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人类历史上曾有过无数革命性的技术，并对人类日常生活的方方面面产生了深远的影响，但能够直接为教育服务的技术却是凤毛麟角。电子信息技术，特别是互联网技术，则是自印刷术发明以来对教育最具革命性影响的技术。基于互联网技术的移动学习或泛在学习，使得学生们可以在任何地点、任何时间通过虚拟的方式获得所需要的教育信息，学生和教师也在经历各种全新的教育体验。教育信息化无疑是当今世界各国教育工作和主管部门的主要工作对象。
3D教育离不开大的3D社会文化背景和教育信息化背景。在互联网和教育信息化的大背景下，3D技术和VR技术正在改变传统的教育教学形态。因此，探讨以3D技术和VR技术为代表的新技术与教育结合的理论依据，无论是对教育信息化的发展，还是对3D技术和VR技术自身的发展都是必要的，也有其现实需求。
在当今全球教育创新的改革中，3D和VR教学已成为一个不容忽视的发展趋势。3D和VR教学作为一种崭新的教育信息化形式，是视听教育的未来发展方向，将开创一个全新的教学模式，无论国内还是国外都投入了大量的人力、物力和财力进行着前期储备。
3D技术在电影、游戏、博物馆、展览馆和科技馆等文化娱乐行业的广泛应用为3D教育做了良好的科学普及工作，为3D教学活动进校园、进班级和进课堂打下了良好的基础，为师生应用3D技术树立了信心。
1. 起点·2008
3D电影在国内大范围上映实际上始于2008年初的《地心历险记》，近在咫尺的细微生物、呼啸而过的珍奇异兽、过山车般身临其境的美妙感觉，让该片在当时全国仅有80块3D银幕的情况下，放映了27周，票房达6700万元，平均每块银幕票房80万元。而同期上映的《赤壁（上）》每块银幕票房只有8万多元，3D电影平均银幕票房收益是2D影片的10倍。
随后一系列引进的3D大片掀起了3D热潮，国内众多影院纷纷扩建、更新放映设备，力推3D电影。到2008年暑期《冰河世纪3》上映之时，中国的3D银幕数量已经迅速地发展到了350块。《阿凡达》上映之时，中国的3D银幕数量突破了600块，成为紧随美国之后的全球第二大3D电影市场。
2. 3D元年·2009
2009年上映的《阿凡达》，把3D电影事业带入了“3D元年”，点燃了全球影迷对3D影片的热情，3D成了电影的标准配置，3D电影的制作及观影方式时成为了主流，就像有声电影取代无声电影、彩色电影取代黑白电影一样。在《阿凡达》巨大成功的影响下，国内导演也纷纷开始积极尝试3D立体电影这种新的创作方式。
3D电影给我们带来了前所未有的视觉震撼，同时也让我们对电影的本质多了一些思考。难道仅仅依靠3D技术就能拯救电影业吗？好莱坞“编剧教父”罗伯特·麦基的一句话或许能给出答案——“没有故事，再好的3D也只是技术”。
3. 大圣归来·2015
2015年夏天，《西游记之大圣归来》（以下简称《大圣归来》）还未上映，预告片就已经在弹幕视频网站上引发大量关注，并且将火热势头蔓延至微博、QQ空间等网络社交平台；正式上映后，微信朋友圈里不断涌现出大批“自来水”军刷屏力推。
《大圣归来》快散场时，一个孩子问他的妈妈：“妈妈，为什么大人也来看动画片哪？”妈妈说：“因为在那些大人还是孩子的时候就在等大圣回来啊！”
图1.1 《西游记之大圣归来》海报
《大圣归来》为国产3D动画创下了全新的票房纪录——9.56亿元，给予了国产3D动画一个巨大的想象空间，同时也给无数3D动画电影人带来了信心。
4. 片源为王
