代表性的是“华文慕课”，这是由北京大学与阿里巴巴联合打造的慕课平台。此外，还有“学堂在线”“好大学在线”“MOOC学院”等。随着MOOC教学理念的完善和教学模式的发展，逐渐演变出两种不同的模式，一种是cMOOC，强调从学习者的学习需求出发，搭建学习内容的关联性；另一种是xMOOC，以行为主义学习理论为支撑，突出课后作业、章节测试、线下交流等环节，强化知识点的理解和吸收[4] [5]。
1.2虚拟现实技术
虚拟现实技术指的是利用计算机技术为学习者提供给一个可感知的三维空间虚拟环境，在这个虚拟环境中学习者可以通过视觉、听觉、触觉相互感知和交流，产生一种身临其境之感[6] [7]。简言之，虚拟现实技术就是通过计算机图形学、人机交互技术、传感技术等现代网络技术的综合运用，为学习者创造一个逼真的虚拟世界，让学习者在虚拟世界中实现各种现实世界的学习交流和活动。相比于传统的模拟技术，虚拟现实技术具有许多无可比拟的优势及特点： 1）交互性。虚拟现实技术中的人机交互处于一个开放的动态环境中，可以实现与自然技能十分接近的交互。
2）沉浸感。在基于虚拟现实技术的三维虚拟环境中，学习者可以通过多种感官感知虚拟世界中的一切，从而完全沉浸在这个虚拟世界中。
3）构想性。现实世界中有许多情境只存在于人们的想象中，还有一些虽真实存在却不易被察觉到的情境，虚拟现实技术可以通过夸张的形式把抽象的思?S变得具体化。
2 MOOC教学模式与虚拟现实技术的结合路径
2.1成立MOOC虚拟交流中心
基于虚拟现实技术交互性、沉浸感和构想性的特征，可成立MOOC虚拟交流中心，作为辅助学习平台。学习者登录这个平台后，系统会自动为其分配一个虚拟角色，这个虚拟角色是学习者在虚拟世界中的“替身”。学习者掌握对虚拟角色的控制权，可根据自己的学习需求及兴趣，自由操控“替身”在虚拟环境中的学习活动。
MOOC虚拟交流中心包含三个功能模块，分别是师生答疑模块、探索学习模块和知识分享模块。在师生答疑模块中，学生可通过控制虚拟角色，就自己学习过程中遇到的疑问和困难，向教师或智能机器人发出提问；在探索学习模块中，学习者可进入虚拟教室，根据自己实际的学习需求，选择自己感兴趣或想学习的MOOC课程，更好的扩展自己的知识面；在知识分享模块中，学习者可自主创建知识讲堂，构建知识内容，与其他学习者一起分享知识收获或心得。
与单一的MOOC教学模式相比，基于虚拟现实技术的MOOC虚拟交流中心具有诸多特点及优势。从学习氛围方面讲，MOOC虚拟交流中心的学习环境都是“仿真”的，学习氛围更加浓厚；从学习者参与度方面讲，学习者可以通过操控虚拟角色与虚拟教师进行实时交流，在线解答，增强人机交互性，从而激发学生的参与兴趣；从学习方式的角度讲，在MOOC虚拟交流中心，学习者不再是被动地接受知识，还可以自主探索知识、传播知识、分享知识。
2.2构建MOOC虚拟交流技术
构建MOOC虚拟交流中心需要三维建模技术、碰撞检测技术、场景控制技术以及网络通信技术等关键技术的支撑。
1）三维建模技术
为提升学习者在MOOC虚拟交流中心的沉浸感，可利用三维人物建模技术，构建学习者及教师在这个虚拟学习环境中的“替身”，并编写虚拟人物的物理属性和行为属性，由学习者操控。
2）碰撞检测技术
常规的Unity碰撞检测器不能满足人与事物之间的碰撞检测。因此，要对常规的Unity碰撞检测技术进行改进，使之达到更加逼真的效果，满足虚拟人物在虚拟交流中心学习的真实感。具体而言，可通过模型分解、添加碰撞器等技术手段，使碰撞检测更加贴近现实生活。
3）场景控制
场景控制主要包括相机控制和人物行为控制两个方面。可以通过鼠标滚动调整视角范围，转变场景。对于人物行为的控制，可通过添加行为控制组件的方式实现。
