基于智慧學習的虛擬現實課程教學模式研究

訾玲玲，叢鑫

（遼寧工程技術大學電子與信息工程學院，葫蘆島　125105）

基于智慧學習的虛擬現實課程教學模式研究

訾玲玲，叢鑫

（遼寧工程技術大學電子與信息工程學院，葫蘆島125105）

0　引言

隨著信息技術的不斷發展與成熟及其在教育領域不斷的應用，教育模式和學習方式的改變成為必然趨勢，智慧學習正是轉變的一個重要方向［1～2］。智慧學習采用智慧信息技術實現學習者自我指導，體現“學習需求無處不在、學習無時無刻不在發生”的理念［3］。虛擬現實課程涉及心理學、認知科學、計算機圖形學、仿真技術、多媒體技術等，具有學科交叉性、綜合性強，基礎知識要求高，工程應用突出等特點［4］。但是，運用傳統的教學方式講授本課程，存在以下幾個方面的不足：①對虛擬現實中的基本理論講授強調“原理”，忽視“應用”。例如真實感繪制技術，以基本的算法原理闡述為主，使得學生對于這項技術的應用比較迷茫；②對虛擬現實系統的多種建模軟件逐一介紹，使得學生對每個軟件使用掌握得不扎實，且單一教學手段造成學生對于三維建模的學習仍然屬于模仿階段，沒有發揮學生的主觀能動性；③對虛擬現實系統的開發缺乏統一的管理，更多的是單兵教練，不能提高學生的協作能力和創新能力。

基于此，本文設計了一種基于智慧學習的教學模式，該模式的核心思想為“自主式、分享式、自助式、協作式、探究式”。對于虛擬現實課程中的基本理論采用自主式的學習模式，加強學生對該課程理論的理解與掌握；對于經典算法的講解，采用分享式的課堂交流，加深對算法本質的理解；對于建模軟件的使用，采取構建工具使用資源超市，學生根據自己的需求進行重點學習；對于虛擬系統的開發，智能環境會感知學生的需求并自動構建團隊，并進行智能分工，從而共同開展合作；對于開發過程遇到的問題，采用探究式的問題解決模式，提高學生解決問題、應用問題的能力。以上提出的教學模式滿足了學生的多元化、個性化、智慧化的發展需求，從而培養了學生的自主學習能力，提高了學生的實踐創新能力。

1　基于智慧學習的教學模式設計原則

基于智慧學習的教學模式設計應該滿足以下三條原則。

（1）有利于學生的學習需求。智慧環境通過情境感知技術預知學生的學習需求，并主動推送感興趣的資源，使得學生自己選擇感興趣的知識進行學習，從而滿足學習者的個性需求，激發學生的學習興趣。

（2）有利于學生對知識的理解與掌握。智慧學習營造具有感知性、自然性的智慧環境，學生可以實時享受便捷的學習服務。學生可以靈活地選擇學習資源，安排學習時間，不受傳統教學模式中的教學進度的限制，從而更好地理解與掌握虛擬現實技術的相關知識。

（3）有利于提高學生的實踐能力。智慧學習通過云計算、物聯網、大數據構建的智慧環境中開展學習活動，方便學習者深入虛擬情景進行系統開發，從而大幅度提高學生的分析問題、解決問題和實際應用的能力。相比于傳統的非情景教學模式，提高了學生知識遷移的能力。

2　基于智慧學習的教學模式

基于智慧學習的教學模式主要包括五個部分：自主式基本理論學習；分享式經典算法學習；自助式建模軟件使用；協作式系統開發；探究式問題解決。其中前四個部分分別針對虛擬現實課程的四個大的教學單元，最后的探究式問題解決方法是貫穿整個的虛擬現實教學內容。

