VR/AR在中小學(xué)的應(yīng)用現(xiàn)狀研究

劉鑫 李耀鋒 金彩云

摘? 要 為了進一步了解VR/AR技術(shù)在中小學(xué)的應(yīng)用現(xiàn)狀，以zSpace為例，深入訪談未使用過zSpace的中小學(xué)教師六名，使用過zSpace的中小學(xué)教師八名。結(jié)果顯示：受訪教師中，科學(xué)和信息技術(shù)課中抽象的課程內(nèi)容大多還是采取講授課的形式，輔助的教學(xué)工具較少;受訪教師都愿意積極嘗試zSpace;設(shè)備自帶的課件與教材融合度較低;使用zSpace上課時，教師身份需要發(fā)生較大轉(zhuǎn)變;部分學(xué)校的支持力度較大，但是整體的氛圍還是有所欠缺。最后針對應(yīng)用現(xiàn)狀中存在的問題提出一些有針對性的完善建議。

關(guān)鍵詞 虛擬現(xiàn)實;增強現(xiàn)實;人工智能;zSpace;中小學(xué);智慧教室

中圖分類號：G434? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）02-0043-03

Research on Application Status of VR/AR in Primary and Secon-dary Schools： Taking zSpace as Example//LIU Xin， LI Yaofeng， JIN Caiyun

Abstract In order to understand the application status of VR/AR?technology in primary and secondary schools， the article uses zSpace?as an example to conduct in-depth interviews with 6 primary and?secondary school teachers who have not used zSpace， and 8 primary?and secondary school teachers who have used zSpace. The results show that most of the abstract curriculum contents in the current science and information technology courses are still in the form of?lectures， and there are fewer auxiliary teaching tools; the interviewedteachers are willing to actively try zSpace. The self-contained course-ware has a low degree of integration of teaching materials; when using zSpace， the teachers identity needs to change a lot; some schools have greater support， but the overall atmosphere is still lacking. Finally， some targeted suggestions for improvement in the application status are proposed.

Key words virtual reality; augmented reality; artificial intelligence; zSpace; primary and secondary schools; smart classroom

1 前言

近年來，無論是在產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域還是在教育領(lǐng)域，虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)（VR/AR技術(shù)）都是當(dāng)之無愧的熱點。目前，產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域投身虛擬現(xiàn)實的創(chuàng)業(yè)團隊呈爆發(fā)式增長。工信部2016年發(fā)布的《虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書》顯示，2015年中國虛擬現(xiàn)實行業(yè)市場規(guī)模為15.4億元，2016年預(yù)計達56.6億元，2020年預(yù)計超過550億元，因此，2016年也被稱為“VR元年”[1]。在教育領(lǐng)域，為了推進教育信息化建設(shè)，國務(wù)院和教育部等相關(guān)部門也制定了一系列的鼓勵政策。其中，2017年1月，《國家教育事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》首次在國家文件中提出虛擬現(xiàn)實及其教育應(yīng)用，并將虛擬現(xiàn)實技術(shù)列為未來教育發(fā)展的增長點[2];2018年，教育信息化和網(wǎng)絡(luò)安全工作要點提出推動大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)在教育教學(xué)中的深入應(yīng)用;2019年2月23日，國務(wù)院頒布《中國教育現(xiàn)代化2035》，將虛擬現(xiàn)實與增強現(xiàn)實技術(shù)作為支撐智能學(xué)習(xí)空間和學(xué)習(xí)體驗中心等學(xué)習(xí)環(huán)境的重要技術(shù)[3]，這些技術(shù)得到快速發(fā)展并正在滲透于教育教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。

