VR技術(shù)在中學(xué)歷史學(xué)科教學(xué)中的應(yīng)用初探

童玲 王琪 王筠茹 武惠娟 郭瑾

摘? 要： 新一輪基礎(chǔ)教育課程改革要求堅(jiān)持以人為本的教學(xué)理念，即關(guān)注學(xué)習(xí)者的情緒情感體驗(yàn)，關(guān)注學(xué)習(xí)者的道德生活與人格養(yǎng)成。近年來虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）迅猛發(fā)展，VR技術(shù)在各領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。通過將三維技術(shù)以及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）與現(xiàn)代高中歷史學(xué)科教學(xué)相結(jié)合，以高中歷史教科書中“抗日戰(zhàn)爭”一課為例，創(chuàng)設(shè)虛擬環(huán)境以增強(qiáng)學(xué)習(xí)者主體感受，為創(chuàng)新教學(xué)方式、深化素質(zhì)教育、推動“VR+教育”發(fā)展提供了一種應(yīng)用解決方案。

關(guān)鍵詞： 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）; 中學(xué); 歷史學(xué)科

中圖分類號：G434? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ?文章編號：1006-8228（2020）04-68-04

Probing on the application of VR technology in the teaching of middle school history subject

Tong Ling， Wang Qi， Wang Junru， Wu Huijuan， Guo Jin

（Liaoning Normal University， Dalian， Liaoning 116000， China）

Abstract： A new round of basic education reform requires insisting on teaching idea of people-oriented， that is， paying attention to learners' emotional experience， paying attention to learners' moral life and personal development. In recent years， with the rapid development of the virtual reality technology （VR）， VR technology has been more and more widely used in various fields. Through combining 3D technology and virtual reality technology （VR） with teaching in modern senior school， taking "War of Resistance Against Japan" as an example in the history textbook of senior high school， a virtual environment is created to enhance learners' subjective feeling， which provides a solution for innovating teaching methods， deepening quality education and promoting the development of "VR+ education".

Key words： virtual reality technology （VR）; senior high school; history

0 引言

中國教育部印發(fā)的《教育信息化“十三五”規(guī)劃》和《2017年教育信息工作要點(diǎn)》將虛擬現(xiàn)實(shí)列為重點(diǎn)，VR教育的推廣是大勢所趨。但目前的實(shí)踐大多將VR技術(shù)與實(shí)踐類學(xué)科以及語言類學(xué)科相結(jié)合，在歷史等人文學(xué)科教育方面的應(yīng)用少之又少。《歷史教學(xué)大綱》中曾明確提出：通過教學(xué)使學(xué)生繼承傳統(tǒng)美德，初步形成正確的世界觀、人生觀、價值觀和健全的人格，在使用VR技術(shù)進(jìn)行教育時，應(yīng)當(dāng)同時注重對學(xué)生學(xué)科素質(zhì)和思想的教育。本文主要目的是在合理利用VR技術(shù)優(yōu)勢的前提下，結(jié)合歷史學(xué)、基礎(chǔ)心理學(xué)以及教育學(xué)相關(guān)知識提供高效、低成本、靈活、科學(xué)的中學(xué)歷史教學(xué)方案。

1 傳統(tǒng)歷史學(xué)科教學(xué)缺陷

傳統(tǒng)的歷史教學(xué)模式是“傳遞——接受”的過程，是一種以教師、書本、課堂為中心的教學(xué)模式。這在一定程度上保障了教師在課堂教學(xué)中主導(dǎo)地位，教師對課堂能夠有效的組織、管理與控制，在這樣的教學(xué)環(huán)境下學(xué)生能降低走入學(xué)習(xí)死角和誤區(qū)的幾率，學(xué)習(xí)目的性和針對性較強(qiáng)。但是在傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式下容易出現(xiàn)教師單向灌輸、作為認(rèn)知主體的學(xué)生在教學(xué)過程中被動接受知識的情況。教師與學(xué)生缺乏雙向信息交流，削弱了學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體地位，不利于調(diào)動學(xué)生的主動性和創(chuàng)造性，進(jìn)而導(dǎo)致學(xué)習(xí)效果欠佳。傳統(tǒng)歷史教學(xué)雖然能夠保證教師的主導(dǎo)作用，但教學(xué)過程過于程序化和模式化，不利于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。因此，新課改要求教師在教學(xué)中要從注重教師的“教”，轉(zhuǎn)變?yōu)樽⒅貙W(xué)生的“學(xué)”;在信息交流上要從單向信息交流轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合信息交流。

