隨著信息時(shí)代的到來(lái)，大數(shù)據(jù)、人工智能、5G和衛(wèi)星通訊等信息科技飛速發(fā)展，當(dāng)今世界正在經(jīng)歷一場(chǎng)革命性的變化，數(shù)字化與智能化在越來(lái)越多的行業(yè)和領(lǐng)域中普及。特別是虛擬仿真技術(shù)在教育中的應(yīng)用給教育領(lǐng)域帶來(lái)了全新的教育生態(tài)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是以現(xiàn)實(shí)為基礎(chǔ)創(chuàng)設(shè)虛擬環(huán)境，借助現(xiàn)代化傳感裝置，來(lái)讓體驗(yàn)者在虛擬和現(xiàn)實(shí)的交互作用中獲得親臨真實(shí)環(huán)境的感受和體驗(yàn)，從而達(dá)到教育的預(yù)期效果。這一技術(shù)在教育教學(xué)中的運(yùn)用所帶來(lái)的是教育理念的革新以及教學(xué)手段、方法、技術(shù)、內(nèi)容乃至?xí)r空的革命。

　　虛擬仿真技術(shù)在教學(xué)過(guò)程中的應(yīng)用特征

　　1. 交互性。教育本身是一個(gè)信息和知識(shí)的傳遞過(guò)程，在大信息背景下，知識(shí)本身變得立體化，呈現(xiàn)出多渠道、多元素、多要素等特征，需要教育者進(jìn)行全方位的信息傳輸。而傳統(tǒng)教學(xué)方式，主要靠老師的口頭講授或者文字、圖片、視頻等。這種教學(xué)方式對(duì)老師的語(yǔ)言表達(dá)能力和教學(xué)組織能力要求極高，且不可避免知識(shí)在語(yǔ)言傳授過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)信息的丟失。虛擬仿真技術(shù)使得學(xué)生能夠真正進(jìn)入一個(gè)由計(jì)算機(jī)生成的交互式三維虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，與之產(chǎn)生互動(dòng)，進(jìn)行交流。通過(guò)參與者與虛擬仿真環(huán)境的相互作用，并借助人本身對(duì)所接觸事物的感知和認(rèn)知能力，幫助和啟發(fā)參與者的思維，以全方位地獲取虛擬環(huán)境所蘊(yùn)涵的各種空間信息和邏輯信息。這種立體式、全方位的教學(xué)方式使得知識(shí)以其本身的面貌進(jìn)行傳授，最大限度地保留了知識(shí)本身的形態(tài)。

　　2. 沉浸性。孔子在教育學(xué)生過(guò)程中，最常使用的方法是觀察法和談話(huà)法，比如孔子帶學(xué)生去觀察自然景觀，與學(xué)生對(duì)話(huà)時(shí)經(jīng)常打比方和講故事，其本質(zhì)就是為學(xué)生搭建一個(gè)教育場(chǎng)景，學(xué)生沉浸于其中，從而把理論變得形象化，便于理解。由于虛擬仿真技術(shù)特有的沉浸感和實(shí)時(shí)性，通過(guò)對(duì)時(shí)間和空間環(huán)境的超越，使得它在軍事模擬、先進(jìn)制造、城市規(guī)劃、地理信息系統(tǒng)、醫(yī)學(xué)生物、天文等領(lǐng)域中有非常大的應(yīng)用前進(jìn)，比如對(duì)于一些劇毒物質(zhì)的試驗(yàn)，未知領(lǐng)域外太空的探索等。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠大大的推進(jìn)這些領(lǐng)域的教育教學(xué)活動(dòng)，從而打破時(shí)間和空間的局限，將虛擬教育與現(xiàn)實(shí)教育緊密結(jié)合起來(lái)。

　　3. 時(shí)代性。在5G時(shí)代背景下，教育主體可以以數(shù)字人的形式出現(xiàn)。數(shù)字人，具體指信息科學(xué)與生命科學(xué)融合的產(chǎn)物，是利用信息科學(xué)的方法對(duì)人體在不同水平的形態(tài)和功能進(jìn)行虛擬仿真。其包括四個(gè)交叉重疊的發(fā)展階段，可視人，物理人，生理人，智能人，最終建立多學(xué)科和多層次的數(shù)字模型并達(dá)到對(duì)人體從微觀到宏觀的精確模擬。傳統(tǒng)教育中，教師和學(xué)生是教育過(guò)程中的主體和客體，但是也會(huì)受時(shí)空的限制，比如春秋時(shí)代的孔子和老子能否成為當(dāng)代學(xué)生的老師，比如地處美國(guó)的教師能否面對(duì)面與中國(guó)的學(xué)生0距離的交流。虛擬現(xiàn)實(shí)提供了一種現(xiàn)實(shí)可能，即打造一個(gè)數(shù)字人參與教育教學(xué)過(guò)程中來(lái)。數(shù)字人能夠突破時(shí)間和空間的限制，參與到教育教學(xué)過(guò)程中來(lái)，從而更好地利用教育資源達(dá)到教育目的。教育對(duì)象方面，新時(shí)代背景下，從小就深受互聯(lián)網(wǎng)影響的新時(shí)代青年逐漸成長(zhǎng)起來(lái)，他們對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)與信息科技的興趣度超高，因而樂(lè)于接受虛擬仿真教育這種最新科技產(chǎn)品。

