應用全息交互技術創新實驗教學

于占江

摘要實驗是科學教學中必不可少的環節，而當實驗條件達不到或微觀情景難以呈現時，就需要借助現代信息技術手段輔助教學。以“沉浸式教育”為特征的全息交互技術的出現，可以很好地解決科學實驗教學中的一系列問題。文章正是探討了全息交互技術在實驗教學中的應用。

關鍵詞 實驗 沉浸式教育 全息交互技術

中圖分類號：G424文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.30.041

Innovating Experimental Teaching by Using Holographic Interactive Technology

YU Zhanjiang

（Tsbrina Electronics Co.， Ltd， Beijing 100041）

Abstract： Experiment is an essential link in science teaching. When the experimental conditions are not met or the micro scene is difficult to present， it is necessary to assist teaching with the help of modern informa？ tion technology. The emergence of holographic interactive technology characterized by "immersion education" can well solve a series of problems in scientific experiment teaching. This paper discusses the application of holo？ graphic interaction technology in experimental teaching.

Keywords： experiment； immersion education； holographic interaction technology

《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020年）》明確指出：提高教師應用信息技術水平，更新教學觀念，改進教學方法，提高教學效果，鼓勵學生利用信息手段主動學習、自主學習，增強運用信息技術分析解決問題的能力，加快全民信息技術普及和應用。

教育部辦公廳關于《2017—2020年開展示范性虛擬仿真實驗教學項目建設的通知》中指出：緊緊圍繞立德樹人根本任務，適應經濟社會快速發展對人才培養的新要求、信息化時代教育教學的新規律，以提高學生實踐能力和創新精神為核心，以現代信息技術為依托，以完整的實驗教學項目為基礎，建設示范性虛擬仿真實驗教學項目，推動學校積極探索線上線下教學相結合的個性化、智能化、泛在化實驗教學新模式，支撐教育教學質量全面提高。

21世紀是全球信息數字化、學習網絡化的時代，以互聯網為核心的現代信息技術發展日新月異，教育信息化特征也日益凸顯。隨著科技的發展，從原始的板圖板畫，到Flash動畫、視頻，教師在不斷地探索前行。教育信息化未來的發展方向將從學習環境的改善或學習工具的改進，轉變到更高層次的學習體驗的提升，“沉浸式教育”正逐漸成為新標桿。

實驗是科學教學中必不可少的環節，而當實驗條件達不到或微觀情景難以呈現時，就需要借助現代信息技術手段輔助教學。以“沉浸式教育”為特征的全息交互技術的出現，可以很好地解決科學實驗教學中的一系列問題。

利用全息交互技術教學的優勢

全息交互技術應用于教學，對于教育來說是一次意義重大的飛躍。不同于通過教學來帶動學習的傳統學習方式，全息交互與教育的結合，是為了給學生提供自主學習的機會與資源，使學習和教育不再受限于時空的限制，讓教育更為“平易近人”，讓學習更為方便。

科學教學的特點之一是有一定的抽象性，很多知識點的情境建構的要求比較高，由于時間、場地以及安全性等條件的限制，學生不能切身感受實驗情境，預期的教學效果很難達到。全息交互技術利用計算機生成一種模擬環境，將多源信息進行融合，實現交互式的三維動態視景和實體行為，在仿真環境中，學生能夠沉浸其中。利用全息交互技術能夠彌補教學過程的不足，既能激發學生的學習興趣和改善學習質量，又能促進他們的學習積極性和主動性。

在教學中，全息交互技術的知識具象化可以幫助學生建立動態圖景，幫助他們理解科學原理和分析實驗過程。通過實物和全息交互信息技術結合，讓學生能夠直接感知在實際生活中無法觀察到的自然現象或事物的變化過程，獲得生動逼真的各種感性材料，同時學生還可以利用全息交互技術走進微觀世界，領略微觀世界與宏觀世界的差異，加深學生對抽象概念及規律的理解，有助于他們解決學習中的知識難點。全息交互技術在教學中的運用，使微觀世界宏觀化、平面世界立體化、抽象世界具體化，解決和突破了傳統教學中的難點和瓶頸。

