基于VR 技術(shù)的基礎(chǔ)教育資源平臺(tái)建設(shè)研究*

(河北金融學(xué)院,河北保定 071000)

0 引言

在中小學(xué)生的科學(xué)教育中,施教者經(jīng)常需要為學(xué)生提供相應(yīng)的事物、場(chǎng)景,以供學(xué)生觀察或體驗(yàn)。在一般傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)程中,提供場(chǎng)景的方式通常由老師語(yǔ)言描述,或是提供較為有限的實(shí)物、圖片或是觀看視頻,教學(xué)效果很難達(dá)到理想效果。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一種新興的信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合,通過(guò)精準(zhǔn)構(gòu)建仿真場(chǎng)景,甚至是虛擬教師,輔助中小學(xué)生解決在學(xué)習(xí)中遇到的實(shí)際難題。早在2008年教育部就將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)列入2018年度教學(xué)信息化重點(diǎn)工作任務(wù):推動(dòng)信息化2.0,明確要求全國(guó)高校、中小學(xué)、職教等深入推進(jìn)信息技術(shù)與高等教育教學(xué)深度融合,推動(dòng)大數(shù)據(jù),虛擬現(xiàn)實(shí),人工智能等新技術(shù)在教育教學(xué)中的深入應(yīng)用,并落實(shí)責(zé)任到教育部各職能部門。2019年3月教育部辦公廳在《2019年教育信息化和網(wǎng)絡(luò)安全工作要點(diǎn)》一文中提出:“要培養(yǎng)提升教師和學(xué)生的信息素養(yǎng),推動(dòng)大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能等新技術(shù)在教育教學(xué)中的深入應(yīng)用。”由此可見,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與教育教學(xué)的融合勢(shì)在必行。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)與混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)通過(guò)各種途徑被越來(lái)越多的應(yīng)用于中小學(xué)教育,凸顯出其在教育領(lǐng)域的重要價(jià)值。教育信息化是教育系統(tǒng)性變革的內(nèi)源性動(dòng)力,是教育現(xiàn)代化的核心驅(qū)動(dòng)力,加快教育現(xiàn)代化,需要教育信息化的質(zhì)變發(fā)展[1]。近年來(lái),隨著AR 與MR 技術(shù)的廣泛應(yīng)用,通過(guò)各種途徑滲透并應(yīng)用于中小學(xué)教育,顯示出了其在教育領(lǐng)域的重要價(jià)值。因此該資源分享平臺(tái)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的結(jié)合,打造立體的施教場(chǎng)景,以生動(dòng)形象的方式來(lái)展現(xiàn)整個(gè)教學(xué)過(guò)程,增強(qiáng)了教學(xué)的沉浸感,拓展了學(xué)生的想象和思維空間,學(xué)生學(xué)習(xí)效果顯著提升。

1 發(fā)展現(xiàn)狀

近年來(lái)隨著互聯(lián)網(wǎng)科技的飛速發(fā)展,許多平臺(tái)已經(jīng)運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)科技的發(fā)展帶來(lái)的紅利,并逐步轉(zhuǎn)化到教育領(lǐng)域,構(gòu)建出了教育教學(xué)的新模式、新理念。2020年初國(guó)內(nèi)疫情突發(fā),大中小學(xué)立即將線下教學(xué)轉(zhuǎn)到線上,進(jìn)行網(wǎng)課課程學(xué)習(xí),并且取得了矚目的效果。信息技術(shù)在教育領(lǐng)域的作用更為顯著。另外,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育教學(xué)中的應(yīng)用也將越來(lái)越成熟,越來(lái)越普遍。目前由于各種因素導(dǎo)致我國(guó)教育資源的分配并不均衡,一些偏遠(yuǎn)地區(qū)的教學(xué)資源、教學(xué)設(shè)備甚至是教學(xué)理念都處于比較落后的狀態(tài)。應(yīng)對(duì)各類教育資源不均衡的問(wèn)題,應(yīng)著力互聯(lián)網(wǎng)資源,為學(xué)習(xí)者打造高效的教學(xué)環(huán)境,讓偏遠(yuǎn)地區(qū)的學(xué)生都能夠享受到與時(shí)俱進(jìn)的教學(xué)內(nèi)容[2]。平衡這種資源共享的不平衡性十分重要。因此該平臺(tái)結(jié)合教育資源共享和虛擬技術(shù)應(yīng)用的思想。