（1）自主式基本理論學習。在學習某一知識點前，教師發布教學任務，學習者帶著這個教學任務進入情境，智慧環境及時感知學生的學習需求，并采用多種方式提供信息資源。學生根據資料進行學習，并提出問題，教師及時為學生答疑，并進行知識點的強化。此后，智慧環境提供身臨其境的環境，將學到的知識點進行實踐應用，加深對知識點的掌握。學生的學習過程被自動儲存到云平臺中，用于進行智能分析，并將此分析結果反饋給教師，用于評測學生對知識點學習情況的掌握。

（2）分享式經典算法學習。智慧環境根據學生的個人興趣和需要，推送大量的虛擬現實算法知識，學生根據推送的內容進行自主學習。教師在課堂上組織教學，開展討論式的學習方式，將學生學習得到的算法與大家分享，并及時解答學習算法過程中遇到的問題。課程結束時，教師檢驗學生的學習成果，并要求所有學習者進行自評和互評。

（3）自助式建模軟件使用。智慧環境中的云平臺存儲大量的建模軟件信息資源，學習者可以根據自己的喜好選擇任意建模工具進行學習，并依據智慧環境提供的學習目標，自己制定學習任務。在此過程中，教師可以起到引導作用和咨詢作用。當學生確定學習目標后，智慧環境推送滿足學習目標的最優學習資源，節省海量查找資料的時間，可以使得學生高效率地進行軟件工具學習。

（4）協作式系統開發。智慧環境快速感知學習者的個體特征信息，并根據群組構建策略進行開發團隊組建。采用云平臺提供的智能分析功能，建立統一的系統開發目標，根據獲取的開發目標，團隊成員進行協商討論，制定合理的開發進度。云平臺結合團隊成員的個體特征及能力素質，科學合理地對開發任務進行分工。在此過程中，智慧環境會實時監控系統開發情況，及時發現問題并給予反饋建議。

（5）探究式問題解決。在虛擬現實理論學習和應用實踐過程中，學生在智慧環境中獨立地發現問題，進行實驗，并得出結果或結論。智慧環境提供的多種信息手段，為學生驗證結果提供了強有力的保障。這種解決問題的方法是倡導學生對學習的主動參與性，改變了傳統的以教師為主導的學習方式。探究式問題解決方式，提倡學生的探索精神和實踐創新能力的提高。

3　基于智慧學習的教學實踐

結合幾年來講授本科計算機科學與技術專業的虛擬現實技術課程，對基于智慧學習的虛擬現實理論、實踐與應用，進行詳盡探討與研究，并取得一定成果。

3.1課程目標設定

虛擬現實技術主要從計算機科學與技術、控制科學與技術、機械工程科學與先進制造技術等學科中孕育并實現跨越，逐步發展成熟。該課程涉及心理學、認知科學、計算機圖形學、仿真技術、多媒體技術、人工智能技術、計算機網絡技術、并行處理技術和多傳感器技術等多學科且綜合性強。因而，在課程目標設定時要充分考慮到。基于課程特點，智慧學習的教學模式以獨立的教學模塊為單位進行學習，將課程內容分為4個教學模塊，每個教學模塊由知識單元構成。具體課程目標設定內容如表1所示。

表1　虛擬現實課程目標設定

3.2教學實施

依據上述提出的虛擬現實課程目標設定，構建科學有效的教學方法并加以實施是教學過程的首要問題，結合課程內容及智慧學習的教學模式設計如圖1所示。

圖1　基于智慧學習的虛擬現實教學模式實施

其中，教學模塊1以虛擬現實技術的特性為例，闡述了這個模塊的虛擬現實特點講授實施流程，重點突出“自主式”的學習特點；教學模塊2以實時繪制技術為例，強調分享式的算法教學模式和探究式的問題解決教學模式；教學模塊3以建模軟件使用為例，強調自助式的教學模式；教學模塊4以校園3D場景漫游系統開發為例，強調協作式系統開發的教學特點。

