第一篇：虛擬和增強現(xiàn)實(VRAR)技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用與前景展望

虛擬和增強現(xiàn)實（VRAR）技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用與前景展望

摘要 2016 年被稱為“虛擬現(xiàn)實元年”，虛擬現(xiàn)實作為近年來極為火熱的科技話題，給人們帶來煥然一新的感官享受，激發(fā)了許多關(guān)于“虛擬現(xiàn)實 ”行業(yè)的發(fā)展想象與前景構(gòu)想。同時，增強現(xiàn)實的出現(xiàn)，也讓人們獲得了極佳的體驗感。本研究梳理了虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)的起源、概念和應(yīng)用領(lǐng)域，分析了虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)在教育中的應(yīng)用、優(yōu)勢和存在的問題，闡述了虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)在創(chuàng)客教育和STEAM 教育中的作用，并對未來的發(fā)展前景進行了展望。關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實；增強現(xiàn)實；VR；AR；創(chuàng)客教育；STEAM 教育；人工智能；大數(shù)據(jù)

一、虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)的起源、概念和應(yīng)用領(lǐng)域

（一）虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)的起源

2016 年被業(yè)界稱為“虛擬現(xiàn)實元年”，可能有人會誤認(rèn)為這項技術(shù)是近年來才發(fā)展起來的新技術(shù)。其實不然，虛擬現(xiàn)實（VirtualReality，簡稱VR）技術(shù)最早起源于美國，1965 年虛擬現(xiàn)實之父伊凡·蘇澤蘭（Ivan Sutherland）在國際信息處理聯(lián)合會（IFIP）會議上發(fā)表的一篇名為《終極的顯示》的論文中首次提出了包括具有交互圖形顯示、力反饋設(shè)備以及聲音提示的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的基本思想，描述的就是我們現(xiàn)在熟悉的“虛擬現(xiàn)實”，早在虛擬現(xiàn)實技術(shù)研究的初期，蘇澤蘭就在其“達摩克利斯之劍”系統(tǒng)中實現(xiàn)了三維立體顯示。增強現(xiàn)實（Augmented Reality，簡稱AR）是指在真實環(huán)境之上提供信息性和娛樂性的覆蓋，它是蘇澤蘭在進行有關(guān)頭戴式顯示器的研究中引入的[1]。1966 年美國麻省理工學(xué)院（MIT）的林肯實驗室正式開始了頭戴式顯示器（HMD）的研制工作。在這第一個頭戴式顯示器的樣機完成不久，研制者又把能模擬力量和觸覺的力反饋裝置加入到這個系統(tǒng)中。1970 年，出現(xiàn)了第一個功能較齊全的頭戴式顯示器系統(tǒng)。1989 年，VPL 公司的Jaron Lanier 提出用“Virtual Reality” 來表示虛擬現(xiàn)實一詞，并且把虛擬現(xiàn)實技術(shù)開發(fā)為商品，推動了虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用[2]。虛擬現(xiàn)實技術(shù)興起于20 世紀(jì)90 年代。2000 年以后，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在整合發(fā)展中引入了XML、JAVA 等先進技術(shù)，應(yīng)用強大的3D計算能力和交互式技術(shù)，提高渲染質(zhì)量和傳輸速度，進入了嶄新的發(fā)展時代。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是經(jīng)濟和社會生產(chǎn)力發(fā)展的產(chǎn)物，有著廣闊的應(yīng)用前景。2008 年2 月，美國國家工程院(NAE)公布了一份題為“21 世紀(jì)工程學(xué)面臨的14 項重大挑戰(zhàn)”的報告。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是其中之一，與新能源、潔凈水、新藥物等技術(shù)相并列。為了獲得虛擬現(xiàn)實技術(shù)優(yōu)勢，美、英、日等國政府及大公司不惜巨資在該領(lǐng)域進行研發(fā)。

我國虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究起步于20 世紀(jì)90 年代初。隨著計算機圖形學(xué)、計算機系統(tǒng)工程等的高速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)得到相當(dāng)?shù)闹匾暋?016 年3 月17 日全國兩會授權(quán)發(fā)布的《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃綱要》中指出：“大力推進先進半導(dǎo)體、機器人、增材制造、智能系統(tǒng)、新一代航空裝備、空間技術(shù)綜合服務(wù)系統(tǒng)、智能交通、精準(zhǔn)醫(yī)療、高效儲能與分布式能源系統(tǒng)、智能材料、高效節(jié)能環(huán)保、虛擬現(xiàn)實與互動影視等新興前沿領(lǐng)域創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化，形成一批新增長點。”[3] “虛擬現(xiàn)實”位列其中，同時，投身于虛擬現(xiàn)實的創(chuàng)業(yè)團隊呈爆發(fā)式增長。有人在展望2020 年重要新興核心科技的發(fā)展時也把虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)列入當(dāng)前重要的八項新興核心科技（八項新興核心科技如圖1 所示）。國家廣告研究院等多家機構(gòu)聯(lián)合發(fā)布的《2016 上半年中國VR 用戶行為研究報告》顯示，2016 年上半年國內(nèi)虛擬現(xiàn)實潛在用戶達4.5 億，淺度用戶約為2700 萬，重度用戶約237 萬，預(yù)計國內(nèi)虛擬現(xiàn)實市場將迎來爆發(fā)式增長。虛擬現(xiàn)實用戶群體以80 后、90 后為主，集中在26 ～ 30 歲之間的85 后，占比達到28.4%，這與年青一族樂于接觸新鮮事物的特點有關(guān)。另外，用戶群體有從北上廣等經(jīng)濟發(fā)達城市逐漸向全國擴散的趨勢[4]。

（二）虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實的概念、特征和應(yīng)用領(lǐng)域 1.虛擬現(xiàn)實技術(shù)

虛擬現(xiàn)實，是一種基于多媒體計算機技術(shù)、傳感技術(shù)、仿真技術(shù)的沉浸式交互環(huán)境。具體地說，就是采用計算機技術(shù)生成逼真的視覺、聽覺、觸覺一體化的特定范圍的虛擬環(huán)境，用戶借助必要的設(shè)備以自然的方式與虛擬環(huán)境中的對象進行交互作用、相互影響，從而產(chǎn)生親臨等同真實環(huán)境的感受和體驗[5]。

虛擬現(xiàn)實具有3I 特性，即沉浸性(Immersion)、交互性(Interaction)、構(gòu)想性(Imagination)，是一個學(xué)科高度綜合交叉的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。虛擬現(xiàn)實與人工智能(AI)技術(shù)及其他相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)結(jié)合，將會使其還具有智能(Intelligent)和自我演進演化(Evolution)特征[6]。頭戴式虛擬現(xiàn)實設(shè)備如圖2 所示，用手機掃描圖3 二維碼即可觀看虛擬現(xiàn)實視頻介紹。虛擬現(xiàn)實涉及門類眾多的學(xué)科，整合了很多相關(guān)技術(shù)。虛擬現(xiàn)實是未來科技發(fā)展的方向之一，它可以從人的感覺系統(tǒng)上改變現(xiàn)有的空間感。虛擬現(xiàn)實現(xiàn)有的產(chǎn)業(yè)鏈大致可分為硬件設(shè)計開發(fā)、軟件設(shè)計開發(fā)、資源設(shè)計開發(fā)和資源運營平臺等幾種類別。通過虛擬現(xiàn)實關(guān)鍵技術(shù)的突破以及“虛擬現(xiàn)實 ”的帶動，會產(chǎn)生大量行業(yè)和領(lǐng)域的虛擬現(xiàn)實應(yīng)用系統(tǒng)，為網(wǎng)絡(luò)與移動終端應(yīng)用帶來全新發(fā)展，將會推動許多行業(yè)實現(xiàn)升級換代式的發(fā)展。虛擬現(xiàn)實可以應(yīng)用于國防軍事、航空航天、智慧城市、裝備制造、教育培訓(xùn)、醫(yī)療健康、商務(wù)消費、文化娛樂、公共安全、社交生活、休閑旅游、電視直播等領(lǐng)域中。如2016 年10 月17 日中央電視臺運用虛擬現(xiàn)實全息技術(shù)直播了“天宮二號”和“神舟十一號”交會對接及其共同建立組合體的過程，采用虛擬追蹤技術(shù)，讓“天宮二號”從大屏幕中“鉆”了出來，通過機位的景別變換，觀眾可以直觀地看到”“天宮二號”的數(shù)據(jù)和設(shè)計細(xì)節(jié)，使觀眾身臨其境地全面了解“神舟十一號”“天宮二號”及其組合體內(nèi)部構(gòu)造和控制面板，同時主播文靜還“走進”“天宮二號” 實驗室內(nèi)，逐一向觀眾介紹“天宮二號”的內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息，與傳統(tǒng)的新聞播報相比，電視直播應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)顯得更加生動活潑，視覺沖擊力更強，觀眾感受更直觀。2.增強現(xiàn)實技術(shù)