在《阿凡达》之后，3D电影不管是在质量方面，还是在数量方面，都一时难以赶上观众挑剔眼光的发展。在缺失了片源这一内容支持的情况下，3D电影确实难有作为。但是到了2014年，这一情况已经大有改观，中国已经成为了3D电影增长最快的市场，2014年一季度，总票房为67.23亿元，其中3D影片的票房贡献超过50%，成为影院吸金大户。
图1.2 中国3D电影上映情况（本图引自万维家电网）
随着3D电影市场的快速发展，中国观众也逐渐养成了“非3D，无大片”的观影标准。片源内容已经不再是3D电视在消费者客厅里大展拳脚的拦路虎。
3D网游是指在3D影像基础上而开发的网络互动游戏，通过人与人之间的互动达到交流、娱乐和休闲的目的。相比2D游戏，因其采用了3D空间的概念，所以画面更显真实，而且玩家在3D空间操作的随意性也较强，因为在游戏中人物的视角可以随意变动，比如，能近距离看以往2D游戏无法看到的自建角色正面。
表1.1 2D、3D、2.5D定义
1. 第Ⅰ代3D网游
第Ⅰ代3D网游又称“2.5D网游”，或“假3D网游”，从游戏体验上来说，它并不比2D即时制网游强多少。仅仅是在2D即时制网游的基础上对于场景贴图使用了3D效果，部分网游有游戏人物和动物模型的翻转效果。对体验者而言，第Ⅰ代3D网游跟2D网游几乎无差别，但从其技术上来说，第Ⅰ代3D网游已经说明其开发实力进入3D时代了。可以这样认为，第Ⅰ代3D网游属于网游开发商在进入3D时代的垫脚石。
2. 第Ⅱ代3D网游
从体验效果上来说，第Ⅱ代3D网游已经算是正式步入了3D时代。玩家可以自由翻转视角，技能效果出现了“面向错误”的判断，出现了真实的、可供攀爬的山坡，甚至因为设计的原因，玩家能被“卡”在地洞里面。而因为第Ⅴ代3D网游依然采用2D点对点的算法模式，所以在动作表现上依然不尽如人意。
3. 第Ⅲ代3D网游
第Ⅲ代网游现在可以被称为“动作3D网游”，又称“真3D网游”，现阶段的第Ⅲ代网游基本是动作网游，如《RUSH冲锋》。它比第Ⅱ代3D网游有了更好的体验效果，带入了载体理论，让网游的战斗效果更加具有真实感。玩家放出的远程技能不再是必中目标，也不再会无视性地穿过第三者的身体，甚至近身战斗也变成因为动作轨迹造成群体命中判定。
4. 镀金时代
2003年，网络游戏进入中国后，中国游戏产业进入了长达10年的经济快速增长的“镀金时代”。据中国产业调研网发布的《2015年版中国网络游戏行业深度调研及市场前景分析报告》显示，2014年，中国网络游戏市场规模同比增长24.3%，首次突破千亿大关，达到1108.1亿元，网络游戏规模扩大主要得益于移动游戏的高速增长。游戏已经成为中国人民最普遍的文化娱乐方式之一。
5. 严肃游戏
教育游戏是严肃游戏的一种，是专门针对特定教育目的而开发的游戏，具有教育性和娱乐性并重的特点，是以游戏作为教育的手段，设计游戏的时候，以成熟的教育理论作为理论支撑，取得教育性和游戏性的平衡，从而通过游戏的方式来完成教育过程的产品实现。
3D教育游戏既是3D技术在教学领域重要的应用方向之一，也为VR技术的快速发展起到了巨大的需求牵引作用。尽管存在众多的技术难题，VR技术在竞争激烈的游戏市场中还是得到了越来越多的重视和应用。从最初的文字游戏，到2D游戏、3D游戏，再到3D网络游戏，游戏在保持其实时性和交互性的同时，逼真度和沉浸感正在一步步地提高和加强。我们相信，随着3D技术的快速发展和软、硬件技术的不断进步，在不远的将来，真正意义上的实时交互式3D游戏必将为人们文化、娱乐、教育和经济发展做出新的贡献。
图1.3 2011—2018年中国网络游戏市场规模