全息交互技術在實驗教學中的應用

隨著信息技術的發展和教育理念及教學思維的轉變，全息交互技術在教育改革等方面產生了重大而深遠影響。應用全息交互技術使教育更加直觀化、信息化，是一種未來教育發展趨勢，全息交互技術應用于科學教學中，為科學教育提供一種新的發展思路。因為全息交互技術在科學教學中具有不可比擬的優勢，能夠對科學教學活動起到非常直接的促進作用。全息交互教學融合小學科學教學、為學生營造體驗、自主探究、主動合作的學習空間，注重學思結合，知行統一，突出以學生為主體的問題式、啟發式、探究式、參與式、互動式、合作式等學習方式的滲透，因材施教，優化、豐富教與學的方式，實現“知識結構化”“學習動機明確化”“解決復雜問題能力化”，努力適應和滿足學生多樣化、個性化的需求，進而實現學生的深度學習，提高學生的核心素養。建構主義、情境認知、體驗學習等先進的教育思想理念，構建以深度融合智能技術為特點的教學學習輔助體系。

1.實體化課本知識，讓學生更加直觀地感受到知識的存在

傳統科學課程教師在課堂上解釋科學知識和技能。學生只需要聽和記住教材中的知識點，并且教學活動中知識的展現主要是通過黑板板書、PPT等形式進行，這些方式只是單純地將課本中的文字換了一種表現形式，并沒有對其實現升級。應用全息交互技術，就可以把刻板的理論描述和課本教學通過計算機的數字化處理，用動手實驗的方式展現出來，讓平常看不見、摸不著的東西變得直觀、易懂。

2.促進思維發展，有效提升學生的綜合素質

學生是學習的主體，是國家未來的建設者和接班人，其科學素養的水平決定了未來社會及公民的科學素養水平。全息交互協技術融入課堂教學可以為學生提供立體感較強的逼真影像，將用語言難以描述的實物栩栩如生地展現在學生面前，給予他們大量直觀的感知，有利于他們突破學習的重難點，更加高效地在頭腦中建構科學概念，促進有意義學習的發生。同時，給學生提供人機互動體驗的機會，幫助學生在做中學，大幅提高學生的信息素養。此外，新技術的融入，立體圖像的呈現，打破傳統教學中的死記硬背模式，將學習的主動權交還給學生，有利于提高學生的學習興趣，激發學生科學探究的欲望，更好地讓學生愛上科學。因此，全息交互技術融入教學，可以給學生一個自由創造的空間，培養他們的創新能力和動手能力，激發其想象力，使他們在科學知識、科學能力及科學態度上都能獲得發展，整體提升他們的科學素養。

3.節省材料準備時間，提高教學效率

理想的科學探究過程需要準備大量的探究材料讓學生動手動腦完成，但在實際教學中，由于學生人數多，實驗操作不容易控制，個別探究過程花費太長時間等原因，40分鐘的課堂時間往往無法完成探究任務，科學課經常出現拖堂或者直接取消學生動手環節的情形。但是，依托全息交互技術的科學知識內容是交互式的、可操作的和具有經驗性的，如增強現實體感操作、觸摸屏操作等。通過全息交互技術，師生可以節約材料準備時間和不必要的等待時間，將更多的精力用在教學中。

4.轉變教師角色，提供發展平臺

受教育者、教育者和教育中介共同組成了教育活動，教育活動的發生，教育者占據著重要的一環。隨著教育中介由傳統的粉筆、黑板等向新興技術——全息交互技術的轉變，教育者的角色不再是簡單的科學知識傳授者，教師也不再僅僅把知識的傳授作為主要任務和目的，而被賦予更多角色，由教學生“學”轉向如何有效運用科技信息設備幫助學生“學會學習”，全息交互協技術的信息化教學設備在課堂中的應用，給教師的創新思維和創造能力的發展提供了嶄新的平臺。

5.融合小學科學教學，實現教學新突破

中共中央、國務院印發的《中國教育現代化2035》，要求加快信息化時代教育變革，利用現代技術加快推動人才培養模式，將新技術引入教育教學領域，為新時代教育現代化的進一步發展奠定基礎。全息交互技術融入教育領域，是信息技術與教育的全新嘗試，全息交互協技術的可交互裸眼3D影像優勢，會給人才培養的方法帶來新的突破，勢必會在科學教學方法乃至新教育理念等方面變得更加多元化，給科學教育帶來全新的教學環境，讓科學教育更加形象化、情境化、多元化和智能化，從而能夠更好地提升學生的科學素養，為未來社會輸送符合時代要求的人才，同時也為信息技術融入教育領域提供新的模式與方向。