2 研究背景

在虛擬仿真環(huán)境中，學(xué)生能做他們在真實世界中無法做到的事，例如：可以觸碰按鈕，從而改變虛擬森林環(huán)境四季的變化，觀察環(huán)境按照生命線移動的各種變化;可以學(xué)習(xí)操作真實環(huán)境中危險而不能觸碰的大型機器。VR/AR技術(shù)為師生創(chuàng)設(shè)了直觀的學(xué)習(xí)環(huán)境，便于學(xué)生理解和應(yīng)用知識，便于教師及時調(diào)整教學(xué)方法，教學(xué)計劃、教學(xué)法都圍繞模擬的環(huán)境進行設(shè)計。虛擬仿真環(huán)境適合教師教授程序性知識，使學(xué)生應(yīng)用所學(xué)到的技能完成包含多個行為序列的學(xué)習(xí)任務(wù)。桌面型VR設(shè)備的優(yōu)點是建模軟件較為成熟，制作較為容易，應(yīng)用得當(dāng)便能取得良好的教學(xué)效果。

zSpace是一款基于VR/AR技術(shù)的桌面式虛擬現(xiàn)實與增強現(xiàn)實設(shè)備，能讓使用者在高度的沉浸感和交互感下，更加有效地進行學(xué)習(xí)。zSpace是一款集硬件與軟件于一體的產(chǎn)品，其硬件包括采用zSpace頭部跟蹤立體顯示技術(shù)的顯示器、含反光點并且能幫助使用者看到立體效果的3D眼鏡、能夠與場景中的對象交互的zSpace觸筆，通過增強現(xiàn)實技術(shù)，能把主操作者的zSpace體驗分享給更多的觀眾，可以投影到任何2D投影機、顯示器或者電視上的zView等。在美國本土已有上萬的學(xué)生正使用zSpace STEAM實驗室課件進行學(xué)習(xí)，全美有超過100多個學(xué)區(qū)在使用zSpace產(chǎn)品。在國內(nèi)，2016年3月，zSpace正式與上海市高安路第一小學(xué)建立合作關(guān)系，成立了zSpaceCOE（卓越中心）;2016年3月29日，北京匯文中學(xué)舉行zSpaceCOE（卓越中心）、3D虛擬現(xiàn)實探究實驗室落成儀式[4]。目前，國內(nèi)也有其他學(xué)校引進了zSpace，為了了解以zSpace為代表的VR/AR技術(shù)在中小學(xué)的應(yīng)用現(xiàn)狀，進行了有針對性的訪談?wù){(diào)查。

3 研究過程

研究方法? 為了獲得真實的原始資料，整體把握基于VR/AR技術(shù)的設(shè)備在中小學(xué)的應(yīng)用現(xiàn)狀，此次研究采用了訪談法。訪談就是研究性交談，是以口頭形式，根據(jù)被問詢者的答復(fù)搜集客觀的、不帶偏見的事實材料，以準確地說明樣本所要代表的總體的一種方式[5]，尤其是在研究比較復(fù)雜的問題時需要向不同類型的人了解不同類型的材料。

研究工具? 研究主要采用的是訪談法，因此有針對性地設(shè)計了訪談提綱來進行調(diào)查，訪談提綱的主要框架如圖1所示。

整個訪談提綱的設(shè)計主要分為兩個方面，分別針對未使用過zSpace的教師和使用過zSpace的教師。對于沒有使用過zSpace的教師，主要是從授課現(xiàn)狀和使用意愿兩個方面進行深入了解，比如目前相關(guān)課程的主要內(nèi)容、教師的授課形式以及對zSpace有了一個初步了解后在未來課堂上的使用意愿等。對于使用過zSpace的教師，則是從設(shè)備與課件、教師和外部環(huán)境三個方面進行深入了解，比如教師使用zSpace的體驗感，zSpace上自帶的軟件和課件與學(xué)校使用教材的匹配度，在使用zSpace進行授課時需要做出的轉(zhuǎn)變，學(xué)校以及整個外部大環(huán)境的支持程度。

研究對象? 研究分別選取六名未使用過zSpace的教師和八名使用過zSpace的教師進行半結(jié)構(gòu)式訪談，其中對位于研究者所在地區(qū)的訪談對象進行了面對面的訪談，對于其他地區(qū)的訪談對象則是采取在線訪談。訪談對象的基本情況分別如表1、表2所示。

此次選取的未使用過zSpace的教師，在其教授學(xué)科選擇上也是有側(cè)重地選擇了科學(xué)和信息技術(shù)這樣操作性強、學(xué)科知識抽象廣泛的學(xué)科。在這樣的學(xué)科背景下，教師能夠有機會更好地將課堂與VR/AR這樣的新技術(shù)相結(jié)合，希望通過訪談了解中小學(xué)信息技術(shù)和科學(xué)學(xué)科的授課現(xiàn)狀。

