摘要
在教育领域，新技术经常被应用于改进学习的过程。通过使用合适的应用进行学习，移动技术已被应用于为教育者提供一种与学生交流的方式。虚拟现实及其在教育中的应用早已被讨论过，它所面临的主要挑战之一，是虚拟现实技术无法被教育机构负担得起。
不过随着虚拟现实技术的不断更新换代，如今的虚拟现实技术要比过去更便宜，更⊙容易获得。
瑞典百年学府哥德堡①大学(下文中的“我们”，均指代哥德堡大学)发布万字报告，提出了一种定性研究，检验虚拟现实教育应用相对于同类移动应用的好处。在这份报告中，哥德堡大学以一款天文学教学应用Xolius为例，让 20名学生和5名教育工作者在访谈中对它进行了测试和评＠ 估。通过分析结果，哥德堡大学发现虚拟现实技术在需要互』动环境的学科中特别有效。相☆对于移动应用，虚拟现实技术还提供了一个沉浸式的体验，让学生能够参与和主∏动学习。
VR次元独家编译、整理、发布哥德堡大学VR教育报告，为教育界人士、VR教育从业者提↑供借鉴和思路，来看看究竟哪些教学适合采用VR设备，VR应用应该如何设计，能让学生更快速地汲取知识。
第一章：介绍
随着过去几年间技术的进步，新的教学形式出现了。移动应用是这些新教学∩形式之一，因为智能手机和电脑平板ω电脑正在成为学生日常生活的一部分文化。对于学◆生而言，学习的过程是一个复杂的任务，因为它需要学生付出大量的努力，这也∏是他们需要学习动机的原因。教育类智能手机应用有益于教育过程，让它变得对学生更有趣。特别是如果按照计算机游戏技术为应用渲染三维图像，让它能够更吸引学生的同时提供必要的信息。
随着技术的发展，新技术◢不断涌现，一种全新的学习方式开始推介给教学领域。在这些新技术当中，过去几年间一直吸引媒体头条的便是虚拟现实技术。它的特点是就像电话或电视一样作为一种★媒介。
虚拟现实ω 是如PC或移动设备、头戴式显示器(HMD)、跟踪传感器等硬件设备，以及提供沉浸式体验的软件的集合。依据乔治•科茨(GeorgeCoates)的定义：虚拟现实是“环境体验的电子模拟，借助头戴式眼镜和有线服装，使终端用户交互在现实中的三维环境里。”
现代虚拟现实技术与20年前提出的虚拟现实概念的差异，在于此技术如今已能够适用于任何一部手机。谷歌Cardboard的推出首次向公众展示出，在头戴式※显示器的协助下，任何一部智能手机都能够变身为虚拟▲现实设备。它包含两个光学镜头，为眼球带来有深度的感知和合适的应用。
在这一〓点上，任何一位拥有智能手机◎和头戴式显示器的学生，都能够享受虚拟现实应用的沉浸式体验，通过全新的媒介分享他们的想法和想象力。通过模拟体验，它鼓励学生在安全环境中练习他们的技能。
该报告涵盖了教育领域中虚拟现→实的许多方面，但缺少移动教育应用与需要虚拟现实技术的同类应用之▃间的比较。此研究的目的是提出一※个定性的研究策略，来鉴定与标准移动应用相比，使用虚拟现实∞技术的有益因素及适宜的领域。
在这个】报告中，我们主要回答两个问题：
1、虚拟现实技术在教育领域的重要特↓征是什么?
2、在移动教育中使用虚拟现实技术的好处是什么?