增強現(xiàn)實是在虛擬現(xiàn)實的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新興技術(shù)。增強現(xiàn)實技術(shù)基于計算機的顯示與交互、網(wǎng)絡(luò)的跟蹤與定位等技術(shù)，將計算機形成的虛擬信息疊加到現(xiàn)實中的真實場景，以對現(xiàn)實世界進行補充，使人們在視覺、聽覺、觸覺等方面增強對現(xiàn)實世界的體驗[7]。

增強現(xiàn)實具有三大特點，即虛實結(jié)合、實時交互和三維配準(zhǔn)[8]。

增強現(xiàn)實具有三種呈現(xiàn)顯示方式，按距離眼睛由近到遠(yuǎn)劃分分別為頭戴式（head-attached）、手持式（hand-held）、空間展示（spatial）[9]。增強現(xiàn)實智能眼鏡如圖4 所示，掃描圖5 二維碼可以觀看Magic Leap 增強現(xiàn)實演示視頻。增強現(xiàn)實的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。如在教育領(lǐng)域增強現(xiàn)實可以為學(xué)生呈現(xiàn)全息圖像、虛擬實驗、虛擬環(huán)境等；在旅游業(yè)增強現(xiàn)實可以幫助游客自助游玩景區(qū)，以虛擬影像的形式為游客講解景區(qū)概況、發(fā)展歷史、人文景觀等內(nèi)容；在零售業(yè)中增強現(xiàn)實技術(shù)可以實現(xiàn)一鍵試穿，在網(wǎng)上銷售中具有極大的應(yīng)用空間。增強現(xiàn)實在工業(yè)、醫(yī)療、軍事、市政、電視、游戲、展覽等領(lǐng)域都表現(xiàn)出了良好的應(yīng)用前景。3.混合現(xiàn)實技術(shù)

混合現(xiàn)實（Mixed Reality，簡稱MR）是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的進一步發(fā)展，該技術(shù)通過在現(xiàn)實場景呈現(xiàn)虛擬場景信息，在現(xiàn)實世界、虛擬世界和用戶之間搭起一個交互反饋的信息回路，以增強用戶體驗的真實感?；旌犀F(xiàn)實技術(shù)結(jié)合了虛擬現(xiàn)實技術(shù)與增強現(xiàn)實技術(shù)的優(yōu)勢，能夠更好地將增強現(xiàn)實技術(shù)體現(xiàn)出來。根據(jù)史蒂夫·曼恩的理論，智能硬件最后都會從增強現(xiàn)實技術(shù)逐步向混合現(xiàn)實技術(shù)過渡?；旌犀F(xiàn)實技術(shù)和增強現(xiàn)實技術(shù)的區(qū)別在于混合現(xiàn)實技術(shù)通過一個攝像頭讓你看到裸眼都看不到的現(xiàn)實，增強現(xiàn)實技術(shù)只管疊加虛擬環(huán)境而不管現(xiàn)實本身[10]?；旌犀F(xiàn)實技術(shù)效果如圖6 所示，掃描圖7 二維碼可觀看混合現(xiàn)實演示動畫和視頻。4.擴展現(xiàn)實技術(shù) 擴展現(xiàn)實（Expander Reality, 簡稱ER）是人聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的整合，是虛擬現(xiàn)實發(fā)展的高級階段，虛擬現(xiàn)實發(fā)展到擴展現(xiàn)實階段，現(xiàn)實和虛擬的邊界被抹去，人們很難分辨自己是生活在虛擬世界還是現(xiàn)實世界[11]。擴展現(xiàn)實場景如圖8 所示。5.虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實、混合現(xiàn)實、擴展現(xiàn)實的區(qū)別 虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實、混合現(xiàn)實、擴展現(xiàn)實四者間的區(qū)別是：虛擬現(xiàn)實的主戰(zhàn)場是“虛擬世界”，人們使用虛擬現(xiàn)實設(shè)備探索人為因素所建立的虛擬世界，追求沉浸感，虛擬現(xiàn)實是純虛擬數(shù)字畫面；增強現(xiàn)實的主戰(zhàn)場是“現(xiàn)實世界”，人們使用增強現(xiàn)實設(shè)備產(chǎn)生的虛擬信息來提升探索現(xiàn)實世界的能力，具有極強的移動屬性，增強現(xiàn)實是虛擬數(shù)字畫面加上裸眼現(xiàn)實；混合現(xiàn)實是數(shù)字化現(xiàn)實加上虛擬數(shù)字畫面，從概念上來說，混合現(xiàn)實與增強現(xiàn)實更為接近，都是一半現(xiàn)實一半虛擬影像；擴展現(xiàn)實是人聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的整合，是虛擬現(xiàn)實發(fā)展的高級階段，現(xiàn)實和虛擬的邊界將被抹去。

二、虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)在教學(xué)中的具體應(yīng)用 虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用潛力巨大、前景廣闊，主要體現(xiàn)在運用虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)具有激發(fā)學(xué)習(xí)動機、創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境、增強學(xué)習(xí)體驗、感受心理沉浸、跨越時空界限、動感交互穿越和跨界知識融合等多方面的優(yōu)勢。虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用，能夠為教育工作者提供全新的教學(xué)工具，同時，能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)新知識的興趣，讓學(xué)生在動手體驗中迸發(fā)出創(chuàng)新的火花。因此虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于教育行業(yè)是教育技術(shù)發(fā)展的一個新的飛躍，它營造了自主學(xué)習(xí)的環(huán)境，由傳統(tǒng)的“以教促學(xué)”的學(xué)習(xí)方式演變?yōu)閷W(xué)生通過新型信息化環(huán)境和工具來獲取知識和技能的新型學(xué)習(xí)方式，符合新一輪教學(xué)改革的教育理念，有助于學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實設(shè)備有多種，這里分別介紹各種設(shè)備在教學(xué)中的具體應(yīng)用。

（一）頭戴式虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實設(shè)備在教學(xué)中的應(yīng)用 頭戴式虛擬現(xiàn)實設(shè)備一般包含頭戴式顯示器、位置跟蹤器、數(shù)據(jù)手套和其他設(shè)備等，分為移動虛擬現(xiàn)實頭盔和分體式虛擬現(xiàn)實頭盔。國外有臉譜、谷歌、微軟、三星等公司的虛擬現(xiàn)實頭盔產(chǎn)品，國內(nèi)有微視酷、蟻視、暴風(fēng)魔鏡、中興、樂視、華為、小米等100 多種虛擬現(xiàn)實頭盔產(chǎn)品。結(jié)合國內(nèi)外的研究報告以及目前虛擬現(xiàn)實教育實踐情況，虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)在生物、物理、化學(xué)、工程技術(shù)、工藝加工、飛行駕駛、語言、歷史、人文地理、文化習(xí)俗等教學(xué)中均可應(yīng)用。

