序

推进虚拟现实技术应用.加快落实教育数字化战略

党的二十大报告首次把教育、科技、人才进行“三位一体”统筹安排、统一部署，首次将“推进教育数字化”写入报告，是以习近平同志为核心的党中央作出的重大战略部署，赋予了教育在全面建设社会主义现代化国家中新的使命任务，明确了教育数字化未来发展的行动纲领，具有重大意义。

数字化已成为新一轮科技革命和产业变革的重要驱动力量和增长引擎。国家“十四五”规划纲要明确提出“加快数字化发展，建设数字中国”的目标。虚拟现实是新一代信息技术的重要前沿方向，是数字经济的重大前瞻领域。2022年11月工信部、教育部等五部门联合发布《虚拟现实与行业应用融合发展行动计划（2022—2026年）》，提出加快虚拟现实与行业应用融合发展，虚拟现实技术助力数字教育的序幕已经拉开。如在高等教育和职业教育领域，虚拟仿真实验教学已经成为加强实践教学、提高教学质量的重要手段，成为传统实验教学的一种有效的补充。虚拟仿真实验教学依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通信等技术，构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，延伸实验教学时间和空间，动态更新实验场景和实验资源，有效地解决了目前实验教学中“进不去、看不见、动不了、难再现”的难题，达到优化教育资源、有效提高教学质量的目的。

多年来，我始终在关注和参与虚拟仿真实验教学相关工作。2013年，在教育部高教司任职期间，我作为主要发起人之一提出了建设虚拟仿真实验教学示范中心的思路，推动国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作，首次在国家政策层面上对推进虚拟仿真实验教学工作进行了统一部署。2017年起，依托原教育部教育装备研究与发展中心虚拟现实教育应用研究院，搭建高校教师学术交流平台，为虚拟仿真实验教学的可持续发展做好基础性研究。2018年至2021年，作为教育部滇西扶贫干部总队长，我到云南省大理州任挂职副州长，期间先后承担了两项教育部定点联系滇西专项课题，通过深入开展调查研究，组织教学实践，引进北京等地的专家资源、课程资源和技术资源，探索以虚拟现实技术提升当地中小学的实验教学水平，助力教育创新发展的新路径。我欣喜地看到，虚拟现实技术在丰富教学资源、改善实验教学模式、提升实验教学水平、发挥学生的主动性等方面取得了良好成效，有利于学生自由探索，激发学生的兴趣与潜能，培养学生的创新思维和能力。

在长期的实践研究中，我发现，面对教育数字化过程中的新生事物，一线教师还没有完全做好准备，教师的数字化素养和能力还有所欠缺。如何帮助教师更好地利用虚拟现实技术开展教学呢？我认为要解决以下三个方面的问题。

（1）资源方面：虚拟现实课程资源必须是一种“活”的数字资源，将过去“只可意会”的虚拟物品、复杂现象和抽象概念清晰呈现，通过情境化、个性化教学，推动教学模式向自主体验升级。在课程资源选择上，要坚持“虚实结合、相互补充、能实不虚”的原则，形成虚拟资源与真实世界的联结互动。在教学设计上，更要关注学生思维层面的训练，采用逐层递进的方式开展资源建设，由易到难地引导学生展开探究。在资源体系上，将虚拟现实技术与多种学科融合，形成体系化课程资源，拓展课程的深度和广度，满足多元化教学需求。

（2）设备方面：虚拟现实设备必须支持多种交互方式，提供更加真实的沉浸感，教师可以指导学生在虚拟世界中轻松地完成双手协同操作、空间位移、观察环境等相对复杂的动作。虚拟现实设备要足够轻便、易于携带，为学生提供更加友好的佩戴体验，避免学生在长时间佩戴后产生压力和憋闷感。虚拟现实设备的性价比要合理，以便在一定的经费条件下尽量满足学生人手一套设备的要求。

（3）环境方面：虚拟现实教学环境需要进行软硬件一体化的整体设计。虚拟现实功能教室中要配备教学管理系统，方便教师调动教学资源、掌握课堂节奏、开展课后评价，通过虚实之间的有效过渡，解决学生使用虚拟现实设备之后的“割裂感”。对区县以上教育部门，虚拟现实教学环境还应包含以教学管理平台为核心的教育元宇宙教学管理中心，实现区域教学管理、设备应用情况统计以及课程资源更新等功能。

为了将上述认识转化为指导教师开展教学实践的具体方法，我基于教育部发展规划司专项课题“滇西中小学实验教学信息化实践”、全国教育科学“十三五”规划课题“基于现代教育装备的教育教学协同创新应用研究”的研究成果，主编了本套丛书。丛书共分四册：《科普教育》《中学物理》《中学化 学》和《中学生物》。每个分册按照理论研究篇、教学实践案例篇和教学环境篇进行编写，既有系统的理论探讨，又有具体的操作指导。这套丛书对于帮助教师系统掌握虚拟现实技术的基本理论，灵活掌握虚拟现实技术在教学中的应用方法，成为拥抱教育数字化转型的行家里手具有实际价值和意义。在教学案例设计上，丛书按照“教、练、探、考”的思路设计教学案例，以期为一线教师提供全方位的借鉴和参考。

本书是第一本系统阐释虚拟现实技术在中小学多个学科教学应用的专著，内容具有创新性，特别是系统设计了多学科的教学案例，在国内外属于首创。目前，在教学过程中应用虚拟现实技术愈加广泛，丛书的出版发行只是对一个阶段性成果的汇集和整理。丛书的编撰凝聚了众多研究人员和一线教师的智慧与经验，感谢各位专家和教师的辛勤付出。

 2022年1月

序.