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译／刘 聃 湖南师范大学教育科学学院教育技术系
从美国的密西西比河开始，飞越墨西哥海湾，直到南美洲，体验天鹅的迁移习性；横过繁忙的十字路口；变成一个氢原子和另一个氢原子以及和一个氧原子结合成一个水分子。这些是今天虚拟现实技术能够提供的一些体验。随着计算机技术的不断发展，攀登艾菲尔铁塔、在切萨皮克海湾钓鱼、在一个遥远的地方作调查等活动将在虚拟现实中成为可能。
美国的科学家和教育家们正进行通力合作，通过CAVE、Immersa-Desks、ImmersaWalls、HMD (head-mounted displays)等把“虚拟现实”引荐给教师和学生。CAVE是一个长、宽、高各3.05米（10英尺）的空间，三面围墙、一个顶、一块地板，这是一个洞穴式立体显示装置。学生一般要佩戴一副眼镜，它能帮助学生提高图像识别能力，它所携带的CAVE操纵杆能够用来帮助学生在虚拟环境中控制视点的移动。桌子、墙以及头盔显示器（现在已经比较容易获得）比较便宜，也易于携带，可以作为CAVE的替代品。
虚拟现实作为辅助课堂教学的应用还处于起步阶段，尽管当前在美国有很多应用实例，但虚拟现实的发展还没有达到在课程内外随处可用的水平。这里只列出了几个实例，探讨一下科学家和教育家们是怎样合作来开发一种新的学习方式，这种方式考虑了学生完全沉浸于虚拟现实学习环境的学习能力。
例如，在George Mason大学，Chris Dede和他的同事开发了个“科学空间世界”，这个世界包括了三个方面的应用，即“牛顿世界”、“麦克斯韦世界”、“鲍林世界”。在“牛顿世界”，学生们了解的是多个参考点运动定律，包括盘旋在空中的球与另一个球相撞，以及既不考虑重力也不考虑摩擦力的运动情形；而在“麦克斯韦世界”，学生们试验受力和能量影响的多个参考点的静电场；“鲍林世界”则介绍了化学上的结合以及分子结构，例如很多氢分子和氧分子结合成为一滴水，或者利用氨基酸合成复杂的蛋白质。这些在Dede所写的《学习21世纪的科学：研究、设计、实现高技术学习环境》一书中都有描绘。
在芝加哥的伊利诺斯大学，最近在研究为K-12内所有年龄段的学生学习重要安全技能提供机会，包括了那些身体有缺陷的学生。Frank Rusch和他的同事们根据已有的虚拟现实技术和自我学习策略来促进交通安全的学习。CAVE可为学生提供很多机会学习怎样过马路的技能，而不需要到真实的街道上去，这就减少了教学所需要的时间和在实际中的危险性。
在这一展示过程中，Rusch、Umesh Thakkar和Laird Heal想弄清当穿越三个不同的十字路口时，学生是否能通过参看使用说明顺利使用功能准则棒。每个十字路口事实上显示了三层困难（简单、典型和复杂），这些困难直接与穿过十字路口的车流量和车速有关。通过利用其本身生成的提示，81位学生学会了穿过这三个十字路口，这在残疾和正常学生之间几乎没有什么差别。
作为一种应用于中小学校和装有CAVE显示系统的大学实验室里的学习工具，虚拟现实显得越来越重要。近来的研究分析了ImmersaDesk桌面式虚拟现实系统的使用情况。通过让学生以固有的知识直接对比预选方案的一系列练习来引导学生，ImmersaDesk桌面式虚拟现实系统试图教会学生更好地理解一些概念，而这些概念和学生们已有的概念有差异。例如，当老师告诉学生地球是圆的的时候，年轻的学生们很容易产生怀疑。对大多数学生而言，地球显然是平的，他们没有认知能力，也没有抽象思维能力，不能由他们所看见、体会到的平平的地表抽象地上升到他们没有直接看到的感觉里球体的地球。
