情景教學(xué