◎文/郭英俊

在加快建設(shè)數(shù)字中國(guó)的大背景下，黨的二十大報(bào)告首次將“推進(jìn)教育數(shù)字化”寫(xiě)入報(bào)告，明確了教育數(shù)字化未來(lái)發(fā)展的行動(dòng)綱領(lǐng)。教材數(shù)字化作為教育數(shù)字化工作的重要組成部分，是縱深推進(jìn)服務(wù)教育數(shù)字化戰(zhàn)略行動(dòng)、開(kāi)辟發(fā)展新領(lǐng)域新賽道、塑造發(fā)展新動(dòng)能新優(yōu)勢(shì)的重要方向。隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，形式多樣的數(shù)字教材建設(shè)已經(jīng)成為當(dāng)前教育信息化發(fā)展的重要內(nèi)容，而VR/AR可視化技術(shù)則是數(shù)字教學(xué)和教材建設(shè)的前沿方向之一，其具有的沉浸式、交互式、立體化等特點(diǎn)可以極大豐富數(shù)字化新形態(tài)教材的形式和內(nèi)容，提高學(xué)習(xí)效果和教學(xué)質(zhì)量。

一、VR/AR可視化技術(shù)在教育教學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

VR/AR可視化技術(shù)作為教育教學(xué)的新手段，可以讓學(xué)生和教師在超越現(xiàn)實(shí)的虛擬環(huán)境中自由移動(dòng)、交互、操作，體驗(yàn)到無(wú)法用簡(jiǎn)單的圖文或者視頻構(gòu)造的情景。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代化教育教學(xué)模式正在經(jīng)歷從單一媒體、復(fù)合式媒體、交互式的復(fù)合媒體再到高沉浸式VR/AR媒體的發(fā)展過(guò)程。[1]技術(shù)的進(jìn)步不斷促使我們的教育方式發(fā)生改變，而VR/AR可視化技術(shù)在數(shù)字教學(xué)建設(shè)中的應(yīng)用因受到不同地域（區(qū)）發(fā)展差異的影響，所呈現(xiàn)的情況差距較大。

發(fā)達(dá)地區(qū)的教育資源充裕，教育信息化的水平較高，為數(shù)字化、可視化教學(xué)建設(shè)提供了有力支持，北、上、廣、深等發(fā)達(dá)地區(qū)在數(shù)字教育領(lǐng)域中的應(yīng)用趨于成熟，VR/AR可視化技術(shù)在各個(gè)教育層次包括基礎(chǔ)教育、職業(yè)教育、高等教育中都得到了相對(duì)廣泛的試點(diǎn)應(yīng)用。[2]例如，上海某中學(xué)針對(duì)生物實(shí)踐課進(jìn)行了虛擬現(xiàn)實(shí)的3D可視化實(shí)踐體驗(yàn)學(xué)習(xí)，帶領(lǐng)學(xué)生對(duì)相關(guān)植物進(jìn)行深度認(rèn)識(shí)和了解，取得了很好的教學(xué)效果，深受學(xué)生歡迎，其課程在國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)教育領(lǐng)域占據(jù)領(lǐng)先地位；廣州某職業(yè)技術(shù)學(xué)院使用虛擬仿真技術(shù)模擬數(shù)控機(jī)械裝置的數(shù)字孿生操作系統(tǒng)，讓學(xué)生在沉浸式的學(xué)習(xí)環(huán)境中深入了解相關(guān)機(jī)械設(shè)備的具體狀態(tài)和相關(guān)技術(shù)操作，為培養(yǎng)合格的技術(shù)操作人員提供了新的教學(xué)模式；北京某體育高校使用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)設(shè)計(jì)出了能夠讓學(xué)生立體觀(guān)察專(zhuān)項(xiàng)體育動(dòng)作結(jié)構(gòu)的數(shù)字化教學(xué)系統(tǒng)，在日常教學(xué)中極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。上述這些發(fā)達(dá)地區(qū)的選點(diǎn)院校利用VR/AR可視化技術(shù)的創(chuàng)新教學(xué)模式，使學(xué)生可以隨時(shí)隨地獲取優(yōu)質(zhì)立體的課程資源，并在虛擬環(huán)境中自主學(xué)習(xí)。此外，在5G技術(shù)的支持下，很多院校還可以通過(guò)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)采取多平臺(tái)跨?；?dòng)、在線(xiàn)教學(xué)等創(chuàng)新教學(xué)方式。

