VR技術(shù)與傳統(tǒng)教育深度融合

陳清奎 何芹 李學(xué)東 徐楠 王全景 王忠雷

計算機和互聯(lián)網(wǎng)的使用是人類發(fā)展史上的第五次信息技術(shù)革命，這場革命引發(fā)了教育行業(yè)的一次深刻變革。隨著教育形式的多樣化及前沿信息技術(shù)在教育領(lǐng)域的深入應(yīng)用，基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR技術(shù)）的教學(xué)模式，推動越來越多的教育活動通過重塑學(xué)習(xí)方式回歸教育本質(zhì)，對培育創(chuàng)新型、實踐型人才，并普及教育理念產(chǎn)生了深遠的影響。

大勢之向，未來已來

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機系統(tǒng)，它通過對人的視覺、聽覺、觸覺等作用，使人產(chǎn)生一種身臨其境的視景仿真，使人們通過計算機可以進入VR虛擬環(huán)境，并能操縱系統(tǒng)中的對象與之進行交互，得到與現(xiàn)實世界幾乎同樣的感受。VR技術(shù)獨具的沉浸性、交互性、構(gòu)想性等特點，使之與教育的融合天衣無縫，大放異彩。

依據(jù)《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011—2020年）》以及教育部針對“開展國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)”的通知等系列政策要求，大力實施信息技術(shù)與高等教育的融合，開發(fā)VR資源與平臺，建設(shè)虛擬仿真實驗教學(xué)中心成為各高校發(fā)展信息化教育的重要途徑。

2018年，教育部辦公廳根據(jù)《教育信息化“十三五”規(guī)劃》的總體部署，印發(fā)了《2018年教育信息化和網(wǎng)絡(luò)安全工作要點》，明確將虛擬現(xiàn)實技術(shù)列入教育信息化的年度重點工作任務(wù)，推動信息化2.0，要求全國高校、中小學(xué)、職教等深入推進信息技術(shù)與高等教育教學(xué)深度融合。以VR技術(shù)為代表的現(xiàn)代化信息技術(shù)在教育中的應(yīng)用，將成為加快教育現(xiàn)代化建設(shè)的重要舉措，也必將成為整個教育創(chuàng)新體系的重要組成部分。

革故鼎新，集之大成

山東建筑大學(xué)以機械工程學(xué)科的數(shù)字化建設(shè)為起點，歷經(jīng)近十年的探索研發(fā)、應(yīng)用推廣及積累沉淀，將VR技術(shù)與教學(xué)過程深度融合，創(chuàng)造性地提出了“VR+”教學(xué)模式的新理念，構(gòu)建了“VR+課堂教學(xué)”“VR+實驗教學(xué)”“VR+實訓(xùn)教學(xué)”和“VR+自主學(xué)習(xí)”的全新教學(xué)模式。

1.VR+課堂教學(xué)

傳統(tǒng)教學(xué)中將知識扁平化的講解方法令學(xué)生難以理解抽象晦澀的理、工、醫(yī)等學(xué)科類知識，且降低了學(xué)習(xí)興趣及學(xué)習(xí)質(zhì)量。而應(yīng)用VR、AR、動漫游戲等先進視覺傳達理論與技術(shù)，建設(shè)具有直觀展現(xiàn)、情境體驗、富有感染力的三維可視化VR教學(xué)資源及VR展示系統(tǒng)，將知識點細致剖析、講解，則能從根本上解決難講、難懂的問題。

在實際教學(xué)活動中，教師可利用觸控VR“黑板”，將傳統(tǒng)黑板的板書教學(xué)、PPT多媒體教學(xué)與VR教學(xué)資源相結(jié)合，可借助觸控VR“黑板”，調(diào)取VR資源進行任意板書、自由表達。VR教學(xué)資源實現(xiàn)了文字到圖形圖像的轉(zhuǎn)化、2D到3D的轉(zhuǎn)化、靜態(tài)到動態(tài)的轉(zhuǎn)化、單向到交互的轉(zhuǎn)化，使工作原理、機械結(jié)構(gòu)等知識與信息的傳達更加形象、活潑、精準、透徹、全面；學(xué)生佩戴便攜式3D眼鏡，即時在VR“黑板”上觀看“3D”影像的教學(xué)資源，提高了學(xué)習(xí)趣味性，提升了教學(xué)效率。