数字博物馆是运用3D显示技术、VR技术、互联网、3D显示系统、互动娱乐技术和特种视效等技术，将现实存在的实体博物馆以3D的方式完整呈现于网络上的博物馆。数字博物馆就是将整个博物馆环境制成3D模型，参观者能在虚拟的博物馆中随意游览，观看馆内各种藏品的3D仿真展示，查看各种藏品的相关信息、资料。通过数据库可以查阅馆内各类藏品的统计信息。
与实体博物馆相比较，“数字博物馆具有信息实体虚拟化、信息资源数字化、信息传递网络化、信息利用共享化、信息提供智能化、信息展示多样化等特点”。在这里，最为关键的特点是实体虚拟化，即数字博物馆的一切活动，都是对实体博物馆工作职能的虚拟体现，都是以实体博物馆为依托，同时又反过来作用于实体博物馆，是对实体博物馆职能的拓展和延伸。
数字博物馆提高了参观者和学习者掌握知识和技能的效率和积极性，达到优化参观过程、个性化参观、针对性讲解，提高参观质量的目的，从而解决传统博物馆无法解决的问题。随着3D和VR技术的飞速发展，数字博物馆系统具有广泛的应用前景，它将成为21世纪博物馆参观必不可少的补充。
图1.4 数字博物馆
自20世纪90年代以来，国际教育界出现了以信息技术的广泛应用为特征的发展趋向，国内学者称之为“教育信息化现象”。我们将教育信息化看作一个过程，其结果是达到一种新的教育形态——信息化教育。
当前，我国教育改革和发展正面临着前所未有的机遇和挑战。以教育信息化带动教育现代化，破解制约我国教育发展的难题，促进教育的创新与变革，是加快从教育大国向教育强国迈进的重大战略抉择。
2012年初，教育部组织编制并印发的《教育信息化十年发展规划（2011—2020年）》（以下简称《规划》）倡导启发式、探究式、讨论式、参与式教学，帮助学生学会学习。激发学生好奇心，培养学生的多种爱好，营造独立思考、自由探索、勇于创新的良好环境。《规划》还指出：适应经济社会发展和科技进步的要求，推进课程改革，充分发挥现代信息技术的作用，促进优质教学资源共享。当今改革需要各种优质的教学资源，需要各种灵活的教学手段，需要教师提供学生喜欢的、合适的教学媒体，各种新技术手段引入教学中将为教学环境注入新鲜血液，也增加了优质教学资源。
当前的教育信息化已经步入加快推进的黄金期，也是关键期。在教育教学领域，3D和VR技术的应用可以创设自然、直观的学习情景，有效提高教育教学质量，具有美好的前景。这种学习方式激发了学生的求知欲和好奇心，有助于培养学生的想象力和深度思考的学习能力，使3D学科教室和3D综合教室成为学校调整教学装备和改变教学方式的优先方案之一。
2016年2月25日，国务院办公厅印发了《全民科学素质行动计划纲要实施方案（2016—2020年）的通知》（国办发〔2016〕10号）：
科学素质决定公民的思维方式和行为方式，是实现美好生活的前提，是实施创新驱动发展战略的基础，是国家综合国力的体现。进一步加强公民科学素质建设，不断提升人力资源质量，对于增强自主创新能力，推动大众创业、万众创新，引领经济社会发展新常态，注入发展新动能，助力创新型国家建设和全面建成小康社会具有重要的战略意义。
实施科普基础设施工程。
……创新完善现代科技馆体系。突出信息化、时代化、体验化、标准化、体系化、普惠化、社会化，推动由数量与规模增长的外延式发展模式向提升科普能力与水平的内涵式发展模式转变，进一步建立完善以实体科技馆为龙头和基础，流动科技馆、科普大篷车、虚拟现实科技馆、农村中学科技馆、数字科技馆为拓展和延伸，辐射基层科普设施的中国特色现代科技馆体系。发挥自然博物馆和专业行业类科技馆等场馆以及中国数字科技馆的科普资源集散与服务平台的作用。大力推动虚拟现实等技术在科技馆展览教育中的应用，以“超现实体验、多感知互动、跨时空创想”为核心理念，研发可复制、可推广的虚拟现实科技馆，生动展现科技前沿。推动中西部地市级科技馆、专题行业科技馆建设。推动建立科普标准化组织，完善科技馆行业国家标准体系以及相关标准规范，开展科技馆评级与分级评估。建立健全科技馆免费开放制度，提高科技馆公共服务质量和水平。