與國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)相比，西南、西北等地區(qū)（尤其是鄉(xiāng)村）的教育數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和配置水平仍比較落后，鄉(xiāng)村學(xué)校在數(shù)字技術(shù)日常運(yùn)行維護(hù)與更新方面的負(fù)擔(dān)較重，有些學(xué)校因無(wú)力承擔(dān)相應(yīng)費(fèi)用，甚至不得不減少數(shù)字化教學(xué)設(shè)備的購(gòu)置和使用。不過(guò)也有部分落后地區(qū)院校集中力量做了試點(diǎn)應(yīng)用，當(dāng)?shù)亟處熀蛯W(xué)生通過(guò)可視化技術(shù)所呈現(xiàn)的數(shù)字教學(xué)內(nèi)容獲得了優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源，享受到了高質(zhì)量的教學(xué)體驗(yàn)，試點(diǎn)效果非常好，通過(guò)數(shù)字化、可視化教學(xué)形式實(shí)現(xiàn)了國(guó)家促進(jìn)教育公平的初衷。

二、VR/AR可視化技術(shù)在數(shù)字教材建設(shè)中的應(yīng)用方式和效果

隨著技術(shù)的進(jìn)步，目前VR/AR可視化技術(shù)與數(shù)字教材相結(jié)合已經(jīng)逐漸成為新形態(tài)教材的發(fā)展趨勢(shì)。將VR/AR可視化技術(shù)應(yīng)用于數(shù)字教材建設(shè)中，可以將教材中所涉及的抽象概念和知識(shí)點(diǎn)以3D場(chǎng)景的形式更加生動(dòng)形象地呈現(xiàn)給學(xué)生，從而讓學(xué)生更加清晰地理解相關(guān)的知識(shí)內(nèi)容；通過(guò)VR/AR可視化技術(shù)，教材還可以實(shí)現(xiàn)更加豐富的互動(dòng)方式，學(xué)生可以在虛擬環(huán)境下自由探索和操作，教師可以與學(xué)生進(jìn)行實(shí)時(shí)互動(dòng)，在學(xué)習(xí)過(guò)程中不斷促進(jìn)學(xué)生的思考和探究。[3]

與傳統(tǒng)的紙質(zhì)教材相比，VR/AR可視化數(shù)字教材的最大優(yōu)勢(shì)是能夠明顯提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。傳統(tǒng)教材依賴(lài)于文字、圖片、聲音等單一媒介，而VR/AR可視化教材通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)打造出一個(gè)沉浸式的學(xué)習(xí)環(huán)境，使學(xué)生能夠更加深入地感受和理解知識(shí)。VR/AR可視化技術(shù)在數(shù)字教學(xué)和教材建設(shè)中的應(yīng)用效果主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（一）提高學(xué)習(xí)興趣

通過(guò)沉浸式、交互式的教學(xué)方式，讓學(xué)生更加投入和感興趣，同時(shí)可以激發(fā)學(xué)生的好奇心和創(chuàng)造力。

（二）增強(qiáng)記憶效果

VR/AR可視化教學(xué)方法相比傳統(tǒng)教學(xué)方法在記憶效果方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)。研究表明，通過(guò)由VR/AR技術(shù)所創(chuàng)造的逼真場(chǎng)景、情境和沉浸式學(xué)習(xí)環(huán)境，能夠讓學(xué)生更加深刻地記憶知識(shí)點(diǎn)和概念，還可以幫助學(xué)生形成更加全面、系統(tǒng)的知識(shí)結(jié)構(gòu)。

（三）提高學(xué)生參與度

VR/AR可視化教學(xué)相比傳統(tǒng)的教學(xué)方式更加注重互動(dòng)和動(dòng)態(tài)，學(xué)生可以通過(guò)控制器等設(shè)備親身操作虛擬世界中的物體，與所學(xué)內(nèi)容產(chǎn)生更加緊密的聯(lián)系，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與度。

（四）提升教學(xué)效率

通過(guò)VR/AR可視化虛擬實(shí)驗(yàn)、仿真模擬等方式，可以大幅度降低實(shí)驗(yàn)成本和時(shí)間，還可以讓學(xué)生進(jìn)行更加安全、便捷的實(shí)驗(yàn)操作。[4]

三、VR/AR可視化技術(shù)在教材建設(shè)應(yīng)用中存在的問(wèn)題和困難

VR/AR可視化技術(shù)在數(shù)字教學(xué)和教材建設(shè)中雖然有著廣泛的應(yīng)用前景和優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)也存在一些問(wèn)題和困難，主要包括以下幾個(gè)方面：

（一）技術(shù)限制

目前VR/AR技術(shù)仍處于不斷發(fā)展和完善階段，硬件設(shè)備和軟件工具的質(zhì)量、穩(wěn)定性和兼容性都還存在一些問(wèn)題和不足；同時(shí)，需要借助互聯(lián)網(wǎng)等其他技術(shù)協(xié)同的教學(xué)內(nèi)容還需要考慮多技術(shù)接口的匹配度，會(huì)對(duì)教學(xué)質(zhì)量和效果產(chǎn)生一定的影響。此外，在可視化教材的生產(chǎn)中也需要考慮3D內(nèi)容與傳統(tǒng)紙質(zhì)教材、數(shù)字教材的技術(shù)鏈接問(wèn)題。