傳統(tǒng)歷史教學(xué)內(nèi)容局限于教材，內(nèi)容枯燥、形式單一。教材是學(xué)生主要的知識來源，學(xué)生很少能接觸到除教材以外的知識。考試也只需死記硬背教材內(nèi)容就可輕松過關(guān)，導(dǎo)致學(xué)生多數(shù)是被動吸收課本上的現(xiàn)成結(jié)論，而對得出結(jié)論的原因認(rèn)識模糊，進(jìn)而對于所述結(jié)論正確性的思考被“迷信”權(quán)威所取代。例如，在2004年版的人教版高中歷史教科書中對于清代軍機(jī)處設(shè)立的意義僅為學(xué)生提供“清朝軍機(jī)處的設(shè)立，加強(qiáng)了皇權(quán)，使君主專制制度發(fā)展到頂峰”[1]這一結(jié)論，而對得出結(jié)論的原因未加詳細(xì)論述，且對于“軍機(jī)處設(shè)立使得君主專制發(fā)展到頂峰”這一結(jié)論是否準(zhǔn)確還有待討論。僅學(xué)習(xí)結(jié)論的學(xué)習(xí)方式容易使學(xué)生過于依賴課本、權(quán)威，缺乏創(chuàng)新意識和問題意識，照本宣科的能力強(qiáng)而解決靈活問題的能力低下。

傳統(tǒng)歷史學(xué)科教學(xué)手段單一，不利于提高教師與學(xué)生的綜合素質(zhì)。傳統(tǒng)教學(xué)很難與現(xiàn)代化接軌，教師從使用傳統(tǒng)教學(xué)手段轉(zhuǎn)變到使用新教學(xué)手段，即運(yùn)用現(xiàn)代化教學(xué)設(shè)備進(jìn)行教學(xué)的周期較長。教師對信息化教學(xué)手段掌握程度低，學(xué)生接觸新技術(shù)、了解新知識、感受新變化的機(jī)會較少。傳統(tǒng)教學(xué)手段下培養(yǎng)的學(xué)生在知識面、創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力等方面同在多媒體等新教學(xué)手段培養(yǎng)下的學(xué)生差距明顯，這與現(xiàn)代社會對人才培養(yǎng)的要求是不相符的。

2 VR技術(shù)以及其在教育領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1 簡介VR技術(shù)以及其目前應(yīng)用情況

VR技術(shù)是指借助計(jì)算機(jī)及最新傳感器技術(shù)創(chuàng)造的一種嶄新的人機(jī)交互手段，它利用計(jì)算機(jī)生成多源信息融合的、交互式的三維動態(tài)虛擬環(huán)境，具有與環(huán)境完善的交互作用能力，有助于啟發(fā)構(gòu)思，其核心是建模與仿真[2]。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)因具有3I屬性（沉浸感、交互性、想象性）[3]也被稱為“沉浸式多媒體”。

現(xiàn)階段VR技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域包括職業(yè)教育的技能培訓(xùn)（如飛行駕駛員模擬訓(xùn)練）、醫(yī)學(xué)收集病人3D數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重建[4]、汽車工業(yè)、船舶制造、飛機(jī)制造、游戲娛樂、物理和數(shù)學(xué)學(xué)科教學(xué)、英語等語言類學(xué)科學(xué)習(xí)、數(shù)字博物館等。可以看出現(xiàn)階段主要將VR技術(shù)與自然科學(xué)方面結(jié)合的實(shí)踐更多。在人文學(xué)科方面將VR技術(shù)與文化傳播相結(jié)合的實(shí)踐較多，如將VR技術(shù)運(yùn)用于當(dāng)代革命文化傳播[5]、創(chuàng)設(shè)以黃鶴樓文化為主的文化體驗(yàn)系統(tǒng)[6]、清華大學(xué)光盤工程研究中心實(shí)現(xiàn)大全景VR制布達(dá)拉宮[7]。但VR技術(shù)與人文學(xué)科教學(xué)的實(shí)踐較少。