學(xué)生使用頭戴式虛擬現(xiàn)實設(shè)備體驗學(xué)習(xí)時具有置身真實情境的沉浸式感覺，能給學(xué)生以絕佳的真實體驗，使人如身臨其境，讓書本中的內(nèi)容可觸摸、可互動、可感知。例如地理學(xué)科講述關(guān)于宇宙太空星際運行的課程時，在現(xiàn)實生活中學(xué)生無法遨游太空，如果戴上頭戴式虛擬現(xiàn)實設(shè)備，就可以讓學(xué)生從各個角度近距離觀察行星、恒星和衛(wèi)星的運行軌跡，觀察每個星球的地表形狀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，甚至能夠降落在火星或月球上進行“實地” 考察、體驗星際之旅等。虛擬現(xiàn)實頭戴設(shè)備如圖9 所示，手機掃描圖10 二維碼觀可看虛擬現(xiàn)實效果視頻。2016 年，微視酷推出了一款虛擬現(xiàn)實課堂教學(xué)系統(tǒng)，在國內(nèi)具有一定的代表性。該教學(xué)系統(tǒng)由一臺教師用的平板電腦主控端、多套學(xué)生用的虛擬現(xiàn)實眼鏡和IES 教育軟件系統(tǒng)構(gòu)成。系統(tǒng)具備一鍵操控、一鍵統(tǒng)計和一鍵打印功能，教師可根據(jù)教學(xué)進度需求，隨時控制學(xué)生虛擬現(xiàn)實眼鏡教學(xué)內(nèi)容。微視酷開展了“VR 課堂1 工程”計劃，跨越了全國多個省市。其中在陜西省榆林市高新小學(xué)呈現(xiàn)的“神奇星球在哪里”虛擬現(xiàn)實示范教學(xué)觀摩課情景如圖11 所示[12]。虛擬現(xiàn)實把學(xué)生從現(xiàn)實帶到了虛擬世界，虛擬現(xiàn)實技術(shù)讓學(xué)生成了一名宇航員，讓學(xué)生看到了許多平常看不到的東西，與傳統(tǒng)的課堂相比，虛擬現(xiàn)實課堂讓學(xué)生獲得身臨其境的感受，有利于學(xué)生發(fā)揮想象力，能更直觀地呈現(xiàn)授課內(nèi)容，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

頭戴式增強現(xiàn)實裝置代表產(chǎn)品有微軟HoloLens、MagicLeap 和Meta 2 等，均有酷炫的體驗感，能夠讓使用者在任何地方觀看虛擬電視，甚至可以把影像投影在墻上、手機屏幕或者面前的空氣中，這些增強現(xiàn)實設(shè)備應(yīng)用將取代所有的“顯示器和屏幕”。以Ho-loLens 頭戴式增強現(xiàn)實設(shè)備為例（如圖12 所示），其主要硬件由全息處理單元（CPU GPU HPU）、光學(xué)投影系統(tǒng)（Lcos 微投影儀 光導(dǎo)透明全息透鏡）、攝像頭與傳感器部分（6 個攝像頭 慣性傳感器 環(huán)境光傳感器等）、存儲部分、其他部件（耳機 麥克風(fēng) 電池 結(jié)構(gòu)件）等組成。學(xué)生在使用HoloLens 后，就可以扔掉電腦和手機，不用鍵盤、鼠標(biāo)和顯示屏幕，雙手在空氣中操作即可完成現(xiàn)在人們在電腦和手機上的所有操作，懸空操作即可完成機器人的3D 建模設(shè)計任務(wù)，如圖13 所示。

（二）桌面式虛擬現(xiàn)實與增強現(xiàn)實設(shè)備在教學(xué)中的應(yīng)用 桌面式虛擬現(xiàn)實與增強現(xiàn)實設(shè)備具有代表性的產(chǎn)品是美國zSpace 公司的虛擬現(xiàn)實教育一體機，美國從2013 年開始使用，現(xiàn)在使用的zSpace Z300 為第三代產(chǎn)品。根據(jù)美國最新的《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》，zSpace 開發(fā)出了包含 2 ～12 年級多門學(xué)科的課件，課件分布在六款軟件之中，教師可采用系統(tǒng)平臺自帶課件實施教學(xué)計劃，也可創(chuàng)造性地自主開發(fā)新課件。zSpace 不僅可以成為教學(xué)工具，還為學(xué)生、老師提供了豐富的素材資源。在美國的小學(xué)、中學(xué)和大學(xué)有250 多所學(xué)校上萬名學(xué)生正在使用zSpace STEAM 實驗室課件來進行學(xué)習(xí)。我國的云尚互動公司2015 年年底將zSpace Z300 引入中國，2016 年4 月“智創(chuàng)空間”獲贈6 套該設(shè)備用于創(chuàng)客教育和STEAM教育的推廣普及，至今共有2700 多人次來體驗學(xué)習(xí)。zSpaceZ300 的內(nèi)容覆蓋了小學(xué)、初中和高中的生命科學(xué)、數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、歷史、地理、地球與空間科學(xué)、藝術(shù)等多個學(xué)科，課件總數(shù)達440 多個。該平臺還提供課件資源開發(fā)系統(tǒng)，教師可以根據(jù)需要將stl、obj 等格式的3D 模型文件導(dǎo)入系統(tǒng)，同時可以加入文本、圖片、聲音和視頻文件，教師可以像制作PPT 課件一樣進行修改和自主開發(fā)能夠在Z300平臺上運行的課件資源。Z300平臺的使用方法有兩種：一種是戴上3D 眼鏡（含追蹤和非追蹤眼鏡），戴追蹤眼鏡者用激光筆操作，其他人戴上非追蹤眼鏡都可以看到3D 虛擬現(xiàn)實效果；另一種是增加一個全息攝像頭和平板電腦（或投影），將Z300 設(shè)備的3D 影像疊加投射到平板電腦上即可呈現(xiàn)出裸眼3D 的增強現(xiàn)實效果。

（三）手持式虛擬現(xiàn)實與增強現(xiàn)實設(shè)備在教學(xué)中的應(yīng)用 手持式增強現(xiàn)實設(shè)備多采用移動設(shè)備與APP 軟件相結(jié)合的方式。APP 有視 AR、AR、4D 書城、幻視、視視AR、尼奧照照等，另外有多種增強現(xiàn)實圖書都有相配套的APP，如《機器人跑出來了》《實驗跑出來了》《恐龍爭霸賽來了》這套“科學(xué)跑出來”系列增強現(xiàn)實科普讀物有iRobotAR、iScienceAR、恐龍爭霸賽來了等多個APP，它們的原理都是采用手機攝像頭獲取現(xiàn)實世界影像，通過手機在現(xiàn)實世界上疊加虛擬形象的形式，實現(xiàn)增強現(xiàn)實的特殊顯示效果。有的APP 中提供了豐富的教育資源，如安全教育、科普讀物、識字卡片、益智游戲等，特別適合兒童教育。使用方法有兩種：一種是手機APP 與相配套的紙質(zhì)圖書一起使用，用手機攝像頭掃描圖書上的圖片，在手機屏幕上即可呈現(xiàn)出如圖14 的演示效果；另一種使用方法是運用APP 下載增強現(xiàn)實資源并與外界實景疊加即可呈現(xiàn)出如圖15 的演示效果。增強現(xiàn)實特效非常逼真，利用這些APP 進行學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)過程具有真實感、體驗感、沉浸感，增強了學(xué)生學(xué)習(xí)知識的興趣，可以達到寓教于樂的教學(xué)效果。

三、虛擬現(xiàn)實與增強現(xiàn)實技術(shù)在教學(xué)中應(yīng)用的優(yōu)勢分析

（一）虛擬現(xiàn)實與增強現(xiàn)實技術(shù)為學(xué)生自主學(xué)習(xí)提供了有利條件

虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實教學(xué)資源存在形式多種多樣，根據(jù)采用的設(shè)備不同，可以將教學(xué)資源保存在網(wǎng)絡(luò)運營平臺、桌面式設(shè)備、移動設(shè)備和紙質(zhì)圖書里，學(xué)生可以在不同的地方采用不同的設(shè)備調(diào)用虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實教學(xué)資源進行隨時隨地的自主學(xué)習(xí)。如果學(xué)生在課堂上有些知識點未能掌握，可以重新學(xué)習(xí)一遍，增加對知識的鞏固和理解，有時學(xué)生因為特殊原因未能在課堂上學(xué)習(xí)，也可以課后彌補，同時可以將虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實設(shè)備作為載體采用“翻轉(zhuǎn)課堂”或“微課導(dǎo)學(xué)”教學(xué)模式[13][14]組織教學(xué)，為學(xué)生提供自主學(xué)習(xí)條件，教師也可以從繁重的重復(fù)性講解中解脫出來，有針對性地為學(xué)生答疑解惑，有助于傳統(tǒng)教學(xué)方式的變革。

