【摘要】地理學的研究對象具有時空多維性而且難以親身經歷, 其科學規律難以把握.。虛擬現實VR 技術能夠借助計算機構建出一個與現實環境十分逼真的虛擬環境,讓學生親身感受,, 增加地理課堂教學的真實感, 通過視覺、聽覺和觸覺等全方位認識地理環境, 學習新知識, 掌握新技能。可以預測VR 技術將在未來的地理教學中有著巨大的應用前景。
1.VR 技術概述
虛擬現實VR(Virtual Reality) 是在計算機圖形學、計算機仿真技術、人機接口技術、多媒體技術以及傳感技術的基礎上發展起來的高新技術。能夠借助計算機構建出一個與現實環境十分逼真的虛擬環境, 且支持用戶使用自然技能來親身感受,因而引起了人們及大的興趣,曾經被稱為“夢幻般的技術”和“人機接口的最后一道障礙”。虛擬現實技術具有很多引人入勝的特性,歸結起來有以下三點: 交互性、臨場性和多感知性。( 1) 交互性: 參與者通過輸入設備向虛擬現實軟件發出指令,虛擬現實軟件接受指令并智能的給予解釋, 然后更新虛擬世界,而不是像觀看三維動畫那樣,只能被動地接受信息或僅僅作為一個旁觀者。( 2) 臨場性: 在參與者與虛擬世界進行交互時由于頭盔顯示器、數據衣及數據手套的作用,虛擬系統將參與者置于一種隔離的環境中, 并且在這種環境中參與者頭、手、眼、語言及身體的運動都會使虛擬環境中的圖象與聲音實時地跟隨變化, 拿起物體可使物體隨著手的移動而運動,而且可以聽到三維仿真的聲音, 參與者在虛擬環境中,一切感覺都是極其的逼真,使其有一種身臨其境的感覺。( 3) 多感知性: 由于虛擬現實系統中裝有視、聽、觸、動覺的傳感及反應裝置, 因此,使用者在虛擬環境中可以獲得視覺、聽覺、觸覺、動覺等多種感知,從而達到身臨其境的感受。
2.虛擬現實技術在地理教育中的運用
2.1 有利于解決地理教學現實中的問題
2.1.1 虛擬現實用于教學能夠彌補教學條件的不足。在現實教學中,經常會遇到實驗設備、實驗場地、教學經費等的限制,致使一些必要的教學環節或實驗活動無法開展。如在講述地球表層時, 虛擬地理環境可以虛擬大氣圈、巖石圈、水圈、生物圈各圈層并形象地展示各個圈層之間相互作用所構成的復雜系統。使學生得以擺脫課本說教的冷漠感, 寓教于樂。
2.1.2 虛擬現實技術還可以模擬顯現那些在現實中存在, 但在一般實驗或教學環境下很難、甚至是無法顯現的事物與現象, 例如地震和海嘯, 滑坡和泥石流, 臺風等自然災害的影響, 針對這些地理環境問題,可以借助于虛擬的方法, 構建模型,對有關問題進行研究。這類內容早已有許多電影作品進行了展示, 而且在教學中收到了良好的效果,其不足是除實地考察外, 學生作為學習的主體卻只能以旁觀者的角色來被動參與, 而通過沉浸型虛擬現實, 學生們可以真正獲得置身于現場的感覺, 甚至能融入到過程中去, 無論是針對課程教學還是科普教育來說, 這種方式的成效是不言自明的。
2.1.3 虛擬現實技術有利于打破空間、時間對教學的限制, 虛擬現實技術可以將一些長時間或長期的變化過程壓縮到可接受的時間里呈現給學生。像大陸漂移、天體運動等知識的教學或實驗研究就能夠得以形象直觀、快速完整的進行。使學生可以形象直觀的了解板塊運動和宇宙中各主要天體運行的大概情況。
2.1.4 虛擬現實技術可結合人文地理教學內容設計游戲, 讓學生玩中學。地理學不僅研究自然環境還研究人文環境,是自然與人文相融合的綜合環境。在人文地理教學中, 在講述城市規劃時, 可以用虛擬現實技術虛擬城市的街道, 街道樹種, 建筑物及高層建筑, 根據城市的功能和城市美學原理, 同時還對街道樹種的選擇進行比較, 讓學生進行城市的安排布局, 多方案的對比分析, 選擇出一種合理的城市規劃。
用虛擬的環境代替真實的環境, 可以為學生創造更好的學習環境, 寓教于樂。
再如: 旅游風景區的規劃管理教學, 給出相應的資源條件( 如風景所在的區位條件、建設景區所需的各種工具等) 和相應的建設和經營期限。讓學生根據給定的條件進行風景區的設計規劃和建設, 建成后即投入運營。在運營過程中, 根據游客對景點需求的情況, 及時進行景點調整。最后, 學生通過有效的管理,來提高風景區的經濟效益。通過游戲活動, 學習者可以應用、提高已經掌握的與旅游風景區設計、規劃、管理等方面有關的知識和技能。
2.2 有利于開拓和深化新型地理教學模式,提高教學績效
