人大附中：VR融入教學(xué)實(shí)踐案例學(xué)校：中國(guó)人民大學(xué)附屬中學(xué)

文 寧 寧

VR教學(xué)將傳統(tǒng)單向教育轉(zhuǎn)化為認(rèn)知交互和沉浸式體驗(yàn)?zāi)Ｊ剑瑢W(xué)生被帶入微觀或宏觀的虛擬世界中，身臨其境地觀察、探究，激發(fā)好奇心，增強(qiáng)主動(dòng)性。它將學(xué)科的復(fù)雜知識(shí)和抽象結(jié)構(gòu)形象展現(xiàn)，幫助學(xué)生更好地理解知識(shí)。這是VR技術(shù)在教學(xué)中最吸引老師的地方。

人大附中在選修課中將VR技術(shù)開發(fā)作為一項(xiàng)教學(xué)內(nèi)容，老師帶領(lǐng)學(xué)生開發(fā)VR模型，而近兩年，人大附中對(duì)VR技術(shù)應(yīng)用在課堂上也多有嘗試。

戴上VR眼鏡，進(jìn)入人體血液循環(huán)系統(tǒng)

輦偉峰是人大附中的高二生物老師，上學(xué)年他與另一位生物老師和淵做了兩次VR生物課。課堂內(nèi)容是進(jìn)入人體血液循環(huán)系統(tǒng)，觀察了解細(xì)胞以及亞顯微鏡下的細(xì)胞結(jié)構(gòu)。每個(gè)學(xué)生都手持一臺(tái)VR單機(jī)設(shè)備，獨(dú)自進(jìn)入視頻中探究，體驗(yàn)時(shí)間10分鐘。

“學(xué)生進(jìn)入相對(duì)封閉的環(huán)境，根據(jù)自己的理解來感悟視頻內(nèi)容，但這種視頻又比平常放的視頻沉浸感更強(qiáng)，學(xué)生投入度更高，用于課堂個(gè)性化教學(xué)比較不錯(cuò)。”輦偉峰說，初次體驗(yàn)的學(xué)生非常興奮，對(duì)探究材料的理解也更深入。

不過，封閉式的探究環(huán)境也對(duì)老師的課堂設(shè)計(jì)提出更高要求。第一次嘗試VR教學(xué)，輦偉峰說與傳統(tǒng)備課不一樣，他要進(jìn)入虛擬環(huán)境體驗(yàn)，把新奇的地方寫下來，便于與學(xué)生產(chǎn)生共鳴。

如何就素材合理地設(shè)計(jì)課堂情境是輦偉峰不斷思考的問題，“不管是國(guó)外還是國(guó)內(nèi)的課，不能為了技術(shù)偏離課堂。”

設(shè)計(jì)課程方案時(shí)，很多老師對(duì)控場(chǎng)提出不少意見，怎么讓學(xué)生按照老師設(shè)計(jì)的路徑去探究，不至走得太偏。最終討論結(jié)果是，先布置課堂任務(wù)，基于每組學(xué)生的特點(diǎn)，設(shè)置觀察重點(diǎn)。

這堂課輦偉峰布置了兩大類問題，一類是鞏固之前生物課上沒注意到的知識(shí)細(xì)節(jié)，另一類是從生物學(xué)意義上探究VR技術(shù)在呈現(xiàn)細(xì)胞結(jié)構(gòu)上有哪些不合常理的地方。

學(xué)生的表現(xiàn)超出預(yù)想。“他們觀察到很多我沒有思考到的問題。”輦偉峰說，在分析細(xì)胞核周圍的細(xì)胞骨架時(shí)，有學(xué)生提出細(xì)胞骨架理論上應(yīng)該是蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)，但視頻中呈現(xiàn)的卻是建房的鋼筋結(jié)構(gòu)狀，這種維度下，這個(gè)結(jié)構(gòu)是不合理的。輦偉峰思考后發(fā)現(xiàn)了問題所在，視頻沒有告訴使用者放大倍數(shù)，就生物學(xué)科來說，非常講究參照物及放大縮小的比例。