（二）虛擬現(xiàn)實與增強現(xiàn)實技術(shù)為學(xué)生提供更加真實的情景 在傳統(tǒng)的教學(xué)課堂上，知識的傳輸主要通過文字、圖片、聲音、動畫和視頻的形式呈現(xiàn)。遇到比較復(fù)雜的情況，比如數(shù)學(xué)課的立體幾何、地理課的天體運動、物理課的磁力線和電力線、化學(xué)課的微觀粒子結(jié)構(gòu)、生物課的細(xì)胞結(jié)構(gòu)等，教師用語言很難把這些知識點表達得非常清晰，同時由于每個學(xué)生的理解力不同，教學(xué)效果也會因人而異，甚至初次學(xué)習(xí)這些知識的學(xué)生會得到“盲人摸象”般的感受。而采用虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)組織教學(xué)，三維立體效果的呈現(xiàn)可以彌補這樣的缺憾，能夠把知識立體化，把難以想象的東西直接以三維形式呈現(xiàn)出來，讓學(xué)生直觀感受到文字所表達不出來的知識，真實的情景可以幫助學(xué)生對知識的理解和記憶，使學(xué)生的想象變得更加豐富。

（三）虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣 由于虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)具有視覺、聽覺和觸覺一體化的感知效果，學(xué)生具有真實情境體驗、跨越時空界限、動感交互穿越的感受，能身臨其境般在書海里遨游，讓書本中的內(nèi)容可觸摸、可互動、可感知。身臨其境的感受和自然豐富的交互體驗不僅極大地激發(fā)了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動機，更給學(xué)習(xí)者提供了大量親身觀察、操作以及與他人合作學(xué)習(xí)的機會，促進了學(xué)生的認(rèn)知加工過程及知識建構(gòu)過程，有利于實現(xiàn)深層次理解[15]。傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)方式讓很多學(xué)生覺得枯燥乏味，為了應(yīng)付考試不得不去死記硬背，但很多知識學(xué)生考完之后很快會忘得一干二凈，而采用虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)組織教學(xué)，新穎的學(xué)習(xí)方式和豐富多彩的學(xué)習(xí)內(nèi)容能夠極大地提升課堂教學(xué)的趣味性，生動形象的場景會加強學(xué)生的記憶，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。“興趣是最好的老師”，興趣也是學(xué)生學(xué)習(xí)新知識的不竭動力。

（四）虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用能促進優(yōu)質(zhì)資源均衡化 我國幅員遼闊，地區(qū)之間貧富差距較大，存在教學(xué)資源分配不均的情況。經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)無論是軟硬件配置，教學(xué)師資和教學(xué)資源都非常豐富，而經(jīng)濟落后、地域偏遠(yuǎn)的山村學(xué)校學(xué)生連接受最基本的教育都難以實現(xiàn)。各級政府和教育主管部門都在大力推進教育均衡發(fā)展，加大教育投資力度，而虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用將是解決城鄉(xiāng)教育資源不均衡問題的一把金鑰匙，有利于緩解教育資源兩極分化，擴大優(yōu)質(zhì)資源的分享范圍，能讓教育資源不再受限于地區(qū)和學(xué)校，讓教育發(fā)達地區(qū)的名教師通過虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實課堂走進山村學(xué)校，能通過整體優(yōu)化教育資源配置，來縮小城鄉(xiāng)差距，實現(xiàn)教育公平，同時這也是教育扶貧的較佳途徑。

四、虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)在教學(xué)應(yīng)用中存在的問題 雖然虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用可以改變傳統(tǒng)的教學(xué)方式、提高學(xué)習(xí)興趣、實現(xiàn)教育均衡發(fā)展，但虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展還處在初級應(yīng)用階段，在技術(shù)瓶頸、資源開發(fā)、教學(xué)內(nèi)容和推廣普及等方面還存在很多問題。

（一）虛擬現(xiàn)實設(shè)備應(yīng)用中的眩暈問題

人們在使用虛擬現(xiàn)實設(shè)備時會出現(xiàn)眩暈感，從硬件結(jié)構(gòu)來看，由于現(xiàn)在的科技還無法做到高度還原真實場景，許多用戶使用配置達不到要求的虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品時會產(chǎn)生眩暈感；虛擬現(xiàn)實界面中的視覺反差較大，實際運動與大腦運動不能夠正常匹配，影響大腦對所呈現(xiàn)影像的分析和判斷，從而產(chǎn)生眩暈感；虛擬現(xiàn)實設(shè)備的內(nèi)容有相當(dāng)一部分資源是從PC電腦版上移植過來的，UI 界面不能很好地匹配虛擬現(xiàn)實設(shè)備，不同的系統(tǒng)處理上也無法達到協(xié)調(diào)統(tǒng)一，畫面感光線太強或太弱都不能讓用戶接受；虛擬現(xiàn)實設(shè)備幀間延遲跟不上人的運動，會有微小的延遲感，當(dāng)感官與幀率不同步時也會讓使用者產(chǎn)生眩暈感。

（二）虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)在教學(xué)中資源短缺

目前虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)剛起步，軟硬件設(shè)施不完備，開發(fā)人員技術(shù)力量不足，很多學(xué)校未配備虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實設(shè)備；中小學(xué)校的很多教師還沒有接觸過虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實，不知道如何在教學(xué)中應(yīng)用，更談不上如何去開發(fā)虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實教學(xué)資源。因此，針對中小學(xué)教學(xué)所開發(fā)的虛擬現(xiàn)實資源很少，課程資源短缺是虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實在中小學(xué)推廣的最大瓶頸。但隨著虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)的迅猛發(fā)展，將虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)勢在必行，未來虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用勢必帶來課堂教學(xué)方式的顛覆性改變。

（三）虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實教學(xué)平臺和資源的設(shè)計重形式輕內(nèi)容

當(dāng)前很多虛擬現(xiàn)實教育平臺都只是在一個3D 視頻或虛擬現(xiàn)實軟件游戲的基礎(chǔ)上構(gòu)成虛擬現(xiàn)實教學(xué)。雖然學(xué)生在虛擬世界玩得津津有味，課堂氣氛很活躍，學(xué)生互動、交流和討論很熱烈，表面上看學(xué)生得到了沉浸式的體驗感，但是有些虛擬現(xiàn)實教育平臺所提供的知識點講解還停留在現(xiàn)實世界中，課本內(nèi)容的單調(diào)、枯燥并沒有因軟件的存在而得到緩解，知識要點的講解沒有變得更加生動、有趣和有針對性，這種只重視形式而不重視內(nèi)容、教與學(xué)完全脫節(jié)的虛擬現(xiàn)實課堂只能稱為“偽虛擬現(xiàn)實課堂”。

（四）虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實設(shè)備價格較高和技術(shù)條件限制導(dǎo)致普及困難

企業(yè)的前期研發(fā)成本較高、設(shè)備銷售量較少，導(dǎo)致多數(shù)虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實設(shè)備銷售價格居高不下，很多學(xué)校因資金問題望而卻步，無力購買售價高昂的虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實設(shè)備，進而導(dǎo)致虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)在學(xué)校的推廣普及步履艱難。如zSpace Z300 剛引入我國時每臺售價20 多萬元，微軟的HoloLens 還未上市，公布的預(yù)售價在每臺2 萬元以上，普通頭戴式虛擬現(xiàn)實設(shè)備的價格也在2000 ～ 5000 元之間。大多數(shù)虛擬現(xiàn)實軟件普遍存在語言專業(yè)性較強、通用性較差和易用性差等問題。受硬件局限性的影響，虛擬現(xiàn)實軟件開發(fā)花費巨大且效果有限。另外在新型傳感應(yīng)用、物理建模方法、高速圖形圖像處理、人工智能等領(lǐng)域，都有很多問題亟待解決。三維建模技術(shù)也需進一步完善，大數(shù)據(jù)與人工智能技術(shù)的融合處理等都有待進一步提升。以上諸多原因的存在制約了虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)在中小學(xué)教學(xué)中的推廣和普及。

五、虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)在教學(xué)應(yīng)用中的前景展望

（一）虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展對未來教學(xué)形式的影響 隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，在云計算、霧計算、物聯(lián)網(wǎng)、“互聯(lián)網(wǎng) ”、大數(shù)據(jù)、人工智能突飛猛進的新時代背景下，虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)與人工智能、大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)融合，將會讓虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用如虎添翼。根據(jù)國際數(shù)據(jù)公司的預(yù)測，未來一年里，在以消費者為導(dǎo)向的全球2000 強公司中，預(yù)計有30% 的企業(yè)將在營銷活動中試驗虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)。2021 年時，虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)將獲得大規(guī)模應(yīng)用，全球會有超過10 億人通過虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實平臺經(jīng)常訪問應(yīng)用程序、內(nèi)容和數(shù)據(jù)[16]。隨著虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實軟硬件設(shè)備的性能提升和價格降低，會有更多的教育投資公司開發(fā)出更加豐富多彩的教學(xué)資源，讓虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)快速走進中小學(xué)課堂，在教學(xué)中大面積應(yīng)用普及。依托其具有的沉浸性、交互性、構(gòu)想性、虛實結(jié)合、實時交互和三維配準(zhǔn)等超級體驗感的優(yōu)勢，教師的教學(xué)方式和學(xué)生的學(xué)習(xí)方式都將會發(fā)生改變。虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用普及將會顛覆傳統(tǒng)的教育方法和教學(xué)形式，具有巨大的應(yīng)用潛力與應(yīng)用前景。

