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      虛擬現實技術在教育領域的現狀及對策

      【摘要】隨著教育信息化改革的不斷推進,虛擬現實技術已成為教育行業采用的新興關鍵技術之一。為了找出VR教育行業的研究熱點和薄弱環節,以便為我國VR教育企業開展關鍵技術攻關和制定國際專利戰略提供參考,采用政策分析和文獻研究方法,分別闡明了我國政府對VR教育的重視程度以及VR教育的研究現狀;采用統計分析方法,分析VR教育專利的發展態勢、法律狀態、專利權人、專利布局、技術領域等,得出VR教育專利的發展現狀、研究熱點、發展趨勢及一些不足之處,并給出了相應的應對策略。

      【關鍵詞】虛擬現實(VR)技術;教育信息化;專利現狀;對策研究

      虛擬現實(Virtualreality,VR)技術是以計算機技術為核心,生成與一定范圍真實環境在視、聽、觸感等方面近似的數字化環境[1]。用戶通過佩帶虛擬現實設備進入具有身臨其境感覺的虛擬環境,并與其中的事物進行自然交互。在教育行業,虛擬現實技術極大地克服了傳統教學環境的限制,有利于激發學習者的學習動機,增強學習體驗[2],其主要應用形式有虛擬技能實訓、虛擬實驗室、虛擬課堂教學、虛擬仿真校園和虛擬遠程教學等[3]。隨著教育現代化建設的推進及VR技術在教育行業的應用優勢逐步凸顯,VR教育產品及方案逐漸受到教育行業的青睞。虛擬現實技術集成了多項高科技技術,具有很強的“技術”性[4]。因此,我國要想VR技術更好的服務于教育行業,就必須重視科技創新,而專利就是科技競爭力[5]。專利技術是企業發展的核心力量,是企業應對市場競爭的關鍵武器之一[6]。因此,我們從專利的角度分析VR教育的發展態勢與進展,有助于國內相關企業了解VR教育的技術現狀、發展方向以及競爭對手的專利布局,為相關企業制定研究方向和專利戰略,推動我國教育信息化建設具有一定參考價值。

      1行業發展現狀

      1.1政策推動。VR技術與教育行業融合為促進教育信息化建設,教育部制定了一系列鼓勵政策。《教育信息化十年發展規劃(2011~2020年)》中提出:“針對學前教育、義務教育、高中教育、職業教育、高等教育等的不同需求,遴選和開發1500套虛擬仿真實訓實驗系統”。2017年7月,教育部在《關于2017~2020年開展示范性虛擬仿真實驗教學項目建設的通知》中明確提出:“綜合應用虛擬現實、增強現實等網絡化、數字化、智能化技術手段,提高實驗教學項目的吸引力和教學有效度”。2018年,教育部已先后出臺《教師教育振興行動計劃(2018~2922年)》和《教育部辦公廳關于開展國家虛擬仿真實驗教學項目建設的通知》兩項相關政策,加速推動虛擬現實等新技術在教育教學和實驗教學等方面的應用。我國政府對教育信息化建設的重視,極大地促進了VR技術在教育行業的落地。1.2VR技術與教育融合的優勢突出。VR技術改變傳統教學方式,創造了全新的學習環境。以互聯網、便攜式智能手機與電腦、聲像視頻多媒體工具等為代表的信息技術,在很大程度上打破了時空地域的界限[7]。VR技術從根本上營造出全新的學習環境,學生可以按需選擇,并能夠無限次地重復使用,并通過環境反饋檢測學習成果[8]。VR學習環境還能夠提高學生的學習動機,做到“寓學于樂”[9]。虛擬現實教育除了在普通教學上具有一定優勢外,在特殊教育和職業教育中也有很大的優勢。VR技術的仿真環境可以提高特殊兒童教學和訓練的安全系數,增加特殊兒童學習和訓練的信心[10]。在職業教學與實訓中,基于虛擬現實技術的教育在使用過程中不會對學員產生現實中存在的危險[11]。可見,虛擬現實教育不僅可以彌補傳統教學工具和教學方式的不足,還可使學生在虛擬教學環境中進行一些難以實操或危險系數較高的訓練。1.3VR教育應用現狀分析。目前,我國已有很多企業在從事虛擬現實技術教育產品的研究與生產。例如:在K12教育方面,微視酷研發的IES沉浸式教育系統已成功應用于北京中關村二小等知名小學的高年級教學;在職業教育方面,新島科技采用VR技術建立的智慧教室,可將企業的真實場景以全方位、動態的形式再現,還可與外界進行互動交流[12]。