2.2 VR技術(shù)在歷史教學(xué)領(lǐng)域運(yùn)用的優(yōu)勢

首先，VR技術(shù)自身帶有的沉浸感使得在利用VR技術(shù)展開教學(xué)時，能夠營造出帶有高度仿真式的教學(xué)環(huán)境[8]，在創(chuàng)建的虛擬環(huán)境下，包含眾多的認(rèn)知對象。基礎(chǔ)心理學(xué)認(rèn)為注意對象自身所具有的特點(diǎn)是影響注意穩(wěn)定性的因素之一。往往內(nèi)容豐富、多變的注意對象能夠使注意穩(wěn)定性更容易維持。在主體積極性等條件相同的情況下，注意對象多樣化、不同活動交替進(jìn)行，能夠提高刺激強(qiáng)度、延長刺激時間，有助于注意的穩(wěn)定，而穩(wěn)定的注意就是良好教學(xué)效果的前提。借助VR技術(shù)展開歷史教學(xué)能夠重現(xiàn)歷史中的重大事件、重大戰(zhàn)役拉近學(xué)生與歷史的距離，增強(qiáng)學(xué)生對于歷史的理解與記憶。

其次，歷史學(xué)科所學(xué)不僅僅是歷史時間、事件、制度，更重要的是學(xué)習(xí)包含在歷史中的愛國情懷等，使學(xué)生形成正確的價值觀。新課改所提倡的歷史學(xué)科五大核心素養(yǎng)中，家國情懷是學(xué)習(xí)和探究歷史應(yīng)具有的人文追求，體現(xiàn)了對國家的高度認(rèn)同感、歸屬感、責(zé)任感和使命感[9]。在創(chuàng)建的虛擬歷史環(huán)境中，學(xué)生能夠通過角色體驗(yàn)等方式，更加真實(shí)地感受盛唐的大國氣度、晚清的喪權(quán)辱國、近代的破舊立新以及民族英雄的愛國精神等，增加學(xué)生的情感體驗(yàn)。通過創(chuàng)設(shè)情境進(jìn)行學(xué)科教學(xué)的同時注重思想品德教育，引導(dǎo)學(xué)生樹立正確三觀，關(guān)注現(xiàn)實(shí)問題。

再次，鄧廣銘先生曾經(jīng)提出，職官、地理、目錄、年代是研究歷史的四把鑰匙。在傳統(tǒng)歷史教學(xué)中，由于客觀環(huán)境的局限，教師對于地理的講述一般較為模糊。而在創(chuàng)建的虛擬環(huán)境下可以利用3D技術(shù)，為學(xué)生提供立體、形象的地理描繪，更有利于學(xué)生構(gòu)建空間概念。另外設(shè)計(jì)者還能在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中創(chuàng)設(shè)相應(yīng)的知識拓展板塊，如增加相關(guān)文物的館藏情況、相關(guān)人物生平介紹等等，為學(xué)生提供拓展知識面、開闊眼界、發(fā)展興趣、提高綜合素質(zhì)的途徑。

3 VR技術(shù)在中學(xué)歷史學(xué)科教學(xué)中的應(yīng)用框架

下文將敘述在利用3dmax和unity3D等軟件的基礎(chǔ)上，以普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書人教版歷史1“抗日戰(zhàn)爭”一課為例，設(shè)計(jì)的歷史教學(xué)方案。圖1為應(yīng)用框架整體結(jié)構(gòu)圖。

3.1 制作三維卡通動畫視頻導(dǎo)入事件背景

事件發(fā)生的背景對于學(xué)生了解事件起因、分析事件的性質(zhì)、鋪墊情緒基調(diào)具有重要作用。用三維動畫視頻引入背景能夠較快速、簡略、生動的讓學(xué)生了解抗日戰(zhàn)爭爆發(fā)的國際背景，如，1929年-1933年的全球性經(jīng)濟(jì)危機(jī)以及日本為發(fā)動侵略戰(zhàn)爭所做的前期準(zhǔn)備和計(jì)劃等內(nèi)容。

3.2 詳細(xì)制作重要事件場景

2017年版《普通高中歷史課程標(biāo)準(zhǔn)》指出：“在課程內(nèi)容選擇上，要精選基本的、重要的史事”[9]。在選取制作虛擬場景時應(yīng)當(dāng)遵循課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，選取重點(diǎn)、學(xué)生感興趣的、與現(xiàn)代社會緊密聯(lián)系的場景進(jìn)行創(chuàng)建，避免增大工作量，將VR教育變成華而不實(shí)且內(nèi)容繁雜的累贅。在實(shí)際操作中首先需要利用3dmax技術(shù)進(jìn)行建模。如在創(chuàng)建標(biāo)志抗日戰(zhàn)爭開始的“九一八事變”虛擬場景中，需要建立日本士兵、中國士兵、南滿鐵路、爆炸場景、中國軍隊(duì)駐扎的北大營等所需的三維模型，如圖2、圖3、圖4和圖5所示。

