利用虛擬現實技術優化高中通用技術教學

周文龍

摘要：虛擬現實技術具有沉浸性、交互性、想象性三大特點，能夠顛覆傳統課堂抽象而單一的教學模式，營造直觀而生動的教學環境。本文以《簡單結構的設計》教學為例，針對虛擬現實技術在高中通用技術教學中的應用策略展開論述，力求充分發揮虛擬現實技術的優勢，促進高中通用技術教學的創新與發展。

關鍵詞：虛擬現實技術? 高中通用技術? 優化策略

高中通用技術是一門兼具實踐性、創造性與綜合性的學科，筆者嘗試在通用技術教學中引入虛擬現實技術，力求在虛擬現實技術的輔助下，拓寬教學途徑，創新教學形式，開辟通用技術教學的新路徑。

一、發揮虛擬現實技術的沉浸性優勢，在“實物展示”中培養學生的觀察力

觀察，是探究與實踐的前提和基礎。在傳統高中通用技術課堂上，教師只能通過實物、圖片或視頻來培養學生的觀察能力。然而，在實際教學中，很多物體的實物并不能真正在課堂上進行呈現，而學生在觀察圖片或視頻里的物體的時候，又往往并不能真正從宏觀與微觀的多重視角進行全面而深入的觀察。可見，在傳統課堂上，要培養學生的觀察能力并非易事。為了解決這一問題，教師可以充分發揮虛擬現實技術沉浸性的優勢，利用三維立體圖像，使學生仿佛置身于真實的物體面前，可以根據自己的興趣愛好和學習需求，從外到內、從上到下、從前到后地隨意觀察物品，從而通過細致的觀察，發現物體構造中蘊藏的規律與特點，為學生的探究與實踐做好準備、奠定基礎。

例如，在學習《簡單結構的設計》這一課的時候，教師希望以橋梁的結構分析為切入點，使學生理解結構的概念，掌握結構設計的方法以及結構與力之間的相互作用關系。眾所周知，“發現和明確問題”是設計的初始環節。那么，如何讓學生發現和明確橋梁結構設計中的問題呢？當然是通過進行大量的關于橋梁結構的觀察與分析。此時，教師就可以利用三維立體圖像，為學生營造身臨其境的學習環境，使學生進行細致而全面的橋梁觀察。具體教學環節如下。首先，認識不同種類的橋梁。橋梁的受力情況不同，結構設計也必然不同。教師可以利用虛擬現實技術，向學生展示梁式橋、拱橋、懸索橋等不同受力情況下的橋梁外觀、工程概況及技術數據等信息，讓學生通過自己的觀察，對于結構與力之間的關系產生感性認識。其次，認識橋梁的不同結構。教師可以利用虛擬成像，在向學生展示橋梁整體外觀的同時，對于橋梁的不同結構進行“拆分”展示，使學生了解橋梁的橋跨結構、橋墩、橋臺、支座等基礎結構的作用及相互間的力的支撐關系，從而使學生通過自己的觀察，對于結構與力之間的關系產生理性認識。通過虛擬現實技術的巧妙應用，使學生的觀察能力和分析能力得到全面培養與鍛煉。

二、發揮虛擬現實技術的交互性優勢，在“實操演練”中培養學生的行動力

《普通高中通用技術課程標準》中強調：“技術課程立足于學生的直接經驗和親身經歷……以學生的親手操作、親歷情景、親身體驗為基礎。”可見，為學生構建“教學做合一”的教學模式，培養學生的動手實踐能力，是高中通用技術教學的基本要求。然而，在實際教學中，由于受到時間、場地、資源、安全等各方面因素的限制，有些活動并不適合學生進行實際操作。此時，就要求教師發揮虛擬現實技術的交互性優勢，使學生能夠利用傳感器來“操控”和“改造”虛擬情境中的物品，在“人”與“物”之間的交互過程中，為學生的“實操演練”提供機會與平臺，從而促進學生在高中通用技術學習中獲得實踐能力的發展。