伊利诺斯大学开展了“圆地球项目”。正如《圆地球项目：共享的虚拟世界中深层次学习》所说，已经进行了一系列的研究来更好地理解是怎样产生复杂思维的。研究是当学生们有机会接触一个虚拟的球形状地球的情况下（如同从宇宙飞船上看到的那样）进行的。用ImmersaDesk桌面式虚拟现实系统，A.Johnson和他的同事们发现，他们能使人学会一些比如圆的地球对应平的地球这类新概念。他们让学生扮演宇航员的角色，还让这些宇航员探讨圆的地球还是平的地球之类问题。ImmersaDesk桌面式虚拟现实系统是一个长15.4厘米、宽10.3厘米（6英寸×4英寸）带有显示器的标准台面。在ImmersaDesk桌面式虚拟现实系统中，学生使用立体眼镜和操纵杆，就像他们在CAVE系统那样操作。
虚拟现实将继续在教育方面作出重要的贡献。在不久的将来，高中将利用墙面式和桌面式虚拟环境去学习新的概念，使用HMD帮助那些易分神的学生来学习，教给学生们教材以外日益复杂的概念。
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什么是虚拟现实
虚拟现实，英文名为Virtual Reality，简称VR技术。这一名词是由美国VPL公司创建人拉尼尔（Jaron Lanier）在20世纪80年代初提出的，也称灵境技术或人工环境。作为一项尖端科技，虚拟现实集成了计算机图形技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新发展成果，是一种由计算机生成的高技术模拟系统。它最早源于美国军方的作战模拟系统，90年代初逐渐为各界所关注并且在商业领域得到了进一步的发展。这种技术的特点在于计算机产生一种人为虚拟的环境，这种虚拟的环境是通过计算机图形构成的三维数字模型，并编制到计算机中去生成一个以视觉感受为主，也包括听觉、触觉的综合可感知的人工环境，从而使得在视觉上产生一种沉浸于这个环境的感觉，可以直接观察、操作、触摸、检测周围环境及事物的内在变化，并能与之发生“交互”作用，使人和计算机很好地“融为一体”，给人一种“身临其境”的感觉。
从美国的密西西比河开始，飞越墨西哥海湾，直到南美洲，体验天鹅的迁移习性；横过繁忙的十字路口；变成一个氢原子和另一个氢原子以及和一个氧原子结合成一个水分子。这些是今天虚拟现实技术能够提供的一些体验。随着计算机技术的不断发展，攀登艾菲尔铁塔、在切萨皮克海湾钓鱼、在一个遥远的地方作调查等活动将在虚拟现实中成为可能。
美国的科学家和教育家们正进行通力合作，通过CAVE、Immersa-Desks、ImmersaWalls、HMD (head-mounted displays)等把“虚拟现实”引荐给教师和学生。CAVE是一个长、宽、高各3.05米（10英尺）的空间，三面围墙、一个顶、一块地板，这是一个洞穴式立体显示装置。学生一般要佩戴一副眼镜，它能帮助学生提高图像识别能力，它所携带的CAVE操纵杆能够用来帮助学生在虚拟环境中控制视点的移动。桌子、墙以及头盔显示器（现在已经比较容易获得）比较便宜，也易于携带，可以作为CAVE的替代品。
虚拟现实作为辅助课堂教学的应用还处于起步阶段，尽管当前在美国有很多应用实例，但虚拟现实的发展还没有达到在课程内外随处可用的水平。这里只列出了几个实例，探讨一下科学家和教育家们是怎样合作来开发一种新的学习方式，这种方式考虑了学生完全沉浸于虚拟现实学习环境的学习能力。
例如，在George Mason大学，Chris Dede和他的同事开发了个“科学空间世界”，这个世界包括了三个方面的应用，即“牛顿世界”、“麦克斯韦世界”、“鲍林世界”。在“牛顿世界”，学生们了解的是多个参考点运动定律，包括盘旋在空中的球与另一个球相撞，以及既不考虑重力也不考虑摩擦力的运动情形；而在“麦克斯韦世界”，学生们试验受力和能量影响的多个参考点的静电场；“鲍林世界”则介绍了化学上的结合以及分子结构，例如很多氢分子和氧分子结合成为一滴水，或者利用氨基酸合成复杂的蛋白质。这些在Dede所写的《学习21世纪的科学：研究、设计、实现高技术学习环境》一书中都有描绘。