第二章：背景
虚拟现实的一个常见定义是：“一种能够让参与者通过计算机产生的数据，替代基本的感觉输入，让他或她确信事实上身处另一个场所。”虚拟现实的关键元素是一个虚拟的世界，它是一个想象的空间或模拟环境。
伊凡•萨瑟兰(IvanSutherland)在1965年曾经指出，“不要把它想象成一Ψ个屏幕，而要把它看作是一个窗口」，一个通过它能够观察虚拟世界的窗口。对计算机图形的挑战是让虚拟世界看起【来真实，听上去真实，移↑动和相应能够即时交互，甚◤至感觉真实。”
直到2012年年底，在经过十多年的沉默之后，虚拟现实技术开始吸引更多的头条新闻。Oculus VR的巨大成功，让其在众筹网站Kickstarter募集到超过240万美元资金。这导致开发出可穿戴的和负担得起的头盔Oculus Rift，它被认为是舒适、轻量的。Rift的主要特ξ 征之一是超宽视野(100度)，创建出体验虚拟现实所需的沉浸。
然而，一个关注的问题是普通民众将如何接受虚拟现实头盔〒。企业正在开发整合的头戴式显示█器，它要求消费者购买新的硬件设备。这一问题的解决方案，始于2014年年初虚拟现实出现的另一个趋势。不像是一种不熟悉的技术，公众使用的智能手机可以与虚拟现实技术配套进行使用。谷歌在开发者大会中展示了Cardboard，它使用配有光学镜片的纸板和Android手机，能够无线展示谷歌Cardboard应用。这为负担得起的、可用于移动平台的无ξ 线头戴式显示器开辟了道路。当然该解决方案并非没有缺陷，当前的主要顾虑之一便是：头部追踪◇使用了手机的加速器，这让许多用户在使用过程中感到眩晕。
继谷歌Cardboard构想之后，目前市场中有许多的其它移动头戴式显示器。构造简单、廉价的无线头戴式显示器，能够与Android或iOS设备联用，并使用了立体显示屏和头部追踪设备。三星电子对改进无线头戴式显示器体验拥有自己的构◣想。该公司在Cardboard理念的基础上推出了自己的升级版设备。三星Gear VR是一款由Oculus VR专门为三星电子和其旗舰手机Galaxy Note 4和Galaxy S6等设备推出的无线头戴式显示器。
三星Gear VR的关键特征
三星Gear VR拥有Oculus Rift内置的头部跟踪模块，这大大提高了运动延迟，降低了为用户使用谷歌Cardboard所产生的眩晕感。
与传统虚拟现实设备相比，因为上述原因和移动性，我们在研究中使用了三星Gear VR，来向参与者提供更好的虚拟现实体验。
一、应用
天文学是我们应用的主题，应用的目︼标则是通过可视化太阳系的行星，把它们置入透视ω图，向用户◣传授有关行星的知识。它的理念是通过视觉体验和沉浸来教育用户。
由于时间的限制，我们决定传授4颗离太阳最近的行星。所有这4颗行星⌒都可选择、且拥有自己的场景。它展示了一个行星模型，一个描述和一个总结。通过尽可能使它真实，我们确保能够计算距离和行星的旋转速度。当用户在一个行星的场景时，他们仍能看到其它围绕太阳运行的行星轨道，从而获得观察太阳系的不同的视角。虚拟现实和非虚拟现实版应用都拥有切的◣版面、文本、模型和场景。
我们开发了两个版本的移动教育应用：
第一个是专门设计面ω 向Android操作系统的应¤用;第二个则面向三星Gear VR，能够在虚拟现实环境中运行。它们均使用为许多不同平台开发游戏和应用的游戏引擎Unity3D进行开发。我们的目标是为两个版本开发相同的功能，避免出现偏爱，或者是不利于另一方。
地球的介绍页面
展示的行星系统模型
两个版本应用的差别仅限于硬件的不同。在虚拟现实版本当♀中，为了游览内部的景象，用户需要转动头;而非虚拟现实版本的用户只需要用手指滑动触摸屏。需要注意的是，虚拟版本的应用只能收在三星Galaxy Note 4和三星Gear VR中使用;非虚拟现实版本的应用可以在任何一款搭载Android KitKat或更高级别版本的应用中使用。
第三章：相关工作