3.3教學效果評價

經過幾個周期虛擬現實課程的教學，對2010級計算機科學技術專業的兩個班55名學生進行了教學效果的評價問卷調查。問卷調查主要從以下6個方面進行：①對虛擬現實學習結果的滿意度；②開發能力提高度；③自主學習能力提高度；④講授方法滿意度；⑤解決問題提高度；⑥創新能力提高度。評價等級滿分為5分。其中1分表示非常不滿意；2分表示不滿意；3分表示基本滿意；4分表示很滿意；5分表示非常滿意。調查結果如表2所示。

表2　學生滿意度調查情況表

從調查結果來看，學生對虛擬現實課程學習結果的滿意度中，不滿意的占11%，大多數學生對學習結果是滿意的；從系統開發能力提高情況來看，有68%的學生認為自己的開發能力有較大的提高；從自主學習能力情況來看，只有15%的學生認為學習能力的自主性沒有提高；從講授方法的滿意度來看，大多數的學生對此教學模式還是滿意的；從解決問題能力和創新能力提高方面，分別只有20%和13%的學生認為能力沒有提高。總體上講，從以上各個方面的調查情況來看，基于智慧學習的教學模式的教學方法是可行的、教學效果有明顯提高。

4　結語

虛擬現實技術一直是信息領域研究開發和應用的熱點方向之一。虛擬現實課程立足于虛擬現實的“3I”特性，從技術和應用兩個方向全面系統地講授基礎理論和實踐技能。針對虛擬現實課程特點，本文構建基于智慧學習的教學模式，就是打破傳統的以教師為主導、“滿堂灌”的陳舊教學方法。而基于智慧學習的教學模式，就是充分發揮學生的主體地位，提高學生的學習興趣和積極性，提高學生的自主學習能力和創新能力。該模式應用在虛擬現實技術課程的教學中，取得了一定的教學效果。虛擬現實技術課程是一門涉及知識面廣，教學內容豐富、應用廣泛、發展迅速的專業課程。如何講授好該課程必須在實踐中不斷探討、研究總結和提高。在學習虛擬現實技術理論知識同時，還要充分利用實驗室的研究環境、軟硬件資源，加強虛擬現實課程的實踐教學環節，利用虛擬現實技術更好解決工程實際問題。

［1］Lee M S，Son Y E.A study on the adoption of SNS for smart learning in the“creative activity”［J］.International Journal of Educationand learning，2012（3）:1-18.

［2］楊現民.信息時代智慧教育的內涵與特征［J］.中國電化教育，2014（1）:29-34.

［3］陳琳.高校課程立體學習資源建設研究——促進學習方式轉變的視角［J］.中國電化教育，2013（11）:95-97.

［4］黃榮懷，楊俊鋒，胡永斌.從數字學習環境到智慧學習環境［J］.開放教育研究，2012（1）:75-84.

Smart Learning；Virtual Reality；Teaching Mode；Smart Education

Research on Virtual Reality Teaching Mode Based on Smart Learning

ZI Ling-ling，CONG Xin
（School of Electronic and Information Engineering，Liaoning Technical University，Huludao 125105）

1007-1423（2015）19-0028-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.19.007

訾玲玲（1981-），女，遼寧阜新人，博士，講師，研究方向為圖形圖像及多媒體

2015-03-24

2015-06-15

智慧學習是在云計算、大數據、泛在網絡等新一代信息技術推動下產生的新型學習方式，是一種以學習者為中心的、以提高學習者的創新能力為最終目標的新型學習范式。根據虛擬現實課程特點，設計基于智慧學習的新穎的教學模式。該模式已在虛擬現實課程中進行實踐，并取得良好的學習效果。

智慧學習；虛擬現實；教學模式；智慧教育

遼寧工程技術大學生產技術問題調研基金（No.14-T-009）

叢鑫（1982-），男，遼寧阜新人，博士，講師，研究方向為流媒體

Smart learning is a new learning mode which is promoted by cloud computing，big data and ubiquitous network.Centering the learners is the idea of teaching and improving，the innovation ability of the learner is the ultimate goal of this new learning paradigm.According to the characteristics of virtual reality course，designs the innovative teaching mode based on smart learning.This mode has been carried out in the virtual reality course and achieved good learning effects.