（一）虚拟现实技术

虚拟现实技术是利用三维图形生成技术、多传感交互技术以及高分辨显示技术，生成三维逼真的虚拟环境，使用者戴上特殊的头盔、数据手套等传感设备，或利用键盘、鼠标等输入设备，便可以进入虚拟空间，成为虚拟环境的一员，进行实时交互，感知和操作虚拟世界中的各种对象，从而获得身临其境的感受和体会。

虚拟现实技术具有以下三个基本特征：

沉浸性。虚拟现实技术是根据人类的视觉、听觉的生理心理特点，由计算机产生的逼真的三维立体图像。使用者戴上立体眼镜和数据手套等交互设备，便可置身于虚拟环境中，成为虚拟环境中的一员。使用者与虚拟环境中的各种对象的相互作用，就如同在现实世界中的一样。当使用者移动头部时，虚拟环境中的图像也实时地变化，拿起物体可使物体随着手的移动而运动，而且还可以听到三维仿真声音。使用者在虚拟环境中，一切感觉都十分逼真，有一种身临其境的感觉。

交互性。虚拟现实系统中的人机交互是一种近乎自然的交互，使用者不仅可以利用键盘、鼠标进行交互，还能够通过特殊头盔、数据手套等传感设备进行交互。计算机能根据使用者的头、手、眼、语言及身体的运动，来调整系统呈现的图像及声音。使用者可以通过自身的语言、身体运动或动作等自然技能对虚拟环境中的对象进行考察或操作。

多感知性。由于虚拟现实系统中装有视觉、听觉、触觉、动觉的传感及反应装置，因此使用者在虚拟环境中可获得多种感知达到身临其境的感受。

虚拟现实主要包括桌面虚拟现实、沉浸式虚拟现实、增强现实型虚拟现实、分布式虚拟现实等类型。

目前，虚拟现实技术已广泛应用于航空航天、医学实习、建筑设计、军事训练、体育训练、娱乐游戏等许多领域。在国外，虚拟现实技术已应用于课堂教学。在教育领域，其主要表现在科技研究、虚拟仿真校园、虚拟教学、虚拟实验、教育娱乐等方面。

（二）教育游戏

教育游戏是一种建构了具有趣味性、挑战性和体验性的多媒体虚拟环境，以促进教育内容与娱乐元素相融合渗透的计算机游戏软件。

1.教育游戏的特征

（1）挑战性

一场游戏的开始，没有预设的目标，没有可以照搬的套路，每一次决策都是历史性的，每一次选择都是永久性的，无法推倒重来。正因为有时间限制、时机难得等因素，游戏过程充满着抉择、决定等战略性考验。游戏的过程并不总是一帆风顺的，会遇到难度越来越高的关卡障碍或越来越多的干扰物，游戏的挑战难度会越来越高。当玩家战胜自我、战胜对手时，更能体会到酣畅淋漓的成功和自我实现的满足。

（2）趣味性

教育游戏利用色彩强烈、形象优美的游戏情境，精心设计的游戏内容和游戏规则等来激发学生的学习兴趣，引起学生的学习动机，调整学生的学习心理。

（3）交互性

教育游戏借助信息技术，将文字、图像、声音等各种元素集成一个互动的虚拟世界，使玩家在一个虚拟的学习环境中体验整个过程。游戏方式主要有人机交互和人际交互方式。人机交互是通过人机交互界面，玩家与计算机产生互动。一般情况下，玩家通过操纵鼠标、键盘、摇杆来响应计算机。而更多时候，游戏中的互动来源于人际交互。玩家面对的并不是机器控制的人物，而是有血有肉、有智有谋的游戏伙伴。身处各地的玩家可以同时登录到游戏当中，创造自己的角色并通过控制这个角色的行动与其他人进行对话。实时的在线交流实现了游戏者之间的即时互动，这种互动满足了玩家沟通的需要。

