虚拟现实技术的教育应用研究

摘要：虚拟现实技术自从出现以来就受到了人们的广泛关注，国家政策也在积极鼓励推动虚拟现实技术、理论和应用的研究。虚拟现实技术作为一种新兴的科学技术，从出现到现在也不足100年，其理论和实际应用还未完全落地。当前虚拟现实技术为大众熟知，许多人也在主动想要去了解虚拟现实这个新领域，但是如何找到虚拟现实技术最佳的应用方向和领域，以及现在存在哪些问题有待解决，从而更好地为人类生活服务是一个值得探究的问题。而文章基于CNKI网站收录的近三年的文献，对其进行可视化分析，并依据分析结果寻找当前虚拟现实技术在教育行业中的应用方向及热点，为研究者后续研究提供可选择的方向。

关键词：虚拟现实；教育发展；可视化分析；计算机技术；教育研究

中图分类号：G40-057 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2024）04-0174-04

0 引言

2022年10月28日工信部发布《虚拟现实与行业应用融合发展行动计划（2022—2026年）》文件，此文件的发布说明虚拟现实受到了足够多的重视，发展空间广阔，具备研究价值。报告对教育培训行业也做了相关要求。报告指出关于教育培训的重要任务就是实现教育培训场景的落地，虚拟现实技术教育应用越来越为我们熟知，了解虚拟现实技术在教育中的应用情况对于我国教育的发展与进步具有极其重要的意义。CiteSpace是一种科学的可视化数据分析软件，本文基于CiteSpace软件，对近十年有关虚拟现实技术教育应用有关的文献进行科学分析，并从可视化图谱中分析出虚拟现实技术教育应用最近的发展趋势以及相关的研究内容，为研究者选择研究方向提供科学的参考依据。

1 研究方法

CiteSpace 软件是一款用来分析和可视化共被引网络的Java应用程序，其强大的分析能力可以为我们进行研究提供很多参考资料。经过主题限制筛选得到的文献作为分析对象，经过分析后得到的作者图谱，发文机构图谱，关键词共现图谱、聚类图谱等以可视化方式呈现，人为深度挖掘关键词内在的联系，结论具有准确性和可靠性。

2 数据来源及参数设置

本文选取数据为2012年12月31日到2022年12月31日的有关虚拟现实技术教育应用的文章共273 篇，运用CiteSpace软件生成图谱进行可视化分析，主题限制为“虚拟现实”“教育应用”。Node types 设置为keyboard；Selection criteria 面板参数G-index：k=25;top-n=50;top n%=10%，slice=100；时间为2012年12月到2022年12月，years per slice为1。

3 发文作者分析

王红娟、张岩、冯建平、李敏等四人发文数量及年份如表1所示，其他作者均只发表一篇相关文献。通过CiteSpace对作者进行分析得到图谱。如图1可知合作团体数量较少，且多是二人进行合作，合作规模不大，难以带动相关领域的合作。

4 发文机构分析

从研究机构可视化图谱如图2所示得出研究这一领域的学校主要有辽宁行政学院、山东师范大学、西华师范大学教育学院、九江职业大学、广州铁路职业技术学院、咸阳职业技术学院、河南农业职业学院华南师范大学教育信息技术学院、吉林大学、北京师范大学智慧学习研究院。分析图谱得出发文机构均为学校且多为职业院校，职业院校将虚拟现实技术应用到教学中，虚拟现实技术得到了职业院校的认可。图中第二军医大学学员八队，第二军医大学海医五队及一队，第二军医大学海军医学系海洋生物技术教研室四个机构之间进行了合作。医疗行业也对虚拟现实技术进行了应用研究。

5 时区图分析

如图3所示，从时区图可以看出在2012年，2016 到2022年这几年之间虚拟现实技术的教育研究成果较多，研究热度较高。2012年开始主要是医学教育，职业院校教育教学成为研究重点主题持续至今。现实技术，应用现状是在近几年内的研究热点。研究人员倾向结合时事热点进行研究，比如培训方向的应用会结合当年的发展热点方向进行，比如教育培训，医学教学交互需求热点结合的医学培训，提倡培养创新型人才的创新培训到如今的党员培训；学校提倡劳动课程出现的劳动教育中的应用；随着时间的推进，又有结合人工智能的智慧教育等。在未来智慧教育将会得到更多的关注与研究。

