隨著信息時代的到來，大數據、人工智能、5G和衛星通訊等信息科技飛速發展，當今世界正在經歷一場革命性的變化，數字化與智能化在越來越多的行業和領域中普及。特別是虛擬仿真技術在教育中的應用給教育領域帶來了全新的教育生態。虛擬現實技術是以現實為基礎創設虛擬環境，借助現代化傳感裝置，來讓體驗者在虛擬和現實的交互作用中獲得親臨真實環境的感受和體驗，從而達到教育的預期效果。這一技術在教育教學中的運用所帶來的是教育理念的革新以及教學手段、方法、技術、內容乃至時空的革命。
虛擬仿真技術在教學過程中的應用特征
1. 交互性。教育本身是一個信息和知識的傳遞過程，在大信息背景下，知識本身變得立體化，呈現出多渠道、多元素、多要素等特征，需要教育者進行全方位的信息傳輸。而傳統教學方式，主要靠老師的口頭講授或者文字、圖片、視頻等。這種教學方式對老師的語言表達能力和教學組織能力要求極高，且不可避免知識在語言傳授過程中會出現信息的丟失。虛擬仿真技術使得學生能夠真正進入一個由計算機生成的交互式三維虛擬現實環境中，與之產生互動，進行交流。通過參與者與虛擬仿真環境的相互作用，并借助人本身對所接觸事物的感知和認知能力，幫助和啟發參與者的思維，以全方位地獲取虛擬環境所蘊涵的各種空間信息和邏輯信息。這種立體式、全方位的教學方式使得知識以其本身的面貌進行傳授，最大限度地保留了知識本身的形態。
2. 沉浸性。孔子在教育學生過程中，最常使用的方法是觀察法和談話法，比如孔子帶學生去觀察自然景觀，與學生對話時經常打比方和講故事，其本質就是為學生搭建一個教育場景，學生沉浸于其中，從而把理論變得形象化，便于理解。由于虛擬仿真技術特有的沉浸感和實時性，通過對時間和空間環境的超越，使得它在軍事模擬、先進制造、城市規劃、地理信息系統、醫學生物、天文等領域中有非常大的應用前進，比如對于一些劇毒物質的試驗，未知領域外太空的探索等。虛擬現實技術能夠大大的推進這些領域的教育教學活動，從而打破時間和空間的局限，將虛擬教育與現實教育緊密結合起來。
3. 時代性。在5G時代背景下，教育主體可以以數字人的形式出現。數字人，具體指信息科學與生命科學融合的產物，是利用信息科學的方法對人體在不同水平的形態和功能進行虛擬仿真。其包括四個交叉重疊的發展階段，可視人，物理人，生理人，智能人，最終建立多學科和多層次的數字模型并達到對人體從微觀到宏觀的精確模擬。傳統教育中，教師和學生是教育過程中的主體和客體，但是也會受時空的限制，比如春秋時代的孔子和老子能否成為當代學生的老師，比如地處美國的教師能否面對面與中國的學生0距離的交流。虛擬現實提供了一種現實可能，即打造一個數字人參與教育教學過程中來。數字人能夠突破時間和空間的限制，參與到教育教學過程中來，從而更好地利用教育資源達到教育目的。教育對象方面，新時代背景下，從小就深受互聯網影響的新時代青年逐漸成長起來，他們對于互聯網與信息科技的興趣度超高，因而樂于接受虛擬仿真教育這種最新科技產品。
4．趣味性。虛擬仿真教育寓教于樂，通過互動體驗教學實現快樂教育。新時代背景下，教育與互動體驗相融合越來越成為人們的共識。其最大的特點是通過趣味性的互動體驗讓個體充分參與到教育教學中來，既寓教于樂，同時又超越了單一的娛樂屬性，在保存趣味的同時高效地傳遞知識，讓教育者更好地理解和接受知識，從而使得虛擬仿真教育成為高效的教育工具。從哲學發展來看，東西方哲學家都對游戲哲學有著比較一致的認識，即從教育的角度，承認游戲的積極作用。早在古希臘時期，柏拉圖就指出游戲是神圣的。康德也指出游戲是擺脫實用與功利，“從一切的強制解放出來”，具有“自由”“單純”和“娛樂”的特征。席勒指出“說到底，只有當人是完全意義上的人，他才游戲；只有當人游戲時，他才是完全意義上是人”。中國傳統文化中道家追求游戲世界，游戲人生。儒家孔子樂學，“飯疏食，飲水，曲肱而枕之，樂亦在其中矣。”“好之者不如樂之者”，指出要以學習為樂，以游戲的心態學習，并樂此不疲，這是一種游戲體驗學習的最高境界。