      2VR教育專利動態分析

      本文使用法國QUESTEL公司的Orbit專利檢索數據庫,使用“虛擬現實/VR/虛擬仿真”and“教育/教室/教學/培訓/訓練/學生/學員”為檢索式的關鍵詞,同時使用包含對應的英文檢索詞,檢索時間截止到2018年6月30日。對初步檢索結果進行了IPC分類號檢驗和人工去燥,最終確定VR技術在教育領域的相關專利共計574項。其中,發明專利344項。2.1發展態勢分析。一般而言,專利申請量越多,越有利于高技術產業的發展[13]。VR技術早在20世紀80年代就被一些歐美國家用于教育行業,但由于當時計算機技術水平有限,并沒有引起關注。2012年之前,VR教育專利申請量一直處于平緩期,2012年Face-book天價收購虛擬現實頭戴設備制造商Oculus,引起業內極大轟動。2016年被認為是虛擬現實的元年,資本與企業掀起了VR產業的高潮,VR教育專利申請量出現井噴,實現三位數的飛躍;由于專利的公開有18個月的滯后期,預計2017年VR教育專利數量最終或將多于200項,而2018年的專利數據暫不具有參考意義。綜上分析,VR教育專利申請正處于快速發展階段。2.2法律狀態。VR教育專利中,處于申請中的專利最多,占到了52%;其次是授權專利,占比28%;放棄、撤銷和過期專利分別占比12%、5%和3%。從專利法律狀態可以看出,VR教育專利多處于申請階段,獲權專利相對較少,專利布局還有很大空間。2.3專利權人分析。目前,VR教育專利領域沒有壟斷企業出現。VR教育專利權人數量眾多,但擁有的專利量都不多。圖2展示了VR教育專利排名前13位的專利權人。VR教育專利數量最多的專利權人是國家電網,共有14項,占VR教育專利總量的2.4%,主要為面向職業教育的工作技能訓練和安全教育培訓方面的教學裝置或系統;其次是林肯環球和河南理工大學,分別有7項專利,主要為職業教育或培訓的儀器、裝置、系統和使用方法等,排在第三位的分別是武漢凱迪奧、日本電電公社(NTT)和安徽偉合電子,分別有5項專利。從專利權人類型上可以看出,VR教育專利以企業和高校為主,前十三位中企業專利權人有10位,而高校僅有3位。縱觀574項VR教育專利,高校類專利權人也僅有105位,占VR教育專利總量的18.2%。2.4全球專利布局分析。VR教育專利公開國涉及27個國家或地區,中國成為國內外專利權人布局的主要國家。從圖3可以看出,有68%的VR教育專利將中國設為了公開國。可見,中國VR教育市場得到全球企業的重視,如:林肯環球7項VR教育專利中有4項在我國申請。我國VR教育專利數量領先于其他國家,這也體現了我國對教育信息化改革的重視程度[14]。2.5技術領域分析VR教育企業研發的熱點集中在控制和計算機技術領域。VR教育專利中有560項涉及控制領域,116項涉及計算機技術領域。而虛擬現實本身就是通過傳感器控制和圖形圖像學、仿真等一系列計算機技術實現的虛擬環境。近年來,虛擬現實硬件設備性能已提升很多,但還有一些痛點仍沒有解決,例如重量導致的壓迫感、屏幕分辨率低導致的紗窗效應、眩暈感等。在VR教育專利中涉及解決以上問題的專利較少,材料/冶金領域僅有2項,視聽技術有19項,光學技術有43項。

      3VR教育專利現狀的不足及對策分析

      從專利權人數量來看,VR教育專利權人眾多且專利量較少。這說明VR教育行業還處于發展的初期階段。加之,現階段VR教育專利多處于申請階段,專利布局空間大等特點,建議我國VR教育企業加大新產品和新技術研發力度,盡早進行專利布局。從專利權人類型來看,高校類申請者遠低于企業類。高校作為科技創新和技術經濟進步的重要力量之一[15],具有科研人才和團隊、科研經費、儀器設備和科研環境等先天優勢。然而,這些優勢并沒有在VR教育專利研究中充分體現出來。另外,高校作為VR教育的主要應用場景之一,最了解用戶的需求和現階段VR教育產品中的不足。建議高校聯合企業,進行學校需求調研,共同研發針對不同教育階段、各類學科的VR教育系統或解決方案,有效推動我國VR技術與教育行業的深入融合。從專利全球布局的角度來看,我國VR教育專利權人在國外的專利布局甚少。擁有VR教育專利數量最多的國家電網,其僅在國內進行了專利布局;同樣河南理工大學、武漢凱迪奧等也均未在國外進行專利布局。而林肯環球則對一些有價值的專利選擇了十多個國家為專利公開國。有研究顯示:我國專利權人在海外進行專利布局存在一定困難,如:在國外申請專利比在自己國家昂貴[16],缺乏專業的專利申報人才,以及企業缺乏長遠的知識產權保護戰略意識等[6]。建議我國VR教育企業借鑒國外企業專利布局的方法和策略,根據自身未來海外市場開拓計劃,提前謀劃布局,避免海外專利糾紛。從專利技術領域來看,VR教育專利集中在控制和計算機技術領域。VR技術應用于教育行業也還存在一些問題,例如:影響學校采購的成本問題、佩帶過程的舒適感、使用時師生間的課堂互動等等,而涉及解決這些問題的VR教育專利也較少。因此,建議VR教育企業應更多的從產品設計、降低成本以及用戶需求和體驗等角度進行產品研發和技術創新,并對創新成果盡早申請專利保護,讓VR技術在教育行業早日得到普及。

      作者:任莎莎 單位:北京市電子科技情報研究所

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