（二）虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展對未來教學(xué)效率的提升 虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)與教育的結(jié)合，將會提高未來課堂的教學(xué)效率。因為傳統(tǒng)教學(xué)模式是教師面向全班同學(xué)以灌輸式、無差異的方式組織教學(xué)，而采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)教學(xué)將使課堂教學(xué)采用個性化、自主式、體驗式的方式組織教學(xué)，通過因材施教，每一位學(xué)生都可以在虛擬環(huán)境中，個性化地聽老師為自己講課，還能與虛擬環(huán)境中的老師互動交流。傳統(tǒng)課堂為一人講多人聽，而虛擬現(xiàn)實課堂則相當(dāng)于每個學(xué)生面前都有一位自己的老師。同時增強現(xiàn)實技術(shù)還可以將靜態(tài)的文字、圖片讀物立體化，增加閱讀的互動性、趣味性和真實感，創(chuàng)設(shè)現(xiàn)實情境，通過3D 模型使抽象的學(xué)習(xí)內(nèi)容變得形象化、微觀的學(xué)習(xí)內(nèi)容變得可視化、復(fù)雜的學(xué)習(xí)內(nèi)容變得簡單化，幫助學(xué)生理解和識記抽象的概念。虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實作為教育工具應(yīng)用在課堂上，將為學(xué)生展現(xiàn)一個能夠交流互動的虛擬世界，既能滿足學(xué)生的體驗感和好奇心，又能以創(chuàng)新的方式傳授知識，從而可以大大提升教師的教學(xué)效果、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

（三）虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展對未來教學(xué)的創(chuàng)新 虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)能為學(xué)生提供多種形式的數(shù)字內(nèi)容和虛實結(jié)合的情景化的學(xué)習(xí)環(huán)境，增強了學(xué)生在學(xué)習(xí)中的存在感和沉浸感。通過虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)能夠?qū)⑻摂M場景與現(xiàn)實世界相結(jié)合，通過穿越時空的方式進行交流互動，增強了學(xué)生的動手操作能力，提升了學(xué)生的感性認(rèn)識和真實體驗，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維，培養(yǎng)了學(xué)生自主探究和自主學(xué)習(xí)的能力。虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)是多種先進技術(shù)的應(yīng)用和多學(xué)科知識的匯聚與融合，是創(chuàng)客教育和STEAM 教育的較佳載體，將虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)中，為學(xué)生的創(chuàng)客學(xué)習(xí)創(chuàng)造了條件，學(xué)生在創(chuàng)客空間里利用虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)通過主動探索、動手實踐、創(chuàng)新設(shè)計、跨界融合來學(xué)習(xí)新知識和掌握新技能，利用先進的虛擬現(xiàn)實與增強現(xiàn)實技術(shù)為載體開展創(chuàng)客教育和STEAM 教育，學(xué)生在虛擬與現(xiàn)實交互和時空穿越的過程中通過“玩中做”“做中學(xué)”“學(xué)中做”“做中創(chuàng)”[17]，能夠拓展發(fā)散性思維，迸發(fā)出更加豐富的創(chuàng)新火花，創(chuàng)意“智”造出更加豐富的創(chuàng)客作品。新一輪教學(xué)改革已經(jīng)到來，“中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)”總體框架正式發(fā)布（如圖16 所示），其中實踐創(chuàng)新作為六大綜合表現(xiàn)之一被提出。而虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用正是一種教學(xué)模式的創(chuàng)新，將有助于推動教學(xué)改革的進程，有助于創(chuàng)客教育和STEAM 教育普及，有助于學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

六、結(jié)束語

人工智能、大數(shù)據(jù)分析與虛擬教育（VR 教育）被稱為影響未來的三大科技創(chuàng)新方向。未來的虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)將結(jié)合更多高新科技元素如人工智能、云計算、大數(shù)據(jù)和移動技術(shù)等，而隨著虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展，其在教育領(lǐng)域的發(fā)展前景也將會越來越廣闊。虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實學(xué)習(xí)環(huán)境帶給我們的不僅僅是一個技術(shù)平臺或工具，更會孕育出一種新型的教學(xué)模式和教學(xué)方法。將虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)廣泛地應(yīng)用到課堂教學(xué)中，對于貫徹落實教育部關(guān)于“發(fā)展未來學(xué)?！焙汀爸腔壅n堂改革”的設(shè)想有重大意義。虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)能夠?qū)⑻摂M對象與真實環(huán)境相融合，通過其較強的交互性能給學(xué)生帶來更多的學(xué)習(xí)樂趣，并為學(xué)生提供一種新的學(xué)習(xí)媒體和學(xué)習(xí)體驗，促使學(xué)生在愉悅的狀態(tài)下進行移動學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)、項目學(xué)習(xí)和創(chuàng)客學(xué)習(xí)。依托虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)為創(chuàng)客教育的載體，能讓學(xué)生通過自主探究、跨界融合、團隊協(xié)作、開拓創(chuàng)新來提升核心素養(yǎng)。讓虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)與教育完美結(jié)合，快速走進中小學(xué)課堂，將為開啟未來教育創(chuàng)新之路做出巨大貢獻。參考文獻：[1]百度百科.伊凡·蘇澤蘭[DB/OL].（2015-04-28）[2016-12-23].http://baike.baidu.com/item/%E4%BC%8A%E5%87%A1%C2%B7%E8%8B%8F%E6%B3%BD%E5%85%B0.[2][15] 高媛, 劉德建, 黃真真, 黃榮懷.虛擬現(xiàn)實技術(shù)促進學(xué)習(xí)的核心要素及其挑戰(zhàn)[J].電化教育研究, 2016，(10):77-87，103.[3]新華網(wǎng).中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃綱要[DB/OL]（2016-3-7）[2016-12-23].http://news.xinhuanet.com/politics/2016lh/201603/17/c_1118366322.htm.[4]微視酷VR 課堂.2016 半年度VR 用戶報告：上半年國內(nèi)潛在用戶達4.5 億[DB/OL].（2016-10-10）[2015-12-23].http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzIwMjUyOTcwNg==&mid=2247483743&idx=1&sn=2064e3b574d1f958862fbb688d4641a0&chksm=96dc0f9aa1ab868c0f0bcfc518b0409b3f9dcee101f517e664 386f48f192e39af13d0da0007c&mpshare=1&scene=23&srcid=0105DOdlurJU3dkoq6sFxiO6#rd.[5]張建武, 孔紅菊.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在實踐實訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].電化教育研究,2010,(4):109-112.[6]戰(zhàn)略前沿技術(shù).趙沁平院士：VR 進入爆發(fā)前夜，“VR ”將產(chǎn)生大量行業(yè)顛覆性應(yīng)用[DB/OL].(2016-5-20)[2016-12-23].http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzA3NDQyNzYyNw==&mid=2650613898&idx=3&sn=f0aaf47e8236c26caaa5d4964c4429f7&mpshare=1&scene=23&srcid=0101pavIUz59bxP2 D5RcLxFp#rd.[7]汪存友, 程彤.增強現(xiàn)實教育應(yīng)用產(chǎn)品研究概述[DB/OL].(2016-5-16)[2016-12-23].http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5NzU4MDM0MA==&mid=2650852785&idx=1&sn=221b20320bea14557abc2d1db74f0487&mpshare=1&scene=23&srcid=1222DOnb2MBJNymgkrp11InU#rd.[8]蔣中望.增強現(xiàn)實教育游戲的開發(fā)[D].上海:華東師范大學(xué),2012:2-6.[9]戰(zhàn)略前沿技術(shù).增強現(xiàn)實（AR）產(chǎn)業(yè)深度報告：超越現(xiàn)實，重塑世界[DB/OL].(2016-7v18)[2016-12-23].http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzA3NDQyNzYyNw==&mid=2650615288&idx=4&sn=f29d29d72e4264cb8af7a4f3c60df4ac&mpshare=1&scene=23&srcid=01010TOG9jjH1CFvhGY bq9Z9#rd.[10]百度百科.混合現(xiàn)實[DB/OL].(2016-10-13)[2016-12-23].http://baike.baidu.com/item/ 混合現(xiàn)實/9991750.[11]翟振明.黑科技驚爆出世，抹掉現(xiàn)實和虛擬界限的ER 你知道嗎[DB/OL].(2016-12-14)[2016-12-23].http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzAwOTU5NTYyOQ==&mid=2658506720&idx=1&sn=0292f25ddde6cc0ebdd45ca4ec99a318&chksm=80dc0862b7ab8174a635ebe8da6e8c3dce24bea34cdbd8beaa00147f1fa12484a9ea02673b9c&mpshare=1&scene=23&srcid=1214odt7K3yBxP5Qn5 tGQS58#rd.[12]微視酷VR 課堂.微視酷VR 課堂挺進大西北，榆林市高新小學(xué)首堂VR 課正式啟動[DB/OL].(2016-12-05)[2016-12-23].http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzIwMjUyOTcwNg==&mid=2247483828&idx=1&sn=6d2133357210a9b538bce1fe73c74e2a&chksm=96dc0f71a1ab8667d4410944e4a3bbfbbeefb2163de11ba3e1 d66640fb0d6f6dc36ef0c287ba&mpshare=1&scene=23&srcid=0105JIRz71LCDcr8bEu1BUDg#rd.[13]王同聚.中小學(xué)機器人教學(xué)中“微課”的制作與應(yīng)用研究[J].中國電化教育,2014，(6)：107-110，126.[14]王同聚.“微課導(dǎo)學(xué)”教學(xué)模式的構(gòu)建與實踐——以中小學(xué)機器人教學(xué)為例[J].中國電化教育,2015，(2)：112-117.[16]WPR.2017 新技術(shù)展望（1）： 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)機遇與發(fā)展趨勢分析[DB/OL].(2016-12-28)[2016-12-29].http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzAwODMzNjU4Ng==&mid=2651218140&idx=2&s=67639383384f9fe3275490 813068f6a3&chksm=8082a579b7f52c6f0e9a5b5020e2a9578c79dee076b461fcfd21528eaf9fbed087894c7a1afa&mpshare=1&scene=23&srcid=0101PDDVIc9wuKK4nVVCqtRJ#rd.[17] 王同聚.基于“創(chuàng)客空間”的創(chuàng)客教育推進策略與實踐——以“智創(chuàng)空間”開展中小學(xué)創(chuàng)客教育為例[J].中國電化教育,2016，(6)： 65-70，85.本文發(fā)表于《數(shù)字教育》2017年第1期（總第13期）特稿欄目，頁碼：1-10。作者簡介：王同聚（1968—），男，河南泌陽人，碩士生導(dǎo)師，中學(xué)高級教師，智創(chuàng)空間創(chuàng)始人，研究方向為智能機器人創(chuàng)客教育、STEAM 教育、教育信息化應(yīng)用等。