　　4．趣味性。虛擬仿真教育寓教于樂(lè)，通過(guò)互動(dòng)體驗(yàn)教學(xué)實(shí)現(xiàn)快樂(lè)教育。新時(shí)代背景下，教育與互動(dòng)體驗(yàn)相融合越來(lái)越成為人們的共識(shí)。其最大的特點(diǎn)是通過(guò)趣味性的互動(dòng)體驗(yàn)讓個(gè)體充分參與到教育教學(xué)中來(lái)，既寓教于樂(lè)，同時(shí)又超越了單一的娛樂(lè)屬性，在保存趣味的同時(shí)高效地傳遞知識(shí)，讓教育者更好地理解和接受知識(shí)，從而使得虛擬仿真教育成為高效的教育工具。從哲學(xué)發(fā)展來(lái)看，東西方哲學(xué)家都對(duì)游戲哲學(xué)有著比較一致的認(rèn)識(shí)，即從教育的角度，承認(rèn)游戲的積極作用。早在古希臘時(shí)期，柏拉圖就指出游戲是神圣的�？档乱仓赋鲇螒蚴菙[脫實(shí)用與功利，“從一切的強(qiáng)制解放出來(lái)”，具有“自由”“單純”和“娛樂(lè)”的特征。席勒指出“說(shuō)到底，只有當(dāng)人是完全意義上的人，他才游戲；只有當(dāng)人游戲時(shí)，他才是完全意義上是人”。中國(guó)傳統(tǒng)文化中道家追求游戲世界，游戲人生。儒家孔子樂(lè)學(xué)，“飯疏食，飲水，曲肱而枕之，樂(lè)亦在其中矣。”“好之者不如樂(lè)之者”，指出要以學(xué)習(xí)為樂(lè)，以游戲的心態(tài)學(xué)習(xí)，并樂(lè)此不疲，這是一種游戲體驗(yàn)學(xué)習(xí)的最高境界。

　　虛擬仿真技術(shù)通過(guò)創(chuàng)設(shè)、模仿真實(shí)的生活場(chǎng)景，突破現(xiàn)實(shí)生活中時(shí)間、空間領(lǐng)域的局限，以寓教于樂(lè)的方式，全面激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，一改過(guò)去學(xué)生對(duì)于學(xué)習(xí)的厭倦和焦慮心態(tài)，從而回歸教育的本質(zhì)，實(shí)現(xiàn)快樂(lè)教育。

　　虛擬仿真教育技術(shù)在信息時(shí)代的應(yīng)用場(chǎng)景

　　1.實(shí)現(xiàn)了教育理念的升華。虛擬仿真教育全面突破傳統(tǒng)教育的局限，充分運(yùn)用各種信息科技手段，VR、AR、MR眼鏡將成為每一個(gè)學(xué)生重要的學(xué)習(xí)工具，而眼鏡中所包含的將是包括教育場(chǎng)景、教育主客體、教育方式、教育內(nèi)容等全方位、立體式的全面革新。

　　2.以智慧教室為依托開(kāi)展虛擬仿真教育。在傳統(tǒng)教育框架下，教室是主要的教育場(chǎng)所，教師和學(xué)生的主要的參加者，黑板、粉筆以及多媒體設(shè)備是主要的教學(xué)工具。虛擬仿真教育以智慧教室為場(chǎng)所，在智慧教室的講臺(tái)中，內(nèi)嵌了觸控一體機(jī)終端系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電腦、音響、大屏等教學(xué)相關(guān)電子設(shè)備“一屏控制”、“一鍵開(kāi)關(guān)”；以往課堂常用的投影幕布不見(jiàn)了，取而代之的是內(nèi)置于黑板、具有觸屏功能的高清液晶電子顯示屏。同時(shí)，教室兩側(cè)墻壁還加設(shè)了4塊電子輔助屏，對(duì)黑板主屏進(jìn)行擴(kuò)展顯示，與黑板主屏、其他輔助屏之間進(jìn)行跨屏共享。教室內(nèi)的課桌椅也由原來(lái)的固定式桌椅改為可移動(dòng)拼接桌椅，方便師生們根據(jù)不同的學(xué)習(xí)內(nèi)容開(kāi)展不同組合形式的分組討論，在這樣的教室里通過(guò)VR、AR、MR眼鏡對(duì)學(xué)生展開(kāi)虛擬仿真教育。