2016年6月7日，教育部发布了关于印发《教育信息化“十三五”规划》的通知（教技〔2016〕2号）：
发展目标：
到2020年，基本建成“人人皆学、处处能学、时时可学”、与国家教育现代化发展目标相适应的教育信息化体系；基本实现教育信息化对学生全面发展的促进作用、对深化教育领域综合改革的支撑作用和对教育创新发展、均衡发展、优质发展的提升作用；基本形成具有国际先进水平、信息技术与教育融合创新发展的中国特色教育信息化发展道路。
深化信息技术与教育教学的融合发展，从服务教育教学拓展为服务育人全过程。
要依托信息技术营造信息化教学环境，促进教学理念、教学模式和教学内容改革，推进信息技术在日常教学中的深入、广泛应用，适应信息时代对培养高素质人才的需求。有条件的地区要积极探索信息技术在“众创空间”、跨学科学习（STEAM教育）、创客教育等新的教育模式中的应用，着力提升学生的信息素养、创新意识和创新能力，养成数字化学习习惯，促进学生的全面发展，发挥信息化面向未来培养高素质人才的支撑引领作用。面向未来培养高素质人才，教师能力是关键。要建立健全教师信息技术应用能力标准，将信息化教学能力培养纳入师范生培养课程体系，列入高校和中小学办学水平评估、校长考评的指标体系，将教师信息技术应用能力纳入教师培训必修学时（学分），将能力提升与学科教学培训紧密结合，有针对性地开展以深度融合信息技术为特点的课例和教学法的培训，培养教师利用信息技术开展学情分析与个性化教学的能力，增强教师在信息化环境下创新教育教学的能力，使信息化教学真正成为教师教学活动的常态。
2016年7月13日，教育部印发《教育部关于新形势下进一步做好普通中小学装备工作的意见》（教基一〔2016〕3号）：
为深入贯彻党的十八大和十八届三中、四中、五中全会精神，落实“四个全面”战略布局，明确“十三五”期间中小学装备改革发展任务，提升基础教育质量，加快推进实现教育现代化，现就新形势下加强普通中小学装备（以下简称“装备”）工作提出如下意见：当前，我国已进入全面建成小康社会的决定性阶段。以“互联网+”和“中国制造2025”战略为引领的新型城镇化、工业化、信息化建设进入关键时期，为装备工作改革发展提供了新的机遇、新挑战。迅猛发展的信息技术，丰富了装备的品种，优化了装备的结构，极大地提升了装备的品质。以云计算、物联网、虚拟现实及大数据等为代表的新兴信息技术在教育中广泛应用，促进了教育模式、教学方法和办学方式的转变。
2016年3月3日，教育部教育装备研究与发展中心印发《教育部教育装备与发展中心2016年工作要点》的函（装备中心〔2016〕7号）：
探索“未来学校”建设研究。结合“互联网+”、云计算、物联网、虚拟技术及大数据发展，以培养学生核心素养为出发点和落脚点，深入研究“未来学校”发展趋势，适时打造未来学校试点，不断完善相关教育装备技术标准和装备规范。
深化移动学习终端研究。制定移动学习终端的硬件、软件、资源和服务相关标准，探索规范移动学习终端的研发、生产、销售、使用、服务等各环节。深化基于移动学习终端的教学资源、课堂教学模式和教学效果研究。
加强创新创造教育研究。贯彻国家“双创”要求，为创客教育、“STEAM课程”提供教育装备支撑，探索将新的教育装备融入课堂，培养学生的创新能力、综合设计能力和动手实践能力。