（4）体验性

技术的成熟使游戏不仅能达到逼真的拟物性，还能达到较高程度的拟人性。玩家在教育游戏创建的学习环境中，可以自如地体验各种生活情境。游戏过程中能促使玩家产生类似现实生活的感受，可以体验焦虑、着急、快乐、愉悦等情感。游戏的过程就是不断揭开谜底的过程，在这期间，学生的各种情感因素被不断激发、唤起，随着游戏的进展情绪起伏。比如赛车类游戏，一路上玩家都处于紧张的竞技状态，当落后于其他玩家时，就会一路追赶，毫不松懈；当碰到旁边的障碍物时，产生一时的焦虑情绪，就赶紧调整状态投入比赛；当到达终点时，终于可以松一口气，开怀一笑。这种种情绪的变化，与现实中的比赛并没有什么差别。

2.教育游戏的分类

按照不同的分类标准，教育游戏可分成不同的类别。

根据常规的游戏内容，教育游戏可分为角色扮演类、即时策略类、冒险类、模拟类、动作类、益智类等。这个分类是一种比较大众的说法，或者可以说是约定俗成的一种分类方法，各类别之间有一种交叉，没有明确的分界线。

根据游戏的联网方式，教育游戏可分为单机版和网络版。单机版本是指在PC上自娱自乐，自主学习的游戏。网络版本可指一些在线的益智类小游戏，如联众、QQ游戏等，可以进行网络交流。

根据教育目标，教育游戏可分为：以单一学科为学习内容，比如就英语、数学学科等，加强巩固所学知识；以专门知识或技能为学习内容，锻炼眼力、听力，提供能力；以综合知识为学习内容的教育游戏，提升综合素质。

根据使用者的学习方式，教育游戏可分为探究学习和合作学习等。

3.教育游戏的教育价值

（1）促进玩家的认知发展

从棋类、竞技运动游戏到角色扮演类、即时战略类游戏，都具有或多或少的知识性，玩家在游戏过程中获得知识，增长才干。某游戏从建筑风格到民族特色等都严格地符合历史，和游戏配套的各种背景资料更是详尽地介绍了各文明的历史、特点和发展，人们可以很快地从中对各民族在历史发展中的地位与作用有个大概的了解。

（2）促进玩家的人格发展

人格发展有一定的先天因素，但后天的教育和环境所起的作用也是不容忽视的。游戏作为一种高黏合度的传播媒介，对玩家的身心健康发展有着重要的影响。沉浸于游戏中的玩家，可以使自己释放现实世界的不快，宣泄不良情绪，减少压力，获得平衡的心灵和心情的愉悦。同时，游戏规则的存在，迫使玩家必须在各种条款限制中达到目标，玩家认同这个自由世界是有约束的。从某种程度来说，玩家在游戏中所认同的游戏规则，在现实生活一样适用。

（3）促进玩家的社会化发展

作为一个社会中的人，要有独立的思想，认同自己的社会角色，不断了解、学习、接纳社会所赋予自己的责任与义务。而更多时候，人们需要合作、交流，在团队中遵守同一个规则，和睦相处，遵守集体的相关要求。团队活动中，形成融洽、和谐的氛围，消除个人的自我中心。

（4）培养问题解决能力

教育游戏有相当明确的教学目标，玩家游戏的过程便是学习探索的过程，也是一个解决问题的过程。与传统教学不同的是，在教育游戏所创造的情境化学习环境中，玩家可以接触到直观性的模拟物体，更容易理解问题所在，也能打开思路思考问题解决方案，慎重执行方案，能及时观察到执行的效果。教育游戏激发了玩家的发散性思维，为解决问题创造了各种可能性。玩家在解决问题的过程中，迎接了挑战，也享受到了快乐。

（三）移动学习

移动学习是一种在移动计算设备帮助下的，能够在任何时间、任何地点发生的学习。移动学习所使用的移动计算设备必须能够有效地呈现学习内容并且提供教师与学生之间的双向交流。

1.移动学习的基本特点

（1）形式上是移动的

学生不再被限制在电脑桌前，可以自由自在、随时随地进行不同目的、不同方式的学习。学习环境是移动的，学习资源和学生也是移动的。(www.daowen.com)