目前,已有眾多教學(xué)型APP已經(jīng)成功上線。就學(xué)而思網(wǎng)校來(lái)說(shuō),其擁有較為完善的課程體系,教學(xué)資源涵蓋量廣泛,實(shí)行本地化教研,適合多地區(qū)學(xué)生。同時(shí)也采用了AI 技術(shù)識(shí)別學(xué)生聽課狀態(tài)和回答問(wèn)題的正確率。學(xué)而思網(wǎng)校是類似輔助教學(xué)平臺(tái)中質(zhì)量較為優(yōu)秀的平臺(tái)。具備3D動(dòng)畫課件等,但是其并沒有一套較為完善的虛擬教學(xué)資源。就疫情期間線上教學(xué)的一段時(shí)間內(nèi)學(xué)而思網(wǎng)校平臺(tái)用戶日活躍量分析來(lái)看,在疫情期間學(xué)習(xí)者對(duì)于此類輔助教學(xué)APP的使用量和點(diǎn)擊量較平時(shí)來(lái)說(shuō)有著成倍的增長(zhǎng),這說(shuō)明目前在學(xué)習(xí)者看來(lái)此類互聯(lián)網(wǎng)教育平臺(tái)只是作為輔助教學(xué)平臺(tái),誠(chéng)然傳統(tǒng)教學(xué)及課堂教學(xué)就是被學(xué)習(xí)者最為接受的教學(xué)方式,因此無(wú)論是發(fā)展互聯(lián)網(wǎng)教育還是虛擬現(xiàn)實(shí)教育,都不能完全的擺脫傳統(tǒng)教育方式。

2 平臺(tái)特征

2.1 AR技術(shù)與MR技術(shù)相結(jié)合

混合現(xiàn)實(shí)(MR)集成了虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)的最佳特征將現(xiàn)實(shí)世界與虛擬世界進(jìn)行無(wú)縫融合產(chǎn)生新的環(huán)境,實(shí)現(xiàn)物理(現(xiàn)實(shí))對(duì)象和數(shù)字(虛擬)對(duì)象共存并實(shí)時(shí)自然交互。未來(lái)混合現(xiàn)實(shí)將與遠(yuǎn)程教育、STEAM 教育、游戲化學(xué)習(xí)、真實(shí)學(xué)習(xí)以及協(xié)作學(xué)習(xí)等結(jié)合,為改善學(xué)習(xí)方式,提升教學(xué)質(zhì)量,促進(jìn)教育公平提供技術(shù)加持[3]。該平臺(tái)通過(guò)將VR、AR 與線上教學(xué)相聯(lián)系,從而達(dá)到線上教學(xué)的最大真實(shí)化,增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)加入課程學(xué)習(xí)中,使得教學(xué)更富趣味性,充分調(diào)動(dòng)了學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的積極性,通過(guò)交互式教學(xué),提高學(xué)生的參與度,從而提高學(xué)習(xí)效率,為學(xué)習(xí)者提供了獨(dú)特的學(xué)習(xí)環(huán)境和大量的學(xué)習(xí)資源。此外,通過(guò)混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)使得平面世界立體化,抽象世界具體化,解決了傳統(tǒng)教學(xué)中學(xué)生注意力缺失、被動(dòng)接受、語(yǔ)言學(xué)習(xí)后無(wú)法運(yùn)用的教學(xué)閉環(huán)問(wèn)題,在提高學(xué)習(xí)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效率的同時(shí),豐富學(xué)習(xí)者的創(chuàng)新力和想象力。

2.2 功能多樣化

平臺(tái)具有虛擬教學(xué)、虛擬課下活動(dòng)、智能推送、用戶留言等功能,同時(shí)為了保持平臺(tái)的可持續(xù)建設(shè)與發(fā)展,會(huì)將平臺(tái)的功能結(jié)合用戶的主觀評(píng)價(jià)對(duì)本產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)整,升級(jí)等,將教育的互動(dòng)性,個(gè)性化學(xué)習(xí)與平臺(tái)相結(jié)合,平臺(tái)通過(guò)使用優(yōu)質(zhì)的共享資源以及共享形式實(shí)現(xiàn)資源共享力度的最大化。例如平臺(tái)采用的Scorm軟件資源,其成品可廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域。它具有IOS應(yīng)用功能,可發(fā)布課程用于在iPad瀏覽。還可以發(fā)布HTM5格式,這是最新一代的多媒體互動(dòng)技術(shù)格式。該課件有三個(gè)部分組成:課程導(dǎo)入、內(nèi)容和測(cè)試三個(gè)部分可以輕松地實(shí)現(xiàn)教學(xué)互動(dòng)。例如對(duì)二十四節(jié)氣的學(xué)習(xí),除了視頻的講解,我們還具備節(jié)氣詩(shī)詞、節(jié)氣動(dòng)畫、節(jié)氣識(shí)字三部分學(xué)習(xí)資源,并將這三部分內(nèi)容融入APK 文件中,學(xué)習(xí)者可以通過(guò)掃描對(duì)應(yīng)的節(jié)氣圖片,在移動(dòng)端觀看圖片及視頻。在觀看完每個(gè)視頻后,還設(shè)置了相應(yīng)的答題關(guān)卡,答題正確會(huì)進(jìn)入下一個(gè)模塊,答題關(guān)卡的設(shè)置,可以幫助學(xué)習(xí)者更好的了解二十四節(jié)氣。