由于目前zSpace在中小學(xué)的使用并不廣泛，使用過zSpace的教師也還比較少，因此，此次參與訪談?wù){(diào)查的教師分布地區(qū)比較廣，并且可以看出zSpace的應(yīng)用也不僅僅局限于信息技術(shù)和科學(xué)學(xué)科，在其他很多學(xué)科也有教師在嘗試應(yīng)用。

4 現(xiàn)狀分析

通過對一線教師的訪談?wù){(diào)查后，從以下兩個方面對VR/AR在中小學(xué)的應(yīng)用現(xiàn)狀進行分析。

對未使用過zSpace的教師的訪談內(nèi)容分析? 通過對六名訪談對象進行調(diào)查后，可以看出目前中小學(xué)科學(xué)和信息技術(shù)課程內(nèi)容隨著時間的推移有過多次較大變化，比如信息技術(shù)課在小學(xué)階段增設(shè)了關(guān)于Scratch和機器人的相關(guān)課程，而科學(xué)課程則是內(nèi)容廣泛，不僅包括像星球、宇宙這樣的宏觀知識，還涵蓋了骨骼、細胞這些微觀的知識。在此基礎(chǔ)上，進一步對受訪教師進行詢問，了解到目前教師對于這些新的、有些抽象的課程內(nèi)容大多還是采取講授課的形式，輔助的教學(xué)工具大多還是PPT結(jié)合視頻，因此，最終取得的效果可能并不是那么理想。

在對zSpace有了一定的了解之后，受訪教師都表示對這款設(shè)備很感興趣，希望能夠在以后的課堂教學(xué)中將一些抽象、難理解的內(nèi)容與zSpace相結(jié)合。

對使用過zSpace的教師的訪談內(nèi)容分析? 通過對八名訪談對象進行調(diào)查后，可以看出目前各個地方都有教師在使用zSpace進行授課，無論是常規(guī)課還是社團課，都在積極進行嘗試應(yīng)用。

1）關(guān)于zSpace的課件設(shè)計。由于zSpace是從美國引進的，其在美國已經(jīng)有了一個相對較為成熟的應(yīng)用，因此也有了一套相對完整的適合于美國教育現(xiàn)狀的課件資源。但是在國內(nèi)近兩年引進zSpace的同時，美國方面進行了知識產(chǎn)權(quán)的保護，并沒有分享整套的課件，所以現(xiàn)階段zSpace設(shè)備上的自帶課件都是比較基本的內(nèi)容呈現(xiàn)，并沒有與國內(nèi)中小學(xué)教材實際相結(jié)合。

通過訪談，目前多數(shù)教師直接使用zSpace自帶課件進行授課，但是使用的教師都表示自帶課件與教材結(jié)合度很低，因此基本用于社團課。只有少數(shù)教師表示對zSpace的自帶課件進行了修改，部分教師還表示學(xué)校的相關(guān)學(xué)科團隊會集體進行備課，完成課件的二次設(shè)計，以取得更好的教學(xué)效果。

2）教師身份的變化。在與zSpace相結(jié)合的課堂中，教師表示留給自己講課的時間減少了，留給學(xué)生操作思考的時間變多了。受訪教師基本上都表示，在上課前需要花費更多的時間和精力去設(shè)計課件，但是在課堂中處在一個輔助者和引導(dǎo)者的位置，最后通過學(xué)生的反饋來看，取得的效果是不錯的。

VR/AR技術(shù)在課堂中的應(yīng)用讓原來教材中比較抽象的內(nèi)容能夠直觀地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，教師不再像以前那樣基于PPT去講授這些知識，使得學(xué)生的學(xué)習(xí)過程不再空洞和乏味。

3）外部環(huán)境的支持情況。通過對受訪教師的詢問調(diào)查，可以得知受訪對象所在學(xué)校在新技術(shù)產(chǎn)品支持方面的力度是比較大的。比如：來自南昌的林老師表示，整個南昌市只有三所學(xué)校引進了zSpace設(shè)備，其所在學(xué)校就是其中之一，校領(lǐng)導(dǎo)對于這方面還是大力支持的;來自山東的李老師也表示學(xué)校引進了較多數(shù)量的zSpace用于常規(guī)課授課，涉及科目不僅包括信息技術(shù)、科學(xué)，也包括生物、物理和地理等眾多課程，都取得很好的教學(xué)效果。