2.VR+實驗教學(xué)

在實踐教學(xué)中，很多實驗存在高成本、高危險、高污染、長周期、大規(guī)模、綜合性等特點，導(dǎo)致必需的實驗無法開出、必需的實訓(xùn)無法進行等。利用VR技術(shù)，則可以徹底打破時間與空間的限制，大到宇宙天體，小至原子粒子，都可以進入內(nèi)部進行觀察，并完成現(xiàn)實中難以進行的實驗項目。

“VR+實驗教學(xué)”以VR技術(shù)為核心，研發(fā)VR實驗實訓(xùn)教學(xué)資源，包括“教—學(xué)—練—考”等模塊，充分利用VR、AR技術(shù)對知識傳達更加富有表現(xiàn)力和感染力的優(yōu)勢，通過與虛擬對象深度交互，模擬機械拆裝、操控與維修，感受情境式體驗。

我們還創(chuàng)新性提出了“VR實驗三步法”：第一步，學(xué)生通過手機APP及3D版實驗指導(dǎo)書預(yù)習(xí)實驗，并上傳實驗預(yù)習(xí)報告至VR實驗教學(xué)管理平臺；第二步，實驗教師利用VR“黑板”講解實驗內(nèi)容；第三步，學(xué)生進行真實實驗，實驗過程中學(xué)生遇到問題，借助手機APP自主指導(dǎo)完成實驗。

3.VR+實訓(xùn)教學(xué)

虛擬現(xiàn)實具有的沉浸性和交互性特點，使學(xué)生能夠在虛擬的學(xué)習(xí)環(huán)境中扮演一個角色，全身心地投入到學(xué)習(xí)環(huán)境中，這就有利于學(xué)生完成各種實操項目的技能訓(xùn)練。由于虛擬的訓(xùn)練系統(tǒng)無任何危險，學(xué)生可以反復(fù)練習(xí)，直至掌握操作技能為止。

在實際的“VR+實訓(xùn)”教學(xué)活動中，學(xué)生通過手機APP及3D版實訓(xùn)指導(dǎo)書進行知識預(yù)習(xí)，并上傳預(yù)習(xí)報告至VR實訓(xùn)教學(xué)管理平臺；實訓(xùn)教師利用VR“黑板”講解實訓(xùn)內(nèi)容；學(xué)生進行實訓(xùn)，實訓(xùn)過程中學(xué)生遇到問題，借助手機APP自主指導(dǎo)完成實訓(xùn)。

4.VR+自主學(xué)習(xí)

針對高度仿真、交互操作的三維可視化VR教學(xué)資源，依托WebVR技術(shù)，搭建起VR教學(xué)資源共享平臺，支持PC版、IPad版、手機版等多終端、多版本應(yīng)用。實現(xiàn)了學(xué)生“不限時間、不限地點”的自主學(xué)習(xí)、反復(fù)學(xué)習(xí)，并為構(gòu)建“沒有圍墻的大學(xué)”、打造“人人皆學(xué)、處處可學(xué)、時時能學(xué)”的學(xué)習(xí)型社會，提供了實質(zhì)性的學(xué)習(xí)資源與平臺保障。

施用累能，推而廣之

“VR+”教學(xué)模式使知識傳授與學(xué)習(xí)更符合認知規(guī)律，達到了教師易教、學(xué)生易學(xué)的教學(xué)效果。

本模式在山東建筑大學(xué)已實施5年，陸續(xù)建成了28門課程的VR教學(xué)資源，取得了17項軟件著作權(quán)，編寫了9本3D版教材，研發(fā)了VR“黑板”，建成了27個VR實驗實訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)。

“VR+”教學(xué)模式首先在機械工程學(xué)科全面應(yīng)用，并向材料工程、土木工程等學(xué)科輻射推廣，現(xiàn)已應(yīng)用于機械電子工程、材料工程等十余個專業(yè)，受益學(xué)生7000余人。

嶄新的技術(shù)，為我們帶來了嶄新的教育思維，并深刻影響著我們的教育方式。結(jié)合互動游戲、情境化學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)、實操實訓(xùn)等多種特性的VR技術(shù)，為我們營建起一方觸手可及的精致環(huán)境，在這里，我們調(diào)動所有的感官去傾聽，去體味，去記憶，去領(lǐng)會，去追尋教育的本真意義。