2.3 泛在學(xué)習(xí)應(yīng)用模式

(1)虛擬課下活動(dòng),學(xué)習(xí)者在進(jìn)行課程學(xué)習(xí)之后,可以自行根據(jù)興趣自主選擇動(dòng)畫視頻或VR 教學(xué)游戲進(jìn)行放松,也可以自主選擇自己喜歡的活動(dòng)相關(guān)視頻資料通過(guò)相關(guān)視頻進(jìn)行學(xué)習(xí)或者動(dòng)手操作,在放松的同時(shí)也可以增強(qiáng)認(rèn)知。(2)智能答題模塊,在觀看完每個(gè)視頻后,會(huì)設(shè)置答題關(guān)卡,答題正確會(huì)進(jìn)入下一個(gè)模塊,如若答題錯(cuò)誤,則需重新觀看視頻。(3)智能推送,平臺(tái)可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)速度、效率、回答問(wèn)題的正確率以及學(xué)習(xí)興趣來(lái)推送相應(yīng)的選課信息,學(xué)生可以以此為參考。(4)軟件實(shí)行積分制度,采用用戶積分制,用戶可以通過(guò)獲得的積分可以兌換相應(yīng)的獎(jiǎng)勵(lì),獎(jiǎng)品包括部分付費(fèi)的名師講解視頻、文具等。(5)線上留言,學(xué)生可以在聯(lián)網(wǎng)的情況下隨時(shí)與老師和同學(xué)進(jìn)行交流,該功能為老師和學(xué)生之間的溝通提供了有效途徑,而且此功能也是我們后序?qū)Ξa(chǎn)品不斷完善的保障功能。(6)課后評(píng)分制度,用戶觀看視頻后對(duì)視頻相應(yīng)打分,可以作為一個(gè)用戶和教師以及教學(xué)資源之間的一個(gè)互相反饋的功能。

總之,這一平臺(tái)應(yīng)用泛在學(xué)習(xí)理論,寓教于樂,在提高了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效率及學(xué)習(xí)興趣的同時(shí),改變了以往線上教學(xué)的方式。

3 優(yōu)勢(shì)分析

3.1 與傳統(tǒng)教育有機(jī)結(jié)合,增加真實(shí)感

基于互聯(lián)網(wǎng)教育是一種創(chuàng)新型的教學(xué)模式,是信息科技與現(xiàn)代化教學(xué)的有效結(jié)合,無(wú)論是創(chuàng)新還是結(jié)合都不能完全背離教學(xué)的意義和教學(xué)的宗旨。教學(xué)資源的共享,也是教學(xué)模式的一部分。線上教學(xué)和線下教學(xué)一個(gè)很重要的區(qū)別就是“面對(duì)面”溝通問(wèn)題,因此,要將線上線下教育相結(jié)合,就必須將這個(gè)問(wèn)題考慮到第一位。互聯(lián)網(wǎng)教育不能完全脫離于傳統(tǒng)教育,不可否認(rèn),互聯(lián)網(wǎng)教育唯有將線上和線下教學(xué)相結(jié)合才能更好的發(fā)展。因此,在該平臺(tái)中通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用,我們的平臺(tái)在教育教學(xué)過(guò)程中追求最大的“真實(shí)性”,通過(guò)三維立體的教學(xué)資源傳遞給學(xué)習(xí)者以真實(shí)性和沉浸感,很好地解決了不能“面對(duì)面”溝通而帶來(lái)的效率低下的問(wèn)題,最大程度的構(gòu)建了線上、線下教學(xué)的深度互動(dòng)。