6 虚拟现实技术教育应用研究热点与趋势分析

6.1 虚拟现实

虚拟现实技术就是利用计算机和感官设备等硬件去营造和体验逼真的环境并与环境中的客体进行交互，从而对自身机体产生影响[1]。

6.2 研究热点

1） 虚拟现实技术在医学方面的应用是智慧实验教学

医生和病人的交互熟练程度决定了医生的水平，当医生与病人交互得越多，对病人越熟悉，得到的检查结果就会更加精确，检查过程更加高效。医生的培养过程必须与病人交流以得到更多的经验，增长自身的技术和能力。要想成为一名合格的医生必然要接触更多的病人，由于现实情况的不确定性导致医生实践时间和机会的不确定性，这个是阻碍学生成为优秀的医生的关键问题。虚拟现实技术的沉浸性特点就能够在一定程度上解决这个现实问题。在教学方面，医学教育可以在护理、临床、口腔、眼科等领域进行应用[2]，比如可以制造虚拟但复杂的人体构造，配合老师的讲解清晰明白，创造更好的教学效果。利用交互技术还可以制造虚拟的手术环境供学生进行练习，促进学生将所学到的知识转化为实践，提升学生的操作能力。

2） 虚拟现实技术在职业教育领域的应用是实践课程的教学

利用虚拟现实技术开发的虚拟仿真系统是针对教师、学生以及教育部门的教育教学资源。首先，虚拟仿真实验平台的交互设计能够实现以学生为中心的教育理念。这种平台不仅可以最大程度上保证全部学生可以及时进行所学知识的实践应用，增强学生的动手能力，为我国培养卓越工程师提供了更好的条件，还能保证学生在实践过程中的安全。比如“电网运行与控制”虚拟仿真实训基地是虚拟现实技术在职业教育教学方面的应用[3]。其次，教师有了更方便的教学工具，极大地提升了教学质量，也增加了教师的职业成就感。最后，教育部门来说，实训所需的教学设备太过昂贵，教育部门无法保证全面提供标准的实地实践环境，这个平台的开发可以有效缓解教育部门的经济压力。

3） 虚拟现实技术对化学等学科进行教学应用

在化学学科中，将抽象的化学名词虚拟化呈现出来，配合老师讲解，基于直观性教学理念可以让学生更好地接受知识。如将化学学科中分子结构[4]虚拟化呈现出来就可以让学生更快掌握分子的空间结构，从而更有利于学生对后面知识的理解。在英语学科中，改变课堂教学方式，基于情景式教学理论，向学生呈现虚拟化对话场景，提供更真实的交流环境，提高学生动口的积极性[5]。

4） 虚拟现实技术在劳动教育方面的应用[6]

劳动教育是教育与社会生活之间紧密联系的课程，劳动教育是对学生进入社会后适应社会的先导性课程。劳动教育的重要性和实践性也日益凸显，而劳动教育场所以及劳动教育方式单一导致许多学校的劳动教育无法开展以及开展效果不佳。为了解决劳动教育教学中存在的问题，引入虚拟现实技术，营造相关劳动场景，虚拟环境的呈现让学生直观感受劳动，提升劳动教育效果。

6.3 发展趋势

1） 虚拟现实技术在安全教育方面的应用[7]

对于有的人来说，安全知识的口头教育往往是苍白无力的。由于安全事故发生结果的不可逆性，不能让学生亲自去体验。利用虚拟现实技术和相关设备，创造虚拟的安全事故发生时的场景，营造出真实感，然后让学生去体验，达到锻炼学生的应急反应能力的效果，增强学生对生命的敬畏，提高自我保护意识的安全教育效果。生活中存在着很多安全隐患，比如煤气泄漏、下水管道爆炸、高空坠物等，类似这些安全隐患都可以通过虚拟现实技术呈现给大家，增强感受性和交互性，体会危险到来以及练习使用急救措施，以此来提高大家的安全意识。

2） 虚拟现实技术在党员培训中的应用[8]

国家现在大力推进思想政治教育，学习中国共产党的奋斗精神。中国共产党带领中国正走向繁荣，生在和平年代的我们需要在当时那个环境下才能理解先烈们的处境，去感悟红色精神。为了顺利推进这项工作，国家开展党员培训活动，而党员培训的重要内容就是明史。历史事件的清晰讲述对党员们学习党的重要精神起着重要作用。许多教育者通过虚拟现实技术，重现过去的场景，并插入相关的历史知识，让人们在更加真实的情境中去了解党的故事，与历史人物交互，领会党的精神，遵守党的指示，看伟人是如何面对困难，学习如何为人民办实事。

3） 虚拟现实技术促进教育公平发展路径

在信息化社会以虚拟现实技术利用数字教育资源学习。利用此种方式来打破资源配置不均衡导致的教育不公现象。虚拟现实技术的加入变革传统教育，提高教育的效率，扩大知识的广度。学习使用虚拟现实技术对促进教育公平至关重要，国家要大力培养信息化人才，推动信息化教育技术的普及，让更多的人学会以更方便快捷的方式接受教育，推动教育发展。