在芝加哥的伊利诺斯大学，最近在研究为K-12内所有年龄段的学生学习重要安全技能提供机会，包括了那些身体有缺陷的学生。Frank Rusch和他的同事们根据已有的虚拟现实技术和自我学习策略来促进交通安全的学习。CAVE可为学生提供很多机会学习怎样过马路的技能，而不需要到真实的街道上去，这就减少了教学所需要的时间和在实际中的危险性。
在这一展示过程中，Rusch、Umesh Thakkar和Laird Heal想弄清当穿越三个不同的十字路口时，学生是否能通过参看使用说明顺利使用功能准则棒。每个十字路口事实上显示了三层困难（简单、典型和复杂），这些困难直接与穿过十字路口的车流量和车速有关。通过利用其本身生成的提示，81位学生学会了穿过这三个十字路口，这在残疾和正常学生之间几乎没有什么差别。
作为一种应用于中小学校和装有CAVE显示系统的大学实验室里的学习工具，虚拟现实显得越来越重要。近来的研究分析了ImmersaDesk桌面式虚拟现实系统的使用情况。通过让学生以固有的知识直接对比预选方案的一系列练习来引导学生，ImmersaDesk桌面式虚拟现实系统试图教会学生更好地理解一些概念，而这些概念和学生们已有的概念有差异。例如，当老师告诉学生地球是圆的的时候，年轻的学生们很容易产生怀疑。对大多数学生而言，地球显然是平的，他们没有认知能力，也没有抽象思维能力，不能由他们所看见、体会到的平平的地表抽象地上升到他们没有直接看到的感觉里球体的地球。
伊利诺斯大学开展了“圆地球项目”。正如《圆地球项目：共享的虚拟世界中深层次学习》所说，已经进行了一系列的研究来更好地理解是怎样产生复杂思维的。研究是当学生们有机会接触一个虚拟的球形状地球的情况下（如同从宇宙飞船上看到的那样）进行的。用ImmersaDesk桌面式虚拟现实系统，A.Johnson和他的同事们发现，他们能使人学会一些比如圆的地球对应平的地球这类新概念。他们让学生扮演宇航员的角色，还让这些宇航员探讨圆的地球还是平的地球之类问题。ImmersaDesk桌面式虚拟现实系统是一个长15.4厘米、宽10.3厘米（6英寸×4英寸）带有显示器的标准台面。在ImmersaDesk桌面式虚拟现实系统中，学生使用立体眼镜和操纵杆，就像他们在CAVE系统那样操作。
虚拟现实将继续在教育方面作出重要的贡献。在不久的将来，高中将利用墙面式和桌面式虚拟环境去学习新的概念，使用HMD帮助那些易分神的学生来学习，教给学生们教材以外日益复杂的概念。
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什么是虚拟现实
虚拟现实，英文名为Virtual Reality，简称VR技术。这一名词是由美国VPL公司创建人拉尼尔（Jaron Lanier）在20世纪80年代初提出的，也称灵境技术或人工环境。作为一项尖端科技，虚拟现实集成了计算机图形技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新发展成果，是一种由计算机生成的高技术模拟系统。它最早源于美国军方的作战模拟系统，90年代初逐渐为各界所关注并且在商业领域得到了进一步的发展。这种技术的特点在于计算机产生一种人为虚拟的环境，这种虚拟的环境是通过计算机图形构成的三维数字模型，并编制到计算机中去生成一个以视觉感受为主，也包括听觉、触觉的综合可感知的人工环境，从而使得在视觉上产生一种沉浸于这个环境的感觉，可以直接观察、操作、触摸、检测周围环境及事物的内在变化，并能与之发生“交互”作用，使人和计算机很好地“融为一体”，给人一种“身临其境”的感觉。