第二篇：AMT技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀與前景展望

AMT技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀與前景展望

整理時間：2008-9-25 10:02:37 來源：中國汽車工業(yè)信息網(wǎng)打印評論收藏關(guān)閉

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近幾年重型汽車發(fā)動機功率200～350kW，輸出扭矩900～2200N·m，需要爬行擋速比為10～17，要求擋位間隔小，速比階小于30%，這就需要使用更多的擋位（8～16個前進擋），而且越來越多地采用副的多擋位變速器。副變速器的采用和擋位數(shù)的增多，加大了駕駛員的操縱難度和勞動強度，變速器的故障率上升，手動機械式操縱機構(gòu)已不適應(yīng)當(dāng)今重型汽車的發(fā)展。

AMT保留了原手動變速器總成的絕大部分機構(gòu)，只是將其手動變速的操縱機構(gòu)用自動操縱機構(gòu)所取代，生產(chǎn)繼承性好，改造成本低，見效快，并且通過軟件的優(yōu)化設(shè)計可以全面提高車輛的使用性能。因此，世界各大汽車公司和一些科研院校都在進行此項技術(shù)的研究和開發(fā)工作。表1給出了手動變速器（MT）與自動變速器的性能比較。因AMT具有較高的性價比，汽車市場對AMT的需求不斷增加。

目前，AMT在美國和歐洲已實現(xiàn)了商品化，重型汽車上裝配AMT的比例正在逐步增加。據(jù)預(yù)測，到2008年，歐洲近50%的MT將被AMT取代，部分AT市場也會被AMT占據(jù)。因此，近年來世界各重型汽車生產(chǎn)企業(yè)都在努力開發(fā)新一代的AMT產(chǎn)品。表2列出了世界著名重型汽車公司的AMT產(chǎn)品及主要特點。

我國從20世紀(jì)80年代初就開始了AMT技術(shù)的研究工作，并取得了一系列成果。在AMT技術(shù)理論上的研究與國際水平相當(dāng)，但在產(chǎn)品化方面，與國外的差距較大。表3列出了國內(nèi)開展AMT技術(shù)研究的單位及其產(chǎn)品特點。

在AMT技術(shù)理論研究取得一系列成果后，目前國內(nèi)研究主要集中在提高系統(tǒng)可靠性、適應(yīng)性和降低成本上。北京理工大學(xué)正在與國內(nèi)幾家汽車公司和變速器生產(chǎn)廠家合作開發(fā)AMT產(chǎn)品，這促進了AMT技術(shù)商品化、產(chǎn)業(yè)化。經(jīng)過20余年的探索和發(fā)展，我國對AMT技術(shù)的研究已經(jīng)逐步走向成熟，已具備了向商品化、產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)變的條件。推廣AMT系列化產(chǎn)品不僅符合我國國情，而且市場發(fā)展?jié)摿薮?。歐洲最大的獨立汽車變速器GETRAG公司在我國進行了廣泛的市場調(diào)查后也認(rèn)為，我國的重型汽車AMT市場前景廣闊。

（1）未來10～15年內(nèi)我國重型汽車技術(shù)發(fā)展的方向?qū)⑹侨娓纳坪吞岣咧匦推嚨募夹g(shù)性能和使用性能，這為AMT技術(shù)的發(fā)展提供了足夠的空間。

（2）對于城市公交客車，在滿足駕駛舒適簡便和低成本的雙重條件下，AMT應(yīng)是其首選對象。因此，AMT技術(shù)應(yīng)用于城市公交客車的發(fā)展前景廣闊。

（3）目前，國內(nèi)在重型車輛上開發(fā)的AMT產(chǎn)品，其執(zhí)行機構(gòu)主要采用液壓驅(qū)動方案。由于大部分重型專用汽車上都具有不同用途的液壓系統(tǒng)，本身帶有液壓油源，因此現(xiàn)有的AMT技術(shù)可以直接在其上應(yīng)用。對于無液壓油源但采用了氣壓制動的車輛，因有氣源，可采用氣動方案來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)。由于專用汽車是一種具有高附加值、高利潤的產(chǎn)品，而加裝AMT系統(tǒng)增加的成本相對總成本來說比較小，且由此帶來的整車性能及售價的提高，對于專用汽車生產(chǎn)廠家來說，無疑具有較大的吸引力。

第三篇：虛擬技術(shù)在計算機教學(xué)的應(yīng)用

虛擬技術(shù)在計算機教學(xué)的應(yīng)用

虛擬技術(shù)在計算機教學(xué)的應(yīng)用 本文關(guān)鍵詞：虛擬，計算機教學(xué)，技術(shù)

虛擬技術(shù)在計算機教學(xué)的應(yīng)用 本文簡介：摘要：信息化時代，使虛擬技術(shù)不斷地被廣泛利用。它及大地提高了人們的生活質(zhì)量，使人們的生活更加現(xiàn)代化。同時，它在高校的計算機教學(xué)中起到重要作用。本文通過對虛擬技術(shù)的特點和優(yōu)勢的說明，充分了解現(xiàn)代化教學(xué)模式，并敘述了它在計算機教學(xué)中的應(yīng)用和數(shù)字化的現(xiàn)代教育管理方式。關(guān)鍵詞：虛擬技術(shù)；計算機教學(xué)；實際應(yīng)用