(以思政課為例的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教室的設(shè)計(jì)示意)

　　虛擬仿真教育的未來(lái)走向

　　伴隨大數(shù)據(jù)、人工智能、5G和衛(wèi)星通訊等信息科技的飛速發(fā)展，虛擬仿真教育是順應(yīng)時(shí)代大勢(shì)的必然方向�？v觀世界文明史，人類(lèi)先后經(jīng)歷了農(nóng)業(yè)革命、工業(yè)革命、信息革命。每一次產(chǎn)業(yè)技術(shù)革命，都給人類(lèi)生產(chǎn)生活帶來(lái)巨大而深刻的影響。目前，人類(lèi)社會(huì)已經(jīng)步入第四次工業(yè)革命，工業(yè)4.0時(shí)代是利用信息化技術(shù)促進(jìn)產(chǎn)業(yè)變革的時(shí)代，大數(shù)據(jù)、人工智能、5G和衛(wèi)星已成為新時(shí)代信息科技發(fā)展的重要特征，這些科技的發(fā)展也將促進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的飛速發(fā)展。教育作為社會(huì)發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)力必然要與時(shí)代發(fā)展和時(shí)代趨勢(shì)相結(jié)合，虛擬仿真教育便是新時(shí)代新科技革命浪潮下的產(chǎn)兒，成為教育發(fā)展的重要方向，必定會(huì)在未來(lái)的教育領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)全面的普及。

　　1.虛擬仿真教育能有效解決教育公平問(wèn)題。目前教育公平是全球教育面臨的最突出問(wèn)題，其根本在在于傳統(tǒng)教育受時(shí)空和地域所限，使得教育對(duì)象無(wú)法共享最優(yōu)質(zhì)的教育資源。虛擬仿真教育突破時(shí)空和地域的限制，具有全過(guò)程、全時(shí)間和廣泛性的特征，使得人人享受最優(yōu)質(zhì)資源成為可能，從而能夠有效解決教育公平的問(wèn)題。

　　2.打造中國(guó)特色虛擬仿真教育的“中國(guó)模式”。第四次工業(yè)工業(yè)革命是中國(guó)發(fā)展的重要戰(zhàn)略機(jī)遇期，是我們實(shí)現(xiàn)彎道超車(chē)的最好時(shí)機(jī)。從百年未有之大變局的世界格局來(lái)看，中國(guó)已經(jīng)站在第四次工業(yè)革命的最前沿并且正在迅速變身成為高科技創(chuàng)新中心，每年大量的理工科畢業(yè)生、高質(zhì)量的工程師隊(duì)伍。目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也在中國(guó)大面積的普及，它在教育領(lǐng)域中的運(yùn)用將使得中國(guó)在未來(lái)世界發(fā)展中打造中國(guó)特色虛擬仿真教育的“中國(guó)模式”，引領(lǐng)世界教育的發(fā)展。首先，建立社會(huì)主義的人才標(biāo)準(zhǔn)。習(xí)近平總書(shū)記在全國(guó)教育大會(huì)上強(qiáng)調(diào)堅(jiān)持中國(guó)特色社會(huì)主義教育發(fā)展道路，培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會(huì)主義建設(shè)者和接班人。開(kāi)展虛擬仿真教育也要圍繞這個(gè)教育目標(biāo)展開(kāi)，建立中國(guó)特色社會(huì)主義人才培養(yǎng)機(jī)制，同時(shí)向世界推廣。其次，我國(guó)開(kāi)展虛擬仿真教育先行先試，向世界提供虛擬仿真教育的標(biāo)準(zhǔn)。此次世界慕課大會(huì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)驗(yàn)，精彩的展示了未來(lái)虛擬仿真教學(xué)的完備性，表現(xiàn)在不僅有實(shí)驗(yàn)教學(xué)知識(shí)點(diǎn)，有跨越時(shí)空的交互操作、有真實(shí)與虛擬的直接的動(dòng)作交互展示，還有通過(guò)智能數(shù)字人實(shí)現(xiàn)教學(xué)主體之一——教師的虛擬仿真，包括外形、動(dòng)作，還包括智能化技術(shù)融合的智能理解與分析，首次創(chuàng)建了完備的虛擬教學(xué)環(huán)境。我們有理由相信，在更加豐富、完善的教學(xué)空間中，能夠讓學(xué)生的認(rèn)知得到更有效的提升。通過(guò)全要素、全流程、智能化的虛擬仿真構(gòu)建完備性，這也是虛擬仿真教育標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展的方向。