当虚拟现实技术被应用于教育领域时，它能够提供诸多的独特优势。首先，在现代教育中采用虚拟现实技术，能够为教育工作者提供全新的工具，向他们提供触及到︾更多学生的新途径。虚拟现实的目标是★在特定活动中鼓励、激励学生;与此同时，让学生能够体验动手学习。不过让虚♀拟现实在教学中更具吸引力的是，它能够在毫无风险的情况下，让学习者实践环节和进行模仿。这可以被用于难以进行试验的传统的教学环境中，如传授学生关于安全程序和医疗教学当中，而不会真正涉及病人的安全。
不过与其它的新技术一样，虚拟现实在教育中的应用也会引发关于实用性和接受性的顾虑。在这种情况下，在教育中整合虚▼拟现实技术的顾虑长期来一直在讨论之中。通过把虚拟现实技术与教学实践和理论进行比较，布里肯(Bricken)认定了三种挑战：成本、实用性、对技术的恐惧。为理解虚拟现实在↘教育中应用的重要特征，此属性要考虑个体对把技术融入到他们学习当中的感知与意愿。
在技术教育中，虚拟现实提供了一种特殊的感觉，能够帮助说服学生学习更多的科目。在化学工程学中，虚拟现实被用于创建虚拟化学工厂，让学生学习技术以及掌握技术的效用。此项目的主要目标是制造虚拟实验室事故，向用户展示不遵守安全规程所带来的后果。
在外科教学中使用虚拟现实技术，能够帮Ψ助外科医生在实际开展手术前掌㊣握他们的能力水平。医学教育已展示出使用3D计算机应用的巨大【兴趣，特别是在人体解剖学领域。根据对使用3D模型改进人体解刨学学生学习流程的研究表明，使用此类的技术能够对学生产生积极影响。
工程教育实验室被设计用于提高学生的实践知识，并改进他们独立解决问题的能力。虚拟现实技术可以帮助学生↘把他们的理论知识应用到实际工△业问题当中。Autodesk Showcase软件能够让学生在CAD中创建3D模型，并将它们应用于虚拟环境。这将降低构建实际模型的成本，鼓励学生解放他们的创造力，评估他们解决方案的价值。
虚拟█现实在这一领域的应用，也将减少教学过程中对危险材料的使用，减少浪费材料对气候造成的影响，并减少学生犯下的错误。一些教育机构正在他们的研究和教育意图中利用这项技术，使它能够更负担得起、更有效。
1993年，根据传统实验〖室模仿出了一座虚拟实验室。该实验室像是拥有一张桌子的工作区，能够让学生体验虚拟现实技术。该实验室被用来测量不同长度和不同重力下钟摆的周期，测量一个球从不同高度坠落的平均能量损耗，以及比较在没有←大气阻力的情况下，物体在2D环境中的投射⊙轨迹。该实验室使用了头盔式彩色显示屏以及专门的手套，来记录手势。该实验室使用了美国国家航空和宇宙航行局的固体系统建模器(Solid System Modeller)和渲染软件。
第四章：研究方法
为建立一个来自两个环境的应用能够公正评估的共同点，教育应用有着相同的功能和图形非常重要。这一点很难做得到，因为虚拟现实◣应用市场还没有对公众开放，事实上我们也◣在寻找能够满足于这些要求的∩教育应用。我们开发自己的应用，确保ω能够公正的评估双方，这一点非常有意义。
鉴于此，我们选择了DesignResearch作为我们的研究方法。Design Research是解决问题的〒范例，能够通过人工制品评估和识别问题。在此我们会创建自己的产品(应用原型)，并对它进行评估，而不是评估现有的应用。通过这样做，我们将能够回答自¤己的研究问题。
为从访谈中收集到必要的数据，我们意识到继续进行标准访谈的做法，并不能收集到研究所需的①充足数据。原因是绝大多数人此前从没有机会体验虚拟现实技术，或者¤也没有机会在两种环境中对两款相似的应用进行比较，评判它们的差异。因此，我□ 们让被采访者在提出意见之前，首先让他们在不同的环境中体验类似的学习应用。
我们选择了遵循定性研究而不是定量研究的做法。通过访谈收集定性数据，这样我们将能够了解用户，深入探讨教育虚拟现实应用和移动应用的不同之处。定性研究方法也影响了将在访谈中∞使用的问题√类型。
在实际安排调查两周之前◣，我们已完成了调查计划。我们与受调查者进◆行了联系，询问了他们★有空闲的时间，从而找到时间空档来进行访谈。
