虚拟和现实结合的学习

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虚拟和现实结合的学习

虚拟世界的学习场景

虚拟世界是一种极具沉浸感和高度扩展性的三维环境。用户以自己的替身（虚拟世界中的个人形象）身临其境，或步行或飞翔，还可以完成更多复杂的动作，与其他人互动交流等。美国军方早在二十年前就设计出虚拟世界模拟战争场面来训练士兵，比如驾驶飞行器、跳伞等。这种沉浸式的模拟环境极大的降低了初级训练的危险性，减少了设备和弹药成本，而训练成效却得到了大幅提升。后来，英国的伯明翰大学则用相应技术来设计出虚拟病房，以此来培训护士和医疗应急人员。避免了缺乏经验的初级人员参与抢救导致医疗事故的发生。

在虚拟世界中，受训人员面临的环境与现实世界一样真实，他们可以展现自己各种技能而不会产生紧张的心理；同时可以随时变化的场景让受训者能针对对各种复杂情况做出应变且从容面对。

我的世界（Minecraft）则被誉为目前最好的用于学习的虚拟世界之一，也是一款青少年喜爱的游戏。在游戏中，每一个玩家在我的世界设计的三维空间中自由地进行创造、破坏甚至生存下去，相关能力在玩耍中得到快速提升。而这些能力也是传统的学校教育、传统的书本纸笔学习难以培养的。

2007年地平线报告提出中期技术趋势论述了虚拟世界对于教育的作用。虚拟世界能创建出非常有效的学习空间。它作为广义的学习环境能适用于任何学科，并为这些学科学习和研究创建各种条件，包括已有的物件和材料，以及现实世界没有的工具；大可以是宇宙空间，小可以深入到纳米世界。置身于社会化的虚拟世界中，学习者通过扮演不同的角色来完成现实世界的挑战，并承担相应的结果。这让虚拟世界有了更真实的学习意义。

基于虚拟世界的学习应用更真实的案例是虚拟实验室和语言学习环境。这是2013年地平线报告基础教育版远期技术趋势所论述的。虚拟实验室中，学生可以模拟开展真实实验室的操作，它能让学生在使用真实物理设备前，“安全”地开展实验并不断熟练。无论学生身处何处，通常都可以获得全天候使用虚拟实验室的机会，并可反复开展同一实验。一些新近开发的虚拟实验平台还可以提供给学生包含实验结果的报告模板，学生和教师可以很容易检查结果。现在ipad上的3D虚拟实验室成为孩子们喜爱的热门学习应用。而以虚拟替身形象参与语言学习和交流也成为现实生活中羞于开口的学习者们的最爱。 增强现实的教育机会

增强现实（Augmented Reality）是虚拟世界的升级版，它把真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在，被誉为现实和虚拟结合的典范。这种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术，其原理是把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息(视觉信息/声音/味道/触觉等)，通过电脑等科学技术，模拟仿真后再叠加，将虚拟的信息应用到真实世界，被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验。

比如，你眼前是一座现实世界中的古代遗迹，当你戴上具有增强现实功能的眼镜后，立即在眼前呈现出这座遗迹在古代时的恢宏的场景和发掘时的场景。就像电影《银河护卫队》开始时，星爵扫描外星遗迹时出现以前文明生活的场景的镜头。这会为教育带来怎样的变化呢？

虚拟现实的真实体验


虚拟现实（Virtual Reality）是利用视觉、听觉以及其他感觉输入——比如触觉和触觉反馈、甚至嗅觉和味觉等——综合构建的一种沉浸式计算机环境。虚拟现实可以模拟出完全虚幻的想象世界，也可以是现实世界（博物馆、历史地点）的数字化复制品。虚拟现实的目的是让用户对虚拟世界有更真实的体验。如果配上3D头戴设备和触觉手套等，完全覆盖了视觉、听觉和触觉，阻断用户与真实世界的接触，人们便会进入如《黑客帝国》电影中呈现的训练的场景，或者如《明日世界》中的那个独特徽章营造的未来可触摸的世界。

2015年，知名教育媒体Educause上业界熟悉的专栏“你应知道七件事情”发布了虚拟现实头戴设备将成为构建下一代学习环境的重要工具的论述。目前虚拟现实被广泛用于医疗、工程、科学、考古以及未知领域的探险。2016年被预测为虚拟现实元年，相关民用产品将普及。随着成本的降低，结合虚拟现实的可穿戴设备教育应用也将进入到普通学校。Google Cardboard就是这样一个产品。纸盒和配件，再加上安卓智能手机及相关应用，这一切就能组合成廉价的虚拟现实眼镜。2015年9月谷歌宣布将在美国六个州的学校开展试点，学生戴上Google

Cardboard结合地图和街景就可以进行虚拟的实地考察。“遨游全球、飞上火星、潜入珊瑚礁或回到过去——通过虚拟现实的探险来帮助学习理解抽象概念，让学生更深入地理解课堂之外的世界。”

虚拟和现实的争议

不管是增强现实（AR）还是虚拟现实（VR），相对于传统的教学而言新技术带来了更丰富的场景、更多的信息呈现、更深入的沉浸感，更人性化的互动接口。现在这些技术已经逐步进入到高等教育，更多针对基础教育的应用也正在被开发出来。学生们面对的不再是单一的学习材料和单向传递的信息，打开书本全世界就在眼前不再是想象，而是真实可及。

当前AR和VR技术更多的通过类似于头盔/眼镜等头戴式设备来实现。为此一些神经科学家提出了相应的疑虑。他们认为长期的近距离3D投射会给青少年带来神经功能暂时或持久的变化，进而导致某些神经功能缺损。同时其他一些研究者也提出了另外的担心，比如虚拟世界对现实世界的隔离，这与人类感知外部世界的方式有冲突，或者说在纯虚拟环境中获得的某些技能未必能顺利迁移到真实的世界中。

在实际应用中，也出现增强现实和虚拟现实两种技术之间的混淆和争论。增强现实强调在真实场景中信息层的叠加，而虚拟现实则强调利用相关数据的运算形成可交互的人造场景。二者都有虚拟的内容，也都与现实相关，只是侧重不同。由于教学理念和学科范畴的区分，这种不同也带来了一些争论。对不能真实参与的教学场景而言，虚拟现实的用处更大；对于能真实参与的教学场景，增强现实则带来更丰富的信息。

在维基百科上的描述可更能帮助我们认识到这一点，“1994年保罗·米尔格拉姆（Paul Milgram）和岸野文郎（Fumio Kishino）提出了现实-虚拟连续统（Milgram’s Reality-Virtuality

Continuum）。他们将真实环境和虚拟环境分别作为连续统的两端，位于它们中间的被称为混合实境（Mixed Reality）”。其中靠近真实环境的是增强现实，靠近虚拟环境的则是虚拟现实。 现实和虚拟的结合正成为教育研究者的主题。2015年，卡内基梅隆大学研究人员Nesra

Yannier博士等公开发布的研究文章“Learning from Mixed-Reality Games: Is Shaking a Tablet as Effective as Physical Observation?”中指出，结合虚拟和现实场景的学习成效是传统方式的五倍。近几年的地平线报告基础教育版都在倡导基于实景的学习，而当一些实景是学生无法真实接触到时，通过虚拟世界则可以弥补这一不足。 显然，“混合实境”才是未来学习发展的方向。

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