虛擬仿真技術通過創設、模仿真實的生活場景，突破現實生活中時間、空間領域的局限，以寓教于樂的方式，全面激發學生的學習興趣，一改過去學生對于學習的厭倦和焦慮心態，從而回歸教育的本質，實現快樂教育。
虛擬仿真教育技術在信息時代的應用場景
1.實現了教育理念的升華。虛擬仿真教育全面突破傳統教育的局限，充分運用各種信息科技手段，VR、AR、MR眼鏡將成為每一個學生重要的學習工具，而眼鏡中所包含的將是包括教育場景、教育主客體、教育方式、教育內容等全方位、立體式的全面革新。
2.以智慧教室為依托開展虛擬仿真教育。在傳統教育框架下，教室是主要的教育場所，教師和學生的主要的參加者，黑板、粉筆以及多媒體設備是主要的教學工具。虛擬仿真教育以智慧教室為場所，在智慧教室的講臺中，內嵌了觸控一體機終端系統，實現電腦、音響、大屏等教學相關電子設備“一屏控制”、“一鍵開關”；以往課堂常用的投影幕布不見了，取而代之的是內置于黑板、具有觸屏功能的高清液晶電子顯示屏。同時，教室兩側墻壁還加設了4塊電子輔助屏，對黑板主屏進行擴展顯示，與黑板主屏、其他輔助屏之間進行跨屏共享。教室內的課桌椅也由原來的固定式桌椅改為可移動拼接桌椅，方便師生們根據不同的學習內容開展不同組合形式的分組討論，在這樣的教室里通過VR、AR、MR眼鏡對學生展開虛擬仿真教育。
(以思政課為例的虛擬仿真實驗教室的設計示意)
虛擬仿真教育的未來走向
伴隨大數據、人工智能、5G和衛星通訊等信息科技的飛速發展，虛擬仿真教育是順應時代大勢的必然方向。縱觀世界文明史，人類先后經歷了農業革命、工業革命、信息革命。每一次產業技術革命，都給人類生產生活帶來巨大而深刻的影響。目前，人類社會已經步入第四次工業革命，工業4.0時代是利用信息化技術促進產業變革的時代，大數據、人工智能、5G和衛星已成為新時代信息科技發展的重要特征，這些科技的發展也將促進虛擬現實技術的飛速發展。教育作為社會發展的強大動力必然要與時代發展和時代趨勢相結合，虛擬仿真教育便是新時代新科技革命浪潮下的產兒，成為教育發展的重要方向，必定會在未來的教育領域實現全面的普及。
1.虛擬仿真教育能有效解決教育公平問題。目前教育公平是全球教育面臨的最突出問題，其根本在在于傳統教育受時空和地域所限，使得教育對象無法共享最優質的教育資源。虛擬仿真教育突破時空和地域的限制，具有全過程、全時間和廣泛性的特征，使得人人享受最優質資源成為可能，從而能夠有效解決教育公平的問題。
2.打造中國特色虛擬仿真教育的“中國模式”。第四次工業工業革命是中國發展的重要戰略機遇期，是我們實現彎道超車的最好時機。從百年未有之大變局的世界格局來看，中國已經站在第四次工業革命的最前沿并且正在迅速變身成為高科技創新中心，每年大量的理工科畢業生、高質量的工程師隊伍。目前虛擬現實技術也在中國大面積的普及，它在教育領域中的運用將使得中國在未來世界發展中打造中國特色虛擬仿真教育的“中國模式”，引領世界教育的發展。首先，建立社會主義的人才標準。習近平總書記在全國教育大會上強調堅持中國特色社會主義教育發展道路，培養德智體美勞全面發展的社會主義建設者和接班人。開展虛擬仿真教育也要圍繞這個教育目標展開，建立中國特色社會主義人才培養機制，同時向世界推廣。其次，我國開展虛擬仿真教育先行先試，向世界提供虛擬仿真教育的標準。此次世界慕課大會虛擬仿真實驗教學實驗，精彩的展示了未來虛擬仿真教學的完備性，表現在不僅有實驗教學知識點，有跨越時空的交互操作、有真實與虛擬的直接的動作交互展示，還有通過智能數字人實現教學主體之一——教師的虛擬仿真，包括外形、動作，還包括智能化技術融合的智能理解與分析，首次創建了完備的虛擬教學環境。我們有理由相信，在更加豐富、完善的教學空間中，能夠讓學生的認知得到更有效的提升。通過全要素、全流程、智能化的虛擬仿真構建完備性，這也是虛擬仿真教育標準發展的方向。