虛擬技術(shù)在計算機教學(xué)的應(yīng)用 本文內(nèi)容：

摘要：信息化時代，使虛擬技術(shù)不斷地被廣泛利用。它及大地提高了人們的生活質(zhì)量，使人們的生活更加現(xiàn)代化。同時，它在高校的計算機教學(xué)中起到重要作用。本文通過對虛擬技術(shù)的特點和優(yōu)勢的說明，充分了解現(xiàn)代化教學(xué)模式，并敘述了它在計算機教學(xué)中的應(yīng)用和數(shù)字化的現(xiàn)代教育管理方式。

關(guān)鍵詞：虛擬技術(shù)；計算機教學(xué)；實際應(yīng)用

在知識經(jīng)濟發(fā)展的浪潮中，高科技的發(fā)展越來越快，社會對高科技人才的需求與日俱增。而高校肩負(fù)著培養(yǎng)國家優(yōu)秀人才的使命，需要先進的虛擬技術(shù)，不斷強化現(xiàn)代化遠(yuǎn)程教育教學(xué)體系。學(xué)生需要學(xué)習(xí)計算機的基礎(chǔ)知識，充分利用各種技術(shù)資源，提高自身的學(xué)習(xí)動力，提高學(xué)校信息化的教育管理模式。1虛擬技術(shù)的特點

虛擬技術(shù)是電腦多媒體網(wǎng)絡(luò)的一種運營形式，可以通過一些硬件的組裝，儲存大量信息，替換了傳統(tǒng)的紙質(zhì)資料。它使我們的生活更加現(xiàn)代化，通過很多系統(tǒng)的安裝，可以查找資料、給朋友發(fā)送郵件、寫文章、和朋友聊天以及電子化的文檔保留形式。它使我們的生活更加便利化。電子商務(wù)的網(wǎng)絡(luò)化運營模式，使人們可以在網(wǎng)上選購自己喜歡的商品，滿足不同層次人們的需要，使產(chǎn)品分類更加細(xì)化，提升品牌的宣傳力度和推廣力度，改變以往的銷售形式，通過各種系統(tǒng)交流平臺，與客戶及時有效地溝通。它使我們的業(yè)余文化生活更加豐富多彩。如我們到電影院，可以感受3D電影數(shù)字化的立體模式，使我們有如同身臨其境的感覺，和電影中的人物共同推動故事情節(jié)的發(fā)展脈絡(luò)，調(diào)動感官的能動性和直覺思維的動態(tài)效果，不斷開發(fā)人們的探險能力。2虛擬技術(shù)的優(yōu)勢

它可以提高多媒體的數(shù)字化的教學(xué)模式，整合書本的有效信息資源，運用特殊的虛擬技術(shù)，更好地理解文章的主旨，提高閱讀速度和閱讀理解力。同時，學(xué)生可以有效地利用多媒體的先進設(shè)備，在真實的情景中，鍛煉口語交際能力。它使聽課制度體系更加完善，教師可以利用多媒體的教學(xué)資源，使教學(xué)目的更加明確，教學(xué)重點更加突出，加強課堂的互動性，有利于對教師的正確評估。而且，它可以更有效地傳遞信息。通過現(xiàn)代化的辦公軟件的使用，可以制作很多廣告信息。如公司產(chǎn)品的宣傳單，可以使家長更加了解學(xué)校的規(guī)模、課程設(shè)置和收費標(biāo)準(zhǔn)，節(jié)約了公司的人力成本，提高企業(yè)的生產(chǎn)效益。這種數(shù)字化技術(shù)，可以建立多個文檔和文件夾，有效地保留各種有效資源。3虛擬技術(shù)在高校計算機教學(xué)中的應(yīng)用 3.1硬件教學(xué)

計算機的組裝與維護是最為基礎(chǔ)的教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生可以通過組裝進一步了解硬件設(shè)備、分區(qū)以及格式化等概念。以往的計算機教學(xué)中，這些知識內(nèi)容都需要教師進行專門講解，很少會進行相應(yīng)的演示實驗，學(xué)生的動手能力無法得到提升。而虛擬技術(shù)運用至計算機硬件教學(xué)中，學(xué)生可以在虛擬機上進行硬盤分區(qū)，即使出現(xiàn)操作失誤也會很快復(fù)原，且不會損壞原本的計算機系統(tǒng)，由此提高了硬件教學(xué)效率。學(xué)生可以學(xué)到簡單制表的操作方式，通過對Excel制表的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，可以把很多分散性數(shù)據(jù)有效地排列起來，使查找更加方便。學(xué)生可以學(xué)會剪切、復(fù)制和粘貼的功能，對一些信息可以重新歸類，強化特殊信息的注意事項。還可以學(xué)會查找和替換功能，使信息有效地被合理利用。通過鍵盤的基礎(chǔ)操作功能，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整一些內(nèi)容、數(shù)字在表格中的位置和表格的靈活轉(zhuǎn)換，還可以學(xué)會求和的功能，使一些數(shù)據(jù)更加明確化。

3.2網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教學(xué)

很多高校都配備了現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育的教學(xué)系統(tǒng)，通過注冊，進入平臺，完成正常的必修課的學(xué)習(xí)任務(wù)，可以選擇適合自己的選修課。學(xué)生可以有效獲得教學(xué)重點和難點，詳細(xì)閱讀教學(xué)內(nèi)容，并配備了大量的練習(xí)題，鞏固學(xué)習(xí)內(nèi)容。而且很多高校積極和軟件公司合作，不斷更新教學(xué)設(shè)施，加強多媒體信息技術(shù)的教學(xué)管理模式，采用最新的教學(xué)軟件，運用先進的數(shù)字化的教學(xué)體系，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，形成正確的學(xué)生評估標(biāo)準(zhǔn)。同時，它可以減少課堂的枯燥性。很多高校學(xué)生的學(xué)習(xí)壓力日益繁重，學(xué)生的課堂聽課效率不高，教師無法完成教學(xué)任務(wù)，教學(xué)效果也很差。教師可以在教學(xué)中給學(xué)生播放一些勵志電影，或者聽一些輕音樂，可以調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，也可以讓學(xué)生學(xué)到其他方面的知識。3.3網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù) 自接入互聯(lián)網(wǎng)后，計算機必然會受到木馬及病毒的入侵，而傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全知識只可以利用教師講解的方式進行傳授，學(xué)生在理解與接受方面存在一定難度，而將虛擬技術(shù)應(yīng)用至網(wǎng)絡(luò)安全教學(xué)中，可以在虛擬機上植入病毒文件，而后在進行傳播演示，并講解如何及建立病毒的防御體系，這樣便可以提升計算機教學(xué)的效率。同時，使用一些先進的軟件安裝在電腦上，加強學(xué)生信息的安全性，對學(xué)生的重要資料，如階段性的成績單、學(xué)生心理變化的資料和繳費情況進行保密，保持?jǐn)?shù)據(jù)使用的合法性。同時，加強病毒的查殺能力，不斷進行系統(tǒng)升級，加強和軟件公司的有效合作，參加必要的病毒防御的知識講座，積極了解各種病毒的傳播方式。4結(jié)論

計算機教學(xué)在高等教育中起著重要作用。它改變了教學(xué)的傳統(tǒng)管理模式，使學(xué)生學(xué)會簡單的硬件操作，基本了解辦公自動化的基礎(chǔ)知識，滿足了現(xiàn)代化教育教學(xué)的管理需求，使學(xué)生熟悉更多的教學(xué)軟件，提高教學(xué)質(zhì)量，加強教育的技術(shù)性改革。通過各種病毒軟件的安裝，學(xué)生可以學(xué)習(xí)更多的網(wǎng)絡(luò)安全知識，對計算機教學(xué)起到極大的輔助作用。參考文獻

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第四篇：超導(dǎo)材料在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用前景展望

超導(dǎo)材料在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用前景展望

摘要：

超導(dǎo)的發(fā)現(xiàn)是20世紀(jì)物理學(xué)的一項偉大成果。文章主要闡述了超導(dǎo)現(xiàn)象，超導(dǎo)材料的研究和發(fā)展以及在電力系統(tǒng)方面的應(yīng)用優(yōu)勢和進展，并做了前景展望。

關(guān)鍵詞：

超導(dǎo)材料；超導(dǎo)電纜；超導(dǎo)發(fā)電機；超導(dǎo)電動機。Abstract:

The discovery of superconductivity is a great achievement of 20th century in physics.The article mainly describes the phenomenon of superconductivity, the research and development of the superconducting materials as well as in Electric Power System strengths and progress, and outlook.Keywords: superconducting material;superconducting cable;superconducting generators;superconducting electrical motor.超導(dǎo)的誕生和發(fā)展

1911年，荷蘭科學(xué)家卡麥林·昂尼斯用液氦冷卻汞，當(dāng)溫度下降到4.2K（﹣268.95℃）時，汞的電阻變?yōu)榱悖@種現(xiàn)象被稱為超導(dǎo)現(xiàn)象，電阻為零時的溫度稱為臨界溫度。為了證實超導(dǎo)體的電阻為零，科學(xué)家將一個鉛制圓環(huán)放入溫度低于7.2K（﹣265.95℃）的空間，利用電磁感應(yīng)在鉛制圓環(huán)內(nèi)激發(fā)起感應(yīng)電流。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，環(huán)內(nèi)電流能持續(xù)下去，從1954年3月16日始，到1956年9月5日止，在兩年半的時間內(nèi)的電流一直沒有衰減，這說明圓環(huán)內(nèi)的電能沒有損失，這就是著名的昂尼斯持久電流實驗。這一實驗極大的激發(fā)了科學(xué)家們的研究熱情，國際上也對超導(dǎo)技術(shù)在電力方面的應(yīng)用給予了極大的關(guān)注，開展了一系列可行性論證和一定規(guī)模的研究，但由于技術(shù)上和經(jīng)濟上的原因，這方面的應(yīng)用研究都沒能實現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)。隨著不斷的實驗，超導(dǎo)合金的出現(xiàn)使超導(dǎo)材料的臨界溫度也不斷提高。

1986年瑞士繆勒和柏諾茲發(fā)現(xiàn)了一種成分為鋇、鑭、銅、氧的陶瓷性金屬氧化物（La-Ba-Cu-O系氧化物）具有高于30K（﹣243.15℃）的約為35K的超導(dǎo)性。由于陶瓷性金屬氧化物通常是絕緣物質(zhì)，因此這個發(fā)現(xiàn)的意義非常重大，繆勒和柏諾茲因此而榮獲了1987諾貝爾物理學(xué)獎。此后，新的研究成果如雨后春筍般大量出現(xiàn)，出現(xiàn)了研究和發(fā)現(xiàn)的高潮。到了1987年底，臨界溫度達到125K（﹣148.15℃），短短一年多的時間臨界溫度幾乎提高了100K。

從此超導(dǎo)材料的研究方向朝向高溫超導(dǎo)材料發(fā)展，當(dāng)然，高溫是相對于低溫而言，即使是高溫，依然遠(yuǎn)低于冰點。所以在實際應(yīng)用中超導(dǎo)材料需要制冷等操作，大大提高了成本，也使得超導(dǎo)材料不能大量應(yīng)用。

超導(dǎo)材料在電力系統(tǒng)的應(yīng)用

美國物理學(xué)家波恩特?特奧?馬梯阿斯指出：“電能的輸送是超導(dǎo)體最重要的應(yīng)用之一。”發(fā)電站輸出電能常用鋁線和銅線。由于電阻的存在一部分電力在輸出過程中轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏В嬖谥鴩?yán)重的損耗。而利用超導(dǎo)材料輸電，由于導(dǎo)線電阻消失，線路損耗也就降為零，用超導(dǎo)材料可制高效率大容量的動力電纜，并且可減少導(dǎo)體的需求量，節(jié)約大量有色金屬資源。

由于超導(dǎo)材料有零電阻的性質(zhì)，所以科學(xué)家想到把其應(yīng)用到電力系統(tǒng)中，這樣可以大大減少電能的熱損耗，節(jié)約很大一部分電能。據(jù)統(tǒng)計，目前的銅或鋁導(dǎo)線輸電，約有15%的電能損耗在輸電線路上，單單是在中國，每年的電力損失即達1000多億度。若改為超導(dǎo)電纜輸電，節(jié)省的電能相當(dāng)于新建數(shù)十個大型發(fā)電廠。

在電力領(lǐng)域，利用超導(dǎo)線圈磁體還可以將發(fā)電機的磁場強度提高到5萬～6萬高斯，并且?guī)缀鯖]有能量損失，這種發(fā)電機便是交流超導(dǎo)發(fā)電機。超導(dǎo)發(fā)電機的單機發(fā)電容量比常規(guī)發(fā)電機提高5～10倍，達1萬兆瓦，而體積卻減少1/2，整機重量減輕1/3，發(fā)電效率提高50%。超導(dǎo)發(fā)電機的另一個突出特點是有利于改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性。一般來說，發(fā)電機的電抗越小，系統(tǒng)就越穩(wěn)定。超導(dǎo)發(fā)電機的電抗大約只有普通發(fā)電機的l／4左右，因此在系統(tǒng)電抗相對較小時，系統(tǒng)的穩(wěn)定極限增加了約4倍。

另外，在2012年4月12日，中國船舶重工集團公司第七一二研究所研制的兆瓦級高溫超導(dǎo)電機實現(xiàn)滿負(fù)載穩(wěn)定運行，標(biāo)志著我國首臺兆瓦級高溫超導(dǎo)電機研制成功。該電機具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，達到世界先進水平，對我國超導(dǎo)電機的戰(zhàn)略發(fā)展具有里程碑意義。今后，該所將著力進行大容量高溫超導(dǎo)電機的實用化研究，預(yù)計到2020年前進入工程研制，逐步將高溫超導(dǎo)電機技術(shù)推廣運用到電氣傳動和發(fā)電領(lǐng)域，實現(xiàn)該領(lǐng)域的新變革。

超導(dǎo)材料的前景展望

綜上所述，在電力系統(tǒng)中采用超導(dǎo)技術(shù)可增加電網(wǎng)的輸送容量、降低電能損耗、提高電力系統(tǒng)運行的可靠性和穩(wěn)定性、有利于保護環(huán)境．具有廣闊的應(yīng)用前景。現(xiàn)在超導(dǎo)電纜，超導(dǎo)發(fā)電機和超導(dǎo)電動機的研制都取得了重大進展，超導(dǎo)技術(shù)在電力系統(tǒng)中大規(guī)模應(yīng)用的想法正在不斷成為現(xiàn)實。我國的電力科技發(fā)展必須緊跟世界電力科技發(fā)展的步伐，要加強對超導(dǎo)電纜，超導(dǎo)發(fā)電機和超導(dǎo)電動機等可改善電網(wǎng)運行參數(shù)、有利于系統(tǒng)穩(wěn)定且結(jié)構(gòu)相對簡單的超導(dǎo)電力設(shè)備的研制開發(fā)工作，爭取在超導(dǎo)材料的研究開發(fā)、超導(dǎo)設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計、降低成本、經(jīng)濟運行等方面取得突破。

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第五篇：虛擬仿真VR技術(shù) 在大型商場 推廣中的應(yīng)用

虛擬仿真(VR)技術(shù)在大型商場推廣中優(yōu)勢

商業(yè)地產(chǎn)是現(xiàn)代商業(yè)社會的一個重要標(biāo)志，商業(yè)地產(chǎn)的發(fā)展程度，很大程度上表現(xiàn)一個社會的經(jīng)濟發(fā)展水平，同樣，商業(yè)地產(chǎn)的發(fā)展和建設(shè)也推動著商業(yè)的發(fā)展。

如何對商業(yè)地產(chǎn)進行有效的宣傳和推廣，這就有很高的要求了?，F(xiàn)在給大家介紹一種最前沿的技術(shù)-商業(yè)地產(chǎn)展示系統(tǒng)。商業(yè)地產(chǎn)展示系統(tǒng)是虛擬仿真技術(shù)在地產(chǎn)宣傳和推廣方面的綜合應(yīng)用。商業(yè)地產(chǎn)展示系統(tǒng)是集影視廣告、動畫、多媒體、網(wǎng)絡(luò)科技于一身的最新型的房地產(chǎn)營銷方式，在國內(nèi)的廣州、上海、北京等大城市，國外的加拿大、美國等經(jīng)濟和科技發(fā)達的國家都非常熱門，是當(dāng)今房地產(chǎn)行業(yè)一個綜合實力的象征和標(biāo)志，其最主要的核心是房地產(chǎn)銷售！同時在房地產(chǎn)開發(fā)中的其他重要環(huán)節(jié)包括申報、審批、設(shè)計、宣傳等方面都有著非常迫切的需求。

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