（二）成本問(wèn)題

VR/AR技術(shù)的硬件設(shè)備和軟件工具的價(jià)格較為昂貴，需要投入大量的資金和人力資源，這對(duì)于一些目前經(jīng)濟(jì)條件欠發(fā)達(dá)的地區(qū)和學(xué)校來(lái)說(shuō)可能會(huì)產(chǎn)生一定的壓力?？梢暬滩牡纳a(chǎn)成本及銷(xiāo)售定價(jià)也存在同樣的情況，因此如何降低相關(guān)成本已經(jīng)成為可視化技術(shù)在數(shù)字教學(xué)和教材建設(shè)應(yīng)用中的關(guān)鍵問(wèn)題之一。

（三）評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

由于VR/AR可視化技術(shù)應(yīng)用的特殊性，目前還缺乏相應(yīng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和體系，使得可視化教材及教學(xué)效果的評(píng)估和認(rèn)定存在一定的困難。

四、解決方案及應(yīng)對(duì)策略

（一）加強(qiáng)宏觀(guān)政策指導(dǎo)及技術(shù)研發(fā)

針對(duì)VR/AR技術(shù)在數(shù)字教學(xué)和教材建設(shè)中存在的技術(shù)限制問(wèn)題，需要國(guó)家在宏觀(guān)層面制定相關(guān)的技術(shù)研發(fā)指導(dǎo)策略，加大對(duì)VR/AR技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)投入，提高硬件設(shè)備和軟件工具的質(zhì)量、穩(wěn)定性和兼容性，推動(dòng)VR/AR技術(shù)與教育教學(xué)的深度融合。同時(shí)，注重創(chuàng)新發(fā)展，鼓勵(lì)和支持VR/AR技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，做好數(shù)字教學(xué)、教材的頂層規(guī)劃和設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)具有教育特色和價(jià)值的可視化數(shù)字教材，推動(dòng)VR/AR技術(shù)向更加廣泛、深入的領(lǐng)域拓展。

（二）制定成本控制策略

針對(duì)當(dāng)前VR/AR可視化技術(shù)在數(shù)字教學(xué)和教材應(yīng)用中成本較高的問(wèn)題，可以通過(guò)優(yōu)化硬件設(shè)備、采用開(kāi)源軟件工具等方式解決，也可以利用開(kāi)源社區(qū)的資源和經(jīng)驗(yàn)提升開(kāi)發(fā)效率和質(zhì)量，并鼓勵(lì)學(xué)校和地區(qū)之間對(duì)同學(xué)科、同類(lèi)型的內(nèi)容資源展開(kāi)共享和合作，集中定制權(quán)威優(yōu)質(zhì)的專(zhuān)業(yè)內(nèi)容資源，避免重復(fù)投入和浪費(fèi)，提高資源利用率和效益。

（三）制定相關(guān)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

關(guān)于VR/AR可視化技術(shù)在數(shù)字教材、教學(xué)建設(shè)中存在的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題，可以針對(duì)不同學(xué)科和年級(jí)段的教學(xué)內(nèi)容和目標(biāo)，建立完整的VR/AR可視化教學(xué)評(píng)價(jià)體系，包括評(píng)價(jià)指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)、評(píng)價(jià)工具和評(píng)價(jià)程序等，確保評(píng)價(jià)結(jié)果客觀(guān)、公正、準(zhǔn)確，并為教學(xué)質(zhì)量的提高提供有效的參考依據(jù)，進(jìn)而提高VR/AR可視化技術(shù)的應(yīng)用效果和質(zhì)量。

五、結(jié)論與展望

VR/AR可視化技術(shù)在數(shù)字教學(xué)和教材建設(shè)中的應(yīng)用具有重要意義，隨著相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展和普及，其在數(shù)字教學(xué)和教材建設(shè)中的應(yīng)用將會(huì)更加深入、廣泛。預(yù)計(jì)未來(lái)幾年，VR/AR可視化技術(shù)將會(huì)成為數(shù)字教育的重要形式，為教材建設(shè)提供更加豐富、多樣化的資源和手段。同時(shí)，我們也需要關(guān)注VR/AR技術(shù)應(yīng)用的可持續(xù)性和可擴(kuò)展性，通過(guò)不斷創(chuàng)新和改進(jìn)，進(jìn)一步加強(qiáng)與其他技術(shù)如人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等的融合，使其更好地服務(wù)于教育出版融合、新形態(tài)教材建設(shè)事業(yè)的發(fā)展。[5]