在模型建立完成后制作動畫，將制作的動畫渲染成mp4格式方便pr處理。選取合適背景音樂作為鋪墊。再完成交互部分，將動畫導(dǎo)入unity3D中，通過編寫代碼設(shè)計(jì)出人機(jī)交互的動畫。重點(diǎn)制作幾大重要場景如盧溝橋事變、淞滬會戰(zhàn)、太原會戰(zhàn)、百團(tuán)大戰(zhàn)等。學(xué)生可以選擇角色進(jìn)行人物體驗(yàn)，感受戰(zhàn)爭環(huán)境，加強(qiáng)學(xué)生對這段歷史的理解，潛移默化地使學(xué)生強(qiáng)化愛國意識、牢記歷史、珍愛和平。在各個虛擬場景最后展示事件結(jié)果、產(chǎn)生該結(jié)果的原因，以及對各方產(chǎn)生的影響等，補(bǔ)足在虛擬歷史場景中未展現(xiàn)的延伸內(nèi)容，避免虛擬場景形式限制造成知識點(diǎn)的空缺。在主頁面中建立時間軸，事件按照真實(shí)時間順序排列，學(xué)生可從每個場景返回主頁面，樹立正確的時間觀念。

3.3 構(gòu)建三維立體地圖

歷史地理作為學(xué)習(xí)歷史的四把鑰匙之一[10]，對于學(xué)生構(gòu)建清晰的空間圖，意義重大。在地圖中清楚顯示河流地形走勢以及戰(zhàn)役的戰(zhàn)場、對戰(zhàn)雙方行軍路線、戰(zhàn)局變化等信息，標(biāo)明如進(jìn)攻、退卻、方向的符號等[11]，這對學(xué)生構(gòu)建知識框架、建立全局概念具有積極意義，有利于培養(yǎng)學(xué)生的歷史空間感和時空交融的思維能力[12]。時空觀念作為高中歷史新課標(biāo)提出的五大核心素養(yǎng)之一，是學(xué)習(xí)歷史的基本思維方法，在利用VR進(jìn)行教學(xué)時需要與時間軸、地圖相互配合，避免學(xué)生因大量的事件出現(xiàn)時間和空間上的混亂。

3.4 穿插人物故事，以及博物館相關(guān)館藏

通過加入歷史人物或歷史故事，例如在“九一八事變”場景中加入烈士姚子青、潘家峪慘案、“七三一部隊(duì)”等，能夠增加豐富教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生清楚戰(zhàn)爭性質(zhì)，了解戰(zhàn)爭給中國人民帶來的沉重傷害。加上博物館的相關(guān)館藏等豐富學(xué)生對這段歷史的了解，開拓眼界，提高綜合素質(zhì)，增強(qiáng)與現(xiàn)實(shí)世界的聯(lián)系。

3.5 教師與同學(xué)們共同體驗(yàn)，增加師生互動

教師和學(xué)生可一同進(jìn)入場景，成為戰(zhàn)友等，有利于增進(jìn)師生關(guān)系，便于教師觀察學(xué)生在虛擬場景中的行為和體驗(yàn)情況，隨時解答學(xué)生在情境中產(chǎn)生的疑問，及時進(jìn)行引導(dǎo)，避免出現(xiàn)信息量過大以及“資源迷向”現(xiàn)象[13]。并根據(jù)學(xué)生在虛擬場景中的表現(xiàn)及時調(diào)整教學(xué)方案、教學(xué)進(jìn)度，提高教學(xué)效果。

3.6 建立探寶式的游戲環(huán)節(jié)