7 可研究的问题

7.1 虚拟现实技术技能型数字教育资源的智能化共建模型

关于数字教育资源涉及专业广泛，每个专业又涉及到很多课程，许多课程又涉及很多小的知识点。要对符合制作标准的课程进行一个完整的开发制造。按照一定的流程，准备完整的数字教学资源。针对合作建设数字教育资源提出一下合作模型：

虚拟现实技术支撑职业院校技能型数字教育资源的智能化共建共享首先以技能型课程为主。

第一步发现需求：首先从学校等直接进行数字教育资源使用的地方入手，查阅数字教育资源的使用现状；接着从家庭着手，调查数字教育资源的提供情况，包括相关设备等，统计家庭中提供教育资源的情况；接着从社会入手，调查社会中可以提供数字教育资源的机构和平台，调查数字教育资源的产生情况。

第二步生成资源：从学校、家庭、社会三方面入手，根据发现的问题做出多种方案，统计信息技术教学人员数量以及综合素质，开发教育资源创造平台，分配小组开发对应的数字教育资源，按照教学设计人员，教学活动实现人员，数字资源检查的监督人员等安排信息技术教学人员，生成数字资源开发方案。

第三步使用资源：将学校，家庭，社会生成的数字教育资源进行全局安排，统一使用，增加普及率和使用率。及时获得使用情况反馈，根据反馈不断更新数字教育资源。同时对信息技术教学人员进行技术更新和培训，要让数字教育资源更新，首先得更新教学人员的技术，解决技术问题才能进行资源的更新，教育教学效果才能不断更新。

第四步评价资源：回顾整个数字教育资源合作创造过程，系统分析各个环节出现的问题，存在的困难，总结经验，对数字教育资源合作创造过程进行效果评价，及时解决合作过程中出现的问题。从学校、家庭、社会三方面入手，将前期调查得到拥有资源使用硬件条件人的相关数据生成的使用人员数据库，技术人员数据库以及后来开发的资源数据库作为基本数据库，应用智能算法，建立智能评价机制，得出资源效果并安排技术人员对资源进行技术完善，得到拥有最佳效果的技能型数字资源，提高共建共享效果。

7.2 虚拟现实技术支撑数字教育资源共享平台系统

良好的教育资源平台对于数字教育资源使用和普及至关重要。教育资源平台系统要稳定，安全，无广告，保证安全健康的环境是让使用者使用数字教育资源的第一步。接着设置平台使用说明书，让使用者明确如何使用此数字教育资源共享平台，上传使用教程供使用者观看，为使用者提供使用便利。接着为了获得教育资源使用状况，设置资源使用调查机制，在使用资源之后触发调查表，获取使用者的使用感受和建议评价，以改进数字教育资源平台系统的改进和完善；接着设置平台共享和学习交流环节，促进学习心得的使用和交流，增加普及率。依靠虚拟现实技术的交互特点实现数字教育资源的生成，共享，使用，再创造，再共享循环体系，共同建设数字资源平台共享系统。

8 总结

通过可视化信息得出近十年来虚拟现实技术研究状况。有关教育管理部门应培养教学研究人员之间的合作意识，扩大合作团体人员数量，提供合作研究机会。同时加强机构之间的合作，将合作成果进行推广和普及，同时丰富数字教育资源的建设，助力实现教育信息化，实现技术与行业高度融合的政府规划愿景。另外，结合当前热门的人工智能研究，实现虚拟现实技术在教育行业更高水平的应用。

参考文献：

[1] 赵沁平.虚拟现实综述[J].中国科学（F辑：信息科学），2009，39（1）：2-46.

[2] 王振慧，杨宏业.虚拟仿真技术在口腔医学教育中的应用[J].口腔医学研究，2022，38（9）：811-814.

[3] 刘书阁，赵笑笑，王玺，等.职业教育“电网运行与控制”虚拟仿真实训基地建设研究[J].中国电力教育，2021（7）：27-29.

[4] 蔡苏，张晗.VR/AR教育应用案例及发展趋势[J].数字教育，2017，3（3）：1-10.

[5] 李西，曹婷.基于虚拟现实技术的英语口译教学模式研究[J].黑龙江教育（理论与实践），2022（4）：52-54.

[6] 张瑜.虚拟现实技术助力劳动教育的三重维度[J].鄂州大学学报，2022，29（2）：74-76.

[7] 刘容宇.虚拟现实技术在安全教育中的作用研究[J].智能城市，2022，8（8）：54-56.

[8] 谌裕勇.虚拟现实技术在高校发展党员培训教育中的应用[J].数字技术与应用，2022，40（4）：48-50.

【通联编辑：李雅琪】