除了來自學(xué)校的大力支持外，很多受訪教師也表示，國家各部門對互聯(lián)網(wǎng)以及人工智能在各個領(lǐng)域的全面推進和資源投入，也是很重要的一個外部助力，比如國務(wù)院和教育部在近幾年相繼頒布的《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020年）》《中國教育現(xiàn)代化2035》等文件都提出要重視人工智能、VR/AR技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用。

5 應(yīng)用建議

增強zSpace中課件與教材的融合度? 目前看來，zSpace在引進時由于受到美國方面知識產(chǎn)權(quán)的限制，以及美國中小學(xué)教授內(nèi)容與國內(nèi)的差別的影響，其自帶課件與國內(nèi)中小學(xué)各科教材的結(jié)合度是較低的。為了能夠更加有效地提高課堂教學(xué)效率和課后教學(xué)質(zhì)量，有必要增強zSpace中自帶課件與教材的融合度。一方面，對于設(shè)備引進方，有必要投入更多的時間與精力去對zSpace的軟件進行開發(fā)設(shè)計，引進更多計算機領(lǐng)域和教育領(lǐng)域的人才，合力對zSpace的軟件及課件進行二次完善，進而增強zSpace中軟件的可操作性和課件與教材的深度融合;另一方面，教師可以自主對課件進行修改設(shè)計，因為教師是最熟悉教材的，也知道在整個教學(xué)過程中，哪些知識是重點，可以更加有針對性地去對課件進行整改，進而達到更好的使用效果。

開展教師培訓(xùn)以提升教師技能? 在人工智能迅猛發(fā)展的背景下，基于人工智能技術(shù)的很多產(chǎn)品被引進大中小學(xué)的課堂，比如虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)、大數(shù)據(jù)的使用以及智慧教室的推廣，科技發(fā)展的腳步已經(jīng)邁進教育領(lǐng)域。因此，作為一名新時代的教師，應(yīng)該接受新的教育理念，感受和使用新的教育技術(shù)。為了能夠更好地利用VR/AR技術(shù)，更好地將zSpace與課堂相結(jié)合，有必要針對性地開展相應(yīng)的培訓(xùn)和講座，以便提升教師的相應(yīng)技能水平。

營造zSpace的使用氛圍? 要想zSpace能夠有更好的應(yīng)用，必然少不了整個大環(huán)境的支持。一方面，除了需要教師的努力外，也少不了學(xué)校和相關(guān)部門的支持，正如前面所提到的，上級部門給予相關(guān)政策上的支持，把新的技術(shù)應(yīng)用規(guī)劃到教育領(lǐng)域未來的發(fā)展中，這是一個非常大的助力;另一方面，各級各單位可以多開展相關(guān)的活動和比賽，讓各級教師在相互交流中成長，進一步營造zSpace的使用氛圍。

6 結(jié)語

智能化時代已經(jīng)到來，要抓住機遇，不斷摸索虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用模式。以zSpace為代表的基于VR/AR技術(shù)的桌面式設(shè)備能夠讓原本教材里比較抽象和難以呈現(xiàn)的內(nèi)容直觀地展示給學(xué)生，幫助教師更好地完成教學(xué)，亦能幫助學(xué)生更好地掌握所學(xué)內(nèi)容。相信隨著VR/AR技術(shù)的不斷完善以及各界人士的共同努力，目前所面臨的問題會迎刃而解，實現(xiàn)VR/AR技術(shù)的更高效運用。

參考文獻

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[2]國家教育事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃[EB/OL].[2017-01-19].http：//www.gov.cn/zhengce/content/2017-01/19/content_5161341.htm.

[3]中共中央、國務(wù)院印發(fā)《中國教育現(xiàn)代化2035》[EB/OL].[2019-02-23].http：//www.gov.cn/xinwen/2019-02/23/content_5367987.htm.

[4]zSpace中國[EB/OL].http：//zspace.asia/.

[5]裴娣娜.教育研究方法導(dǎo)論[M].合肥：安徽教育出版社，1995：180.