地理學作為一門研究地表空間結構以及人類與地理環境關系的科學, 研究對象具有時空多維性而難以親歷, 其科學規律難以把握.虛擬場景方式可創新展現了高山平原、河流湖泊、丘陵沙漠、城鄉景觀等任何區域的景觀特征, 可以完全改變傳統地理教學只靠文字和少量局部圖片的教學模式, 使自然地理、人文地理教學的生動性和真實性大大提高, 還可以把地理學科中分支學科教學內容綜合起來, 達到地理學科研究性學習的預期效果。通過虛擬現實技術構建三維地理環境背景作為基礎圖層, 把地理中各分支學科各個應用領域疊加到圖層中, 整合地理學科中分支學科知識, 為地理教育提供良好的教學和學習環境, 提高教學績效。
2.3 科學性與經濟性共存
滿足教育教學的理想與現實的統一長期以來,教育的發展總是處于一種資金短缺的窘境, 無法滿足巨大的教學需求。特別是近幾年高校擴招、社會學習化和人口的自然變化等因素, 都使教學設施等的投入處于被動狀態。作為人類認知學習和相關能力發展的新工具, 虛擬現實技術具有科學、形象、簡易、安全、經濟、實效、適應性強等優點, 有力的支持教學走向規模化、最優化和人性化。最具現實意義的是, 基于網絡的虛擬現實技術正成為主流。
依托于各級各類寬帶網絡平臺的公共建設和個人計算機的自然普及,網絡虛擬現實重點在于軟件建設, 其投入方式屬于“軟投入”。它能夠及時、有效的緩解學習者的壓力, 并滿足他們對更多課程門類的需求,保證院校教學的順利開展, 而且能夠較好的適應教學需求的波動, 盡量避免社會資源的浪費。隨著技術發展的成熟, 虛擬現實技術必將更加富有科學和實效性, 實現起來也將更加簡易和經濟, 教育界在教學理想與經濟現實之間面臨的矛盾與尷尬有望得到妥善解決。
3.虛擬現實技術的教學應用形式
虛擬現實技術是繼電視、多媒體和網絡技術之后, 在教育領域內最有應用前景的媒體技術之一。目前,虛擬現實技術在教育教學領域中主要有以下幾種應用形式。
3.1 虛擬現實技術用于地理課件制作
地理的課程特點要求教學課件的設計、開發, 十分注重對教學情境和人機交互的設計。目前,課件制作主要借助動畫、視頻、聲音等多種媒體的有機組合來增強情境氣氛, 通過超級鏈接、文本輸入、搜索和簡單的判斷、分支來實現交互。缺乏現實參與性、動態性和個性創造的樂趣。用虛擬現實技術支持課件的設計、開發,不僅能夠實現立體空間、立體物體的“真三維”展示與介紹, 而且支持學習者的自由瀏覽和“浸入式”漫游,可以隨意控制教學場景的展示和場景中元素的狀態,進行個性化學習與體驗。對于情景性或操作性要求很強的教學課件來說, 虛擬現實技術將是一項關鍵技術。目前由于條件的限制, 完全沉浸虛擬現實系統的硬件設施仍然昂貴價格, 這也制約了虛擬現實在教學中的普及。但桌面虛擬現實系統的應用已經為教學媒體的應用開辟了一條新的道路。隨著虛擬現實系統的價格不斷下降, 軟件的適用性不斷增強, 這種媒體必將作為新的教育技術廣泛應用于教學。值得我們作深入的研究與思考。
3.2 基于虛擬現實技術的網絡協作學習
基于虛擬現實技術的網絡教學系統著重強調了在線學習的臨場參與感, 盡可能支持學生的各種學習、練習、討論、交流、游戲、考試等活動。一個完整的虛擬現實網絡教學系統,往往還包括虛擬實驗子系統和多媒體考試子系統。虛擬實驗子系統基礎課虛擬實驗室基本一致,不再贅述。關于多媒體考試子系統, 它是基于Web、多媒體技術和虛擬現實技術的一種綜合性評價手段, 強調運用虛擬現實技術來組建網上虛擬考試環境,以支持多種測評方式的實施?；谔摂M現實技術的多媒體考試系統將是未來網絡考試的一個重要發展方向。
3.3 虛擬地理實驗室
地理教學實驗中適合模擬的方式來進行教學的內容是比較多的, 通過虛擬實驗在實踐教學中的應用, 可以使學生將抽象的學習變換成具體的學習、理性的學習變換成體驗的學習、想象的學習變換為現實的學習、枯燥的學習變換成生動的學習等等,從而輕松有效地從中獲取知識。
4.結束語
虛擬現技術將增加地理課堂教學的真實感, 學生通過視覺、聽覺和觸覺等全方位認識地環境, 學習新知識, 掌握新技能。隨著計算機技術的發展、虛擬現實系統的價格不斷下降以及軟件的適用性不斷增強, 虛擬現實正掀開其神秘的面紗而逐漸走進教學。盡管虛擬現實技術在地理課程教學中的應用才剛剛開始, 但是這項技術已經展示了其巨大應用前景, 隨著在教學上的應用程度不斷提高和加強, 必將促使教學條件、教學環境的改善以及教學理念的更新, 并再一次促進教學質量的顯著提高。
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