在完成前期各項(xiàng)后，開展探寶式游戲環(huán)節(jié)，以重要的知識點(diǎn)為基礎(chǔ)，注重歷史學(xué)習(xí)主題之間的系統(tǒng)關(guān)聯(lián)。通過探寶游戲的方式不僅有利于學(xué)生鞏固已學(xué)知識、增強(qiáng)知識點(diǎn)之間的聯(lián)系，同時有利于教師根據(jù)學(xué)生游戲的得分情況進(jìn)行教學(xué)調(diào)整，強(qiáng)化學(xué)生的薄弱知識點(diǎn)，讓VR教學(xué)與現(xiàn)實(shí)的課堂教學(xué)相互配合。提高知識框架的科學(xué)性，促進(jìn)學(xué)生素質(zhì)的全面提高。

3.7 將完成的結(jié)果上傳至云平臺

實(shí)現(xiàn)VR歷史教學(xué)資源的共享，教師在該平臺上選擇所需要的由他人上傳的虛擬場景資源，再根據(jù)自身實(shí)際的課程需要以及不同版本的教科書進(jìn)行修改，使其貼近于實(shí)際教學(xué)。教師可以在平臺上對實(shí)際教學(xué)中觀察到的學(xué)生行為表現(xiàn)、遇到的問題等進(jìn)行探討和研究，共同優(yōu)化VR教學(xué)資源，促進(jìn)VR歷史教育的推廣和普及。

4 結(jié)束語

本文對VR技術(shù)運(yùn)用于中學(xué)歷史學(xué)科教學(xué)的構(gòu)想以及其實(shí)現(xiàn)的可行性和意義進(jìn)行闡述和分析。近年來，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR）、混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)（MR）等交互技術(shù)的不斷發(fā)展，這為改變傳統(tǒng)教育方式提供了更多的可能性，各種交互技術(shù)與教育領(lǐng)域結(jié)合的實(shí)踐也不斷增加，例如，基于桌面的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)[14]等。實(shí)際上，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)從20世紀(jì)80年代開始就已經(jīng)應(yīng)用于教育領(lǐng)域[15]，隨著VR技術(shù)的逐漸完善，加上VR技術(shù)在實(shí)際運(yùn)用中的各種問題的逐漸解決，VR歷史教育落實(shí)和推廣指日可待。

參考文獻(xiàn)（References）：

[1] 人民教育出版社、課程教材研究所、歷史課程教材研究開發(fā)中心.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書歷史1（必修）[M].人民教育出版社，2007.

[2] 胡銀亨等.現(xiàn)代媒體信息技術(shù)[M].電子科技大學(xué)出版社，2015.

[3] BRUDEA G， COIFFET P.Virtual reality technology secondedition[M].New York：John Wiley & Son，2003：3-4

[4] ROSENTHAL M，STATE A，I，EE H，et a1.Augmentedreality guidance for needle biopsies：an initial randomized，controlled trial in phantoms[J].Medical Image Analysis，2002.6（3）：313-320

[5] 陳晶.當(dāng)代革命文化傳播的新方式——以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為例[J].閩南師范大學(xué)學(xué)報（哲學(xué)社會科學(xué)版），2018.4：109-112

[6] 付康，余日季.虛擬現(xiàn)實(shí)文化體驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].軟件導(dǎo)刊，2019.18（8）：96-100

[7] 楊江濤.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展[J].信息通信，2015.1：138

[8] 李建榮，孔素真.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育中的應(yīng)用研究[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2014.17（3）：98-101

[9] 中華人民共和國教育部.普通高中歷史課程標(biāo)準(zhǔn)[M].人民教育出版社，2017.

[10] 戴海斌.“守護(hù)最后的堡壘”——新編《近代中國研究入門》讀后[J].社會科學(xué)研究，2015.3：206-210

[11] 李波.歷史地圖教學(xué)中的現(xiàn)代技術(shù)應(yīng)用[D].華中師范大學(xué)碩士學(xué)位論文，2014.

[12] 單正婷.論歷史地理知識在中學(xué)歷史教學(xué)中的運(yùn)用[D].蘇州大學(xué)碩士專業(yè)學(xué)術(shù)論文，2008.

[13] 黃鑫.基于VR技術(shù)的虛擬教學(xué)應(yīng)用研究[D].華中師范大學(xué)碩士學(xué)位論文，2005.

[14] 劉浩，王大虎，白帆.基于桌面虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的高壓柜教學(xué)系統(tǒng)開發(fā)[J].計(jì)算機(jī)時代，2019.1：13-17

[15] PANTELIDIS V.Reasons to use virtual reality in education and training courses and a model to determine when to use virtual reality[J]. Themes in Science and Technology Education，2009.2：59-70