3.2 課程資源豐富且充滿趣味性

平臺(tái)備有豐富的虛擬動(dòng)畫資源,在課中學(xué)習(xí)我們?cè)O(shè)有VR 課件、VR 視頻,在課后我們有豐富的VR 課余資源,從而提高用戶的使用興趣,豐富用戶的使用感。我們通過(guò)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn),學(xué)而思的用戶有60%表示,學(xué)而思的視頻講課進(jìn)程偏快,的確,每個(gè)學(xué)生的基礎(chǔ)是不同的,就算是基礎(chǔ)相同的學(xué)生,對(duì)于同樣知識(shí)的接受程度和接受能力也是不同的,對(duì)此我們的平臺(tái)推出對(duì)學(xué)生進(jìn)行初檢測(cè),通過(guò)學(xué)生的回答質(zhì)量,以及反應(yīng)速度,為學(xué)生推出適合學(xué)生的一系列課程,保證學(xué)生在初次選課時(shí),就能正確快速的選擇適合自己的課程。另外,我們提供多線索搜索服務(wù),使更多符合客戶需求的教學(xué)資源,更為容易的呈現(xiàn)在學(xué)習(xí)者面前。

4 重要意義

4.1 科技與教育結(jié)合,助力教育高速發(fā)展

虛擬現(xiàn)實(shí)中小學(xué)教育的目標(biāo)消費(fèi)群體包括中小學(xué)的學(xué)生,涵蓋的地區(qū)也包括貧困地區(qū)以及偏遠(yuǎn)地區(qū),本項(xiàng)目主要目的就是在中小學(xué)教育中應(yīng)用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù),利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)助力于教育事業(yè)的發(fā)展,將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)加入課程學(xué)習(xí)中,使得教學(xué)更富趣味性,可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生們學(xué)習(xí)的積極性,實(shí)現(xiàn)交互式教學(xué),打破空間限制,增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)所具有的豐富認(rèn)知、突破時(shí)空、實(shí)時(shí)交互等教學(xué)特性,為學(xué)習(xí)者提供了更加廣闊的學(xué)習(xí)環(huán)境和豐富的拓展性資源。

4.2 推進(jìn)優(yōu)質(zhì)教育資源共享

我國(guó)小學(xué)學(xué)校主要集中于“胡煥庸線”以東地區(qū),各地區(qū)教育資源水平不一,存在資源優(yōu)勢(shì)明顯和劣勢(shì)突出的顯著差異[4]。項(xiàng)目旨在解決現(xiàn)實(shí)世界教學(xué)環(huán)境差距大、教育資源分配不平衡等問(wèn)題,推進(jìn)優(yōu)質(zhì)教育資源的共享,滿足人們對(duì)優(yōu)質(zhì)教育資源的現(xiàn)實(shí)需求,利于實(shí)現(xiàn)教育資源的公平分配。同時(shí),在受疫情影響的大環(huán)境下,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)教育模式有著很大的應(yīng)用價(jià)值,可有效的解決因?qū)W校無(wú)法集中教學(xué)產(chǎn)生的一系列問(wèn)題。本平臺(tái)能夠有效地創(chuàng)建學(xué)習(xí)情景、支持合作、促進(jìn)交流、促進(jìn)知識(shí)表達(dá)和應(yīng)用,從而有效地構(gòu)建一個(gè)非常優(yōu)良的學(xué)習(xí)環(huán)境,突破了傳統(tǒng)的課堂教學(xué)形式,有利于促進(jìn)我國(guó)基礎(chǔ)教育事業(yè)的高速發(fā)展,為人才的培養(yǎng)作出貢獻(xiàn),進(jìn)而促進(jìn)社會(huì)的高速發(fā)展。

該平臺(tái)結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)線上教育趨勢(shì)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行研究,將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)融入到學(xué)習(xí)中,通過(guò)引入現(xiàn)實(shí)技術(shù)的教育教學(xué)資源和教學(xué)環(huán)境,寓教于樂,提高學(xué)者的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效率,為學(xué)習(xí)者提供大量的融入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的教學(xué)資源。將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)融入到互聯(lián)網(wǎng)教育中,有利于加速改變以往以教師為中心的教學(xué)模式,形成交互式溝通學(xué)習(xí),最大程度上還原了傳統(tǒng)課堂中“面對(duì)面”式溝通,為學(xué)習(xí)者帶來(lái)最大限度的真實(shí)體驗(yàn)感,同時(shí)也提高學(xué)生在課堂中的參與教學(xué)的深度。利用VR技術(shù),從視覺、聽覺充分融入到教學(xué)過(guò)程中,對(duì)學(xué)習(xí)者進(jìn)行啟發(fā)式學(xué)習(xí)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)引入課堂從一定的程度上來(lái)說(shuō),在推動(dòng)了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)自身的發(fā)展的同時(shí),使學(xué)習(xí)過(guò)程更加簡(jiǎn)便,更加具有趣味性。