（2）内容上是互动的

移动学习的技术基础是无线技术和互联网技术。只有这种双向交流的模式，才能使“移动”更有意义，也能更充分地表现出移动学习的优越性。

（3）实现方式上必须是数字的

要使用移动计算设备进行数字化的学习，这是区别于传统学习模式的关键。它既是前两个特点的保障，也是前两个特点的必然选择。

2.支持移动学习的相关技术

（1）移动终端：智能手机、iPad、学习机、MP3/MP4播放器等。

（2）通信技术：GSM、GPRS、5G等移动通信协议；Wi-Fi、AdHoc、WiMax等无线通信协议；数据线、蓝牙、射频等通信技术。

（3）服务器相关技术：内容包装、情境感知、自适应推送、交互支持等。

3.移动学习在教育中的应用模式

移动学习在教育中的应用模式，可以从知识传递—情境认知、个人学习—协作学习—社会性学习、正式学习—非正式学习等维度来分析。

（1）维度1：知识传递—情境认知

移动学习兴起的初级阶段，人们想到利用移动设备的便携性、移动性和无处不在的通信将原来在计算机上运行的课件迁移到手持式设备中，使用移动通信技术传递原来通过网络传递的内容，增强了教师与学生以及学生与内容之间的交互。典型的应用有课堂即时信息反馈系统、基于内容推送的移动学习服务、播客等。

课堂即时信息反馈系统。课堂即时信息反馈系统是一种在教室中使用的，基于无线网络支持交互的课堂反馈系统。在课堂上，学生每人手中拿着一个与计算机连接的手持设备，参与随堂测验、统计、游戏比赛等活动。教师根据学生反馈的数据，能马上诊断学生的学习情况，及时补救教学。系统收集的各种反馈数据还可用于课后对学生的分析研究。

基于内容推送的移动学习服务。基于内容推送的移动学习服务是指通过使用短消息、WAP等方式，将以文字和图片为主的学习内容推送到学生的移动设备上。这种内容推送既可以是单向推送，也可以实现一定的交互性，如根据学生的输入或选择动态推送内容。学习MBA课程的学生通过移动设备获得课程总结、考试准备、其他信息以及学习重点等；学习医疗保健职业的学生，通过移动设备获得最新的专业知识等。英国Westmister大学开发了具有自动回复功能的多项选择题短信测试系统，测试者通过短信息的方式回答教材中的测试题后，除了能够收到正确率等反馈信息，还能收到下节课的主题信息和需要事先浏览的网站信息。

播客。把预先录制的MP3音频文件发布在Blog上，利用相关的RSS订阅软件（如iPodder），可以将这些MP3文件自动下载到本地播放。这些MP3文件还可以转移到MP3播放器上，在移动中随时收听。如美国的普渡大学推出的BoilerCast网站，已有37门课开始通过这个平台向学生提供教师的授课Podcast。教师在课堂上用录音笔或iPod把教学过程的声音同步录制下来，并用音频编辑软件编辑生成MP3文件，然后发布到网站上，学生可以下载这些课堂录音文件到自己的计算机和随身MP3播放器中随时收听。这种方法使教师的课堂教学得到延伸，学生可利用这些MP3文件来温习课程和补充笔记。

（2）维度2：个人学习—协作学习—社会性学习

移动技术支持的个人自主学习。个人自主学习是学生在教师的指导下，通过多种方式和途径，以个体为单位进行能动的有选择的学习活动。

移动技术支持的协作学习。移动技术支持的协作学习研究的主要内容是在无线网络环境中协作学生知识的有效建构以及如何实现这个过程。常见的移动协作学习工具有移动概念图工具、移动日志共享工具等。

移动技术支持的社会性学习。社会性软件等理念和技术的出现使学习的社会性特征更加彰显出来。移动通信技术与社会性软件的结合也成为移动学习研究中的一个热点。

（3）维度3：正式学习—非正式学习

移动技术不仅可以应用在课堂教学中，也可以使用在课堂教学延伸的户外学习部分，还可以用来支持公共教育和个人非正式学习。

移动技术在课堂教学中的应用。强调利用移动和普适技术强化教室的技术环境。中国教育发展基金会-戴尔“互联创未来”项目的移动教室系统以及上海等地开展的电子书包项目也是移动技术在课程教学中应用的典型项目。