例如，《簡單結構的設計》這一課的教學重點和難點是讓學生掌握結構設計的方法，并利用所學的方法繪制橋梁結構的草圖、制作橋梁結構的模型。在繪制草圖和制作模型的時候，教師當然可以要求學生進行實物操作，使學生在動手實踐中進一步掌握結構設計的方法，并理解結構與力之間的關系。然而，在教學中教師往往會發現，很多學生急于求成，草草設計了草圖之后就進行模型制作，最后制作出來的模型在穩定性、耐久性與美觀性等方面都不盡如人意，整個教學過程并沒有真正達到幫助學生鞏固學習成果、鍛煉實操能力的目的。可見，這種片面強調“動手能力”的實操教學并不一定能夠取得良好的教學效果。針對這種情況，教師可以發揮虛擬現實技術的交互性優勢，使學生利用軌道動畫技術，在虛擬環境中對橋梁結構的布局進行調整，對橋梁結構的數據進行修改，甚至可以對橋梁的各個構造進行反復“拆卸”與“裝配”、“拉伸”與“縮減”。在這一過程中，學生通過虛擬的“實操演練”，切身感受到了結構設計在現實生活中的意義，并且真正體會到了結構與力之間密不可分的關聯。如此一來，學生在虛擬現實技術的幫助下，在“實踐”中鞏固了理論知識，然后再以理論知識指導實踐，從而真正提升了自身的實操能力。

三、發揮虛擬現實技術的想象性優勢，在“頭腦風暴”中培養學生創造力

《普通高中通用技術課程標準》中強調：“技術的本質在于創造，技術課程是一門以創造為核心的課程。”因此，高中通用技術課程不應該止步于讓學生學會教師所教的知識、掌握教師所教的技能，而是應該讓學生在課堂所學知識和技能的基礎上展開科學想象，培養學生的創新意識和創造能力。那么，如何拓展學生的思維空間，擴大學生的學習視野呢？教師可以發揮虛擬現實技術的想象性優勢，為學生構建“超現實”的科學情境，使學生在虛擬環境中對于所學內容產生新的感悟，萌生新的聯想，從而促進學生創造力的發展。

例如，在學習《簡單結構的設計》這一課的時候，學生通過觀察與實踐，基本上掌握了結構設計的方法以及結構與力的關系。在此基礎上，教師可以發揮虛擬現實技術的想象性優勢，為學生引入“超現實”案例，使學生對于“結構”和“結構與力”的問題展開更深層次的思考。具體教學設計如下。首先，案例“重現”。在結構設計過程中，設計者需要考慮的注意事項有很多，學生單純依靠課本知識的學習很難真正體會到這些注意事項的重要性。此時，教師可以利用虛擬現實技術，為學生“重現”著名的“二十世紀失敗設計之橋梁設計”的案例，使學生在三維影像技術的輔助下，“親歷”設計師特奧多羅·庫帕將橋梁長度由500米增長為600米之后整個橋梁由變形到坍塌的過程，并目睹上萬噸鋼材和數百名工人沉入水中，蹤影難尋的慘烈場景。如此一來，教師可以利用學生的“親身經歷”教育學生，讓他們認識到結構設計的重要性;其次，案例“修改”。在目睹特奧多羅·庫帕的失敗案例之后，教師可以鼓勵學生根據自己的觀察結果，并結合本課所學知識及自身實踐經驗，對于整個橋梁的結構設計方案進行分析與推演，從而得出切實可行的修改方案，使橋梁長度保持600米不變的同時，確保穩固和安全。最后，案例“聯想”。學生經歷了案例“重現”和案例“修改”兩個教學環節之后，必然在結構設計方面產生了很多新的思考與設想。教師發揮虛擬現實技術的想象性優勢，能夠引發學生的“頭腦風暴”，使學生的科學想象力與創造力得到培養。

綜上所述，在新時期的高中通用技術教學中，教師應該充分發揮虛擬現實技術的優勢，推進通用技術教學改革，促進通用技術教學創新，幫助學生實現在通用技術學習中綜合素質的全面發展。

參考文獻：

王晶瑩.周明.基于虛擬現實學習平臺之通用技術課程的教學效果研究：高中生技術技能的實證調查[J].電化教育研究，2015（11）.