4）网络通信技术
网络通信技术是学习者在MOOC虚拟交流中心与虚拟教师或其他学习者交流互动的必备技术。在这项技术的支持下，学习者可以自主选择需要的虚拟答疑室，连接对应的服务器。同时，还可以自主创建知识讲堂，其他学习者通过网络通信技术可连接该服务器，互相分享、交流知识。
3 MOOC教学模式与虚拟现实技术在现代教育中运用的意义
基于虚拟现实技术的MOOC教学模式是信息技术和网络技术在现代教育领域的演进，是未来MOOC教学系统发展模式的新构架。它突破了传统MOOC教学模式下教学资源单一、人机交互性差等限制，对MOOC教学模式乃至现代教育的发展发挥着重要作用。
3.1提供强大的教育服务能力
基于虚拟现实技术的MOOC教学模式为现代教育的服务能力注入了一针强效剂。它所具备的统筹大量软硬件的能力，大大提高了现代教育系统的教学能力和资源提供能力。从教学能力的角度讲，基于虚拟现实技术的MOOC教学模式能够更及时、便捷地为学生提供教学服务，解答各种疑难问题，这无疑是对传统教学手段的一大突破。从教学资源的角度讲，基于虚拟现实技术的MOOC教学模式下的教学资源更丰富、更生动，也更具吸引力。
3.2可配置和伸缩性
MOOC虚拟交流技术为基于虚拟现实技术的MOOC教学模式在现代教育领域中的应用提供了完备的技术支撑。当学习者数量骤增，基于MOOC教学模式与虚拟现实技术的现代教育系统可以在不更改应用架构的方式的情况下，仅通过增加硬件设备的数量，保证教育系统的正常运行；系统及功能上的定制取代代码级定制，不需要独立部署，就可以实现为不同用户提供灵活的自定义功能。用户的自定义范围包括组织机构、工作流程、文件管理体系和访问权限等；系统灵活的调整功能满足了不同学校的教学需求，为学校的发展与变化提供了技术保障。
3.3提高资源利用率
现代教育系统受自身结构限制，难以建立一个统一的教学系统。各地区的教育中心依据自身需求建立独立的资源系统，造成资源重复建设现象，带来不必要的损失。基于MOOC教学模式与虚拟现实技术的现代教育系统可以将各地区的教育资源进行整合并进行统一部署，成立MOOC虚拟交流中心，并免费对各地区开放，这样就避免了各地区资源重复建设的现象，有效地提高了资源利用率。
3.4成本低廉
基于虚拟现实技术的MOOC教学系统将各地中、低端服务器进行整合组成“云”，达到为用户提供高性能服务的目的，从而节约了了开发高端服务器的巨大投入。学生只需一台配置标准浏览器的终端就可以获取教学信息。基于MOOC教学模式与虚拟现实技术的现代教育单位具备的高性能服务能力所负担的数据中心管理成本相对低廉。现代教育机构可以将开发高端服务器的资金支出转化到招生、教学资源开发、教学管理等运营支出中，促进自身的发展。
3.5实现高效资源共享和就近访问
基于虚拟现实技术的MOOC教学系统统筹管理全部资源，统一提供资源服务，用户无需具备相关知识能力和实际操作能力，也无需知道资源在哪个服务器上，只需访问相应的客户端，就能获取需要的资源服务，实现资源的高效共享。系统自行分析资源访问者的IP地址及路由，并为资源访问者建立距离最近的资源链接，实行资源就近访问。由此可见，在基于虚拟现实技术的MOOC教育系统中，学习者可以不受时间、地点限制，获取最合理、最高效的资源服务。
4结语
基于虚拟现实技术的MOOC教学模式的产生和发展解决了现代教育在组织运作方式、教育成本、支持服务等方面的问题，在教育服务能力、资源共享性、可配置和伸缩性方面都有较大的进步，契合了我国国土面积大、人口众多、经济发展水平不平衡的基本国情和远程教育蓬勃发展的国家形势。总而言之，基于虚拟现实技术的MOOC教学模式在我国的发展前景是极为广阔的，值得广大教育工作者及相关领域研究者加强推广和应用。