評(píng)價(jià)方式也是他要考慮的問題。傳統(tǒng)的課堂評(píng)價(jià)方式多是課堂提問，學(xué)生群體回答，或者布置小測(cè)試，與學(xué)生可以眼神互動(dòng)。VR課堂，學(xué)生則進(jìn)入封閉的探究環(huán)境，不再有傳統(tǒng)課堂的互動(dòng)。輦偉峰說，這種情況下，就要預(yù)設(shè)問題和探究路徑，讓這堂課沿著路徑走，最后以小組匯報(bào)形式做課堂反饋。

從分子式到太陽系，根據(jù)學(xué)科需求定制VR課堂

除了在課堂上嘗試使用VR技術(shù)外，人大附中2012年就開設(shè)通用技術(shù)選修課，其中有一門虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的課程，施一寧老師已經(jīng)教了四年，帶學(xué)生開發(fā)VR軟件系統(tǒng)。期間也遇到一些問題，比如學(xué)生的編程基礎(chǔ)、三維建模基礎(chǔ)參差不齊，上課要先把這些基礎(chǔ)打好，獨(dú)立研發(fā)軟件就成為了課程附屬品。他最近思考的是，學(xué)生課時(shí)有限，精力也有限的條件下，如何把虛擬現(xiàn)實(shí)作為教學(xué)主體呈現(xiàn)給學(xué)生。

施一寧目前的課程設(shè)置分為三個(gè)部分，先讓學(xué)生按照自己的設(shè)想，設(shè)計(jì)出一個(gè)軟件的三維模型。之后用軟件讓模型互動(dòng)。最后給學(xué)生現(xiàn)成案例，教他們實(shí)現(xiàn)一個(gè)VR、AR的DEMO。

“還有一部分是有些老師對(duì)V R技術(shù)比較感興趣，想看有沒有教學(xué)需求，能夠用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)去解決，我?guī)W(xué)生幫他們做一些。”他補(bǔ)充說。

說到這，一旁教化學(xué)課的副校長(zhǎng)周龍平來了興致，開始和施一寧“定制”化學(xué)有機(jī)分子結(jié)構(gòu)的VR模型，“這個(gè)對(duì)于空間想象力弱的學(xué)生是一大福利。”

在帶學(xué)生做VR項(xiàng)目的時(shí)候，施一寧發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)兩件事特別感興趣，一是微觀世界的無限放大，像血細(xì)胞、分子結(jié)構(gòu)。另一件是天體運(yùn)動(dòng)、萬有引力這類宏觀世界的探索。“學(xué)生都想著做一個(gè)太陽系，以VR的形式把太陽系虛擬出來，放在桌面上。”還有一些更基礎(chǔ)的化學(xué)分子結(jié)構(gòu)，給學(xué)生代碼和基本的技術(shù)操作方案后，學(xué)生都可以實(shí)現(xiàn)。

宓奇老師就向施一寧定制過VR課程，將磁場(chǎng)中的粒子運(yùn)動(dòng)做成VR的形式，學(xué)生手持平板電腦，可以在平板上改變粒子的質(zhì)量、運(yùn)動(dòng)速度以及電荷屬性等，最終平面上的圖形就變成了動(dòng)態(tài)的、立體的粒子運(yùn)動(dòng)。

好奇之余，研學(xué)教研組長(zhǎng)臧春梅提出一個(gè)疑問，如何保證VR視頻中學(xué)科參數(shù)的科學(xué)性。施一寧說這些都會(huì)通過相應(yīng)的軟件來解決，會(huì)有標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)庫(kù)。