我们为每位受调查者安排了20分钟至30分钟的时间，并预约了25位受调查者进行研究。受调查者被划分为三个不同的组。第一组为哥德堡大学软件工程和管理项目的学生;第二组为瓦拉拉曼斯高中的学生;第三组为哥德堡大学、查莫斯高中和拉曼斯高中的教师和研究人员。通过在研究中多元化群组，我们将能够评估三个不同的群组对虚拟现实技术会有什么样的反映。我们还将能够考虑程序设计学生和非程序设计学生对新技◥术的反映，以及他们在接受新技术时是否存有↘差异。最后，我们将调查教育工作者是否愿意在教学方法中使用虚拟¤现实技术。
在问题的设计中，问题被划分分为两个部分。第一类问题是常规问题，包括受调查者先前对教学类移动应用和虚拟现实技术的体验。
第二类问题是实验。这些问题大多数都是开放思维的问题，让我们有机会收集研究的相关数据。不过它也包含了一些封↙闭式的问题，如我们使用的■应用用于评估移动和虚拟现实平台是否〇存有偏见，以及在体验之后他们是否有兴趣购买虚拟『现实头盔等等。
至于实际访谈，每位受调查者在接受采访前，都被要求获准音频记录访谈内容▓。如果允许的话，我们将同时设置一台笔记本电脑和一台录音机。采取这种预防措施，是为了确保当软件或技术可能出现问题时，能够使用音频记录。如果受访者拒绝使用音频记录，方然内〗容将会用手记录，从而确保信息不会丢失。
我们继续采访，询问了几个关于用户的问题。这有助于我们对受调查者有一个△基本的了解，让我们能够知道受调查者他/她以前是否㊣在移动平台上使用过教育应用，以及与虚拟现实设备的互动情况。在上述工作完成之后，我█们便会向受调查者展示我们的应用。
从移动平台开始，我们让用户与应用互动，引导他们了解应用的不同方面。当他们已经体验了所有的功能后，如果他们想我们会让他们更长时间的体验。在他们觉得完成体验之后，我们会让他们体验虚拟现实应用，并重复同样的程序。
在这些试验中，我们鼓励用户利用】“有声思维”的方法了ξ解当用户与系统互动时的思维。通过调整“有声思维”的方法，我们可以找到关于移动和虚拟现实应用的有趣信▼息。不过我们在调查中并未关注用户界面或是应用设计。我们关注的是用户在使用应用时的体验，让我们可以通过进一㊣步询问相关问题，通过调查获得更好的理解。
待受调查者完成试用两款应用之后，我们便开始进行第二阶段的调查。这种半结构化调查适用于这个阶段，因为这个领域还很年★轻，还有很多未探◎索的空间。与结构化面试相比，受调查者必须遵循严格的问题指南，与预先提出的问〖题截然不同。半结构化调查遵循一个预定义的模板，但向调查者给与了自有，能够深入探讨问⊙题，并向受调查者提出相关的问题的ξ 后续问题。这些可以是有趣的话题或调查中未提到的←问题。提出后续问题避免回到“是”和“不是”的问题，这一点非常重要。通过结合半结构式调查和开放式的问题，它会让我们在有趣的话题出现时，有机会与受调查者追随他们，让我们通过询问后续问题深入挖掘调查领域。
在受调查者回答完我们的问题后，我们还々尝试使用布鲁塞尔称为“探测”的调查手①段。探测是一〗种手段，即调查者试图从受访者口中得到更多的答案。有许多不同的探测手段，但在我们的◣调查中，我们发现“告诉ξ 我更多”探测手段和“嗯哼”探测手段最为实用。“告诉⊙我更多◇”探测手段被用于与开放式问题进行整合，调查者在采访中会询问关于话题更多的问题，并让受访者回答这些问题。“嗯哼”是另一种探测手段，在受调查者回♀答了问题之后，调查者◤在肯定答案的同时，有事会通过自然的方式，让受调查者提供更多的信息并做出更长ぷ的回答。
我们选择利用扎根理♀论，它是用于定性研究的最流行数据分析技术◣之一。它让我们发现、产生想法和解释我们的数据。我们收集╳到的数据可以分类为以下几点：
•总体发现
•原型测试
•质量属性
•应用比较
•平台比较
在所有的调查完成之后，数据都被转录并划分到了各自的分类当中。我们期待通过每个类别中找出共同点、趋势，分析这些趋势的原因，并解释什么是潜在的因素。这种分析将在结果和讨论部分被介绍和解释。