移动技术对公共教育的支持。如移动技术在博物馆、展览馆等中的应用。

移动技术对个人非正式学习的支持。“行学一族”主要针对中国的手机用户，特别是有一定学习需求的学生和白领群体，目前提供的学习内容主要包括外语和日常生活技能等。

4.移动技术支持的情境学习

移动终端设备和移动通信技术为在真实的问题情境、工作活动、文化背景中开展情境学习提供了独特的机遇。在移动技术支持的情境学习中，移动设备不再是传统的资料呈现和内容传递工具，而更多的是学生知识建构的工具，它可以帮助学生在真实的情境下进行意义建构。移动技术支持的情境学习又可分为多种学习范式，主要包括基于即时问题解决的移动学习、移动技术支持的探究性学习、情境感知学习和参与模拟的体验式学习。

（1）基于即时问题解决的移动学习

学生在学习或工作场景中通常会遇到各种问题，在问题发生的真实情境中即时解决问题对学生掌握与问题相关的知识和技能非常关键，移动技术为即时解决问题提供了便利。教师给学生指派具体的调查和交流任务，学生走遍全城在真实场景中与别人对话，完成这些任务，在完成任务过程中如果遇到语言上的障碍可以通过无线通信即时获得教师的帮助，最后每人分享各自的学习经历。该项目把在教室里获得的语言知识和学生在日常生活中的实际需要结合起来，使学生在真实情境中进行语言的应用和反思。

（2）移动技术支持的探究性学习

使学生体验探究过程，在探究活动中加深对知识的理解和应用。移动技术的主要功能包括检索信息、收集资料、数据记录、信息共享、协作交流等。如学生在蝴蝶观察活动中携带具有拍照功能的iPad，对观察到的蝴蝶进行拍照，然后通过基于内容的图片查询技术，查询蝴蝶的相应信息。如果系统中没有拍摄的蝴蝶的信息，则通过日志子系统将该章图片及信息记录下来，加入原有系统中。

（3）情境感知学习

学习内容由移动学习系统通过感知学生的学习情境自动推送给学生，促使学生在情境中进行学习。当用户携带移动设备接近某件展品时，移动设备通过感知展品的标签信息，以文字、音频、视频等形式向用户呈现展品的来历、相关事件等详细信息，使游览者不只是看到展品，还能轻松、深刻地学习它的相关知识。

（4）参与模拟的体验式学习

学生携带具有网络功能的移动设备沉浸在一个动态模拟系统中，参与学习活动，能够快速看到自身活动对于整个系统的影响，他们不只是观看模拟，而且自身就是模拟系统的一部分。这种学习模式被称为共同参与模拟仿真。学生扮演某种动物角色来学习与这种动物有关的知识。

（四）3D打印技术

3D打印技术是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可黏合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。

3D打印机和传统的喷墨打印机原理差不多，只是采用了不同的“墨”。它相当于把一个模型分成许多层“横截面”，将原料液体或颗粒喷射到指定位置，一层一层地堆叠起来，最后得到精确模型。从理论上来说，当3D打印技术成熟后，随着添加不同的打印材料，可以打印任何东西，包括人体器官（原料是细胞）、房子（原料是建筑材料）、机械（原料是金属）等，只要你在计算机前把要打印的东西的形状等设置好，就可按照你想要的一模一样打印出来。

如今这一技术已在多个领域得到应用，人们用它来制造服装、建筑模型、汽车、巧克力甜品等。同时，3D打印技术在教育中的应用前景也是非常广泛的，如工程设计系的学生可以用它打印出自己设计的原型产品；建筑系的学生可以用它方便地打印出自己设计的建筑实体模型；历史系的学生可以用它来复制有考古意义的物品，方便进一步观察；平面设计系的学生可以用它来制作3D版本的艺术品；地理系的学生可以用它来绘制真实的地势图、人口分布图；食品系的学生可以用它设计食物的产品造型；车辆工程的学生可以打印各种各样的实体汽车部件，便于测试；化学系的学生可以把分子模型打印出来观察；生物系的学生可以打印出细胞、病毒、器官和其他重要的生物样本；数学系的学生可以将他们的“问题”打印出来，并在他们自己的学习空间中寻找答案。