VR教學(xué)性價(jià)比低？或可影響學(xué)生一生

在施一寧看來，所有技術(shù)最終都要服務(wù)于教學(xué)目標(biāo)與學(xué)生素養(yǎng)。

VR技術(shù)應(yīng)用于課堂的另一個(gè)問題是使用門檻，老師制作一門VR課程所需要的時(shí)間是多少。

“老師比較關(guān)心用多長(zhǎng)時(shí)間才能把一節(jié)課帶出理想效果。”臧春梅坦稱如果時(shí)間成本高，而教學(xué)效果有限的話，老師也不會(huì)用。

宓奇覺得投入產(chǎn)出比要從學(xué)生的一生去考慮。他曾與生物、化學(xué)、通用技術(shù)老師合作開發(fā)一系列碰撞課程。在一節(jié)汽車碰撞緩沖的技術(shù)課堂上，四位學(xué)科老師先從自己學(xué)科的角度講解，又花兩三周讓學(xué)生去加工有緩沖功能的手機(jī)殼，之后再拿出一節(jié)課讓學(xué)生展示，老師分別點(diǎn)評(píng)。課程成本非常高，但他仍然覺得有必要做，讓學(xué)生知道學(xué)科之間如何融合。

“在教育階段主要是萌發(fā)意識(shí)。”宓奇解釋，當(dāng)學(xué)生在大學(xué)聽到一些工程學(xué)的知識(shí)時(shí)或許會(huì)想到自己也能做，可以往哪個(gè)方向努力。他認(rèn)為未來二三十年后不存在VR概念了，很多工作、學(xué)習(xí)的場(chǎng)景已經(jīng)是虛擬現(xiàn)實(shí)。現(xiàn)在是井噴但很原始的技術(shù)狀態(tài)。

市場(chǎng)能不能為學(xué)校提供長(zhǎng)期穩(wěn)定的技術(shù)支持，以幫助學(xué)校埋下這些“種子”，這是臧春梅擔(dān)憂的。施一寧觀察，VR市場(chǎng)很大，但應(yīng)用于教育行業(yè)需要漫長(zhǎng)的過程，現(xiàn)在仍然以賣硬件為主，做課程的很少。嘗試過兩次V R生物課的輦偉峰也表示，硬件有了之后，相應(yīng)軟件的研發(fā)是否跟得上，能不能構(gòu)建系列的課程？

這也是學(xué)校所關(guān)心的。

教育部虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用工程研究中心主任周明全，曾總結(jié)虛擬現(xiàn)實(shí)與教育融合的三大問題，其一是概念問題，教育需要的不僅僅是技術(shù)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)要與教育的發(fā)展規(guī)律結(jié)合，而且是分裂的；其二是技術(shù)有待優(yōu)化，VR眼鏡對(duì)孩子眼睛的傷害太大，要用全息技術(shù)等代替VR眼鏡；其三就是內(nèi)容的制作。他表示，VR教育內(nèi)容制作復(fù)雜，需要政府、企業(yè)、教師三方結(jié)合，構(gòu)成教育改革系統(tǒng)工程。同時(shí)，對(duì)學(xué)生的測(cè)評(píng)也需要重新來定。

VR技術(shù)需要經(jīng)歷漫長(zhǎng)的時(shí)間逐漸成熟，尤其應(yīng)用到教育領(lǐng)域。這三大融合問題很難在短期內(nèi)解決。就學(xué)校來說，像人大附中這樣開放心態(tài)，主動(dòng)探索、尋找契合自己教學(xué)場(chǎng)景的VR應(yīng)用，是可以在小環(huán)境逐步優(yōu)化VR教學(xué)的。

未來的趨勢(shì)已經(jīng)很明顯。國(guó)務(wù)院最新印發(fā)的《國(guó)家教育事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》在第三部分“改革創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)教育發(fā)展”中提到，支持各級(jí)各類學(xué)校建設(shè)智慧校園，綜合利用互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)探索未來教育教學(xué)新模式。VR技術(shù)帶來的教學(xué)新模式目前還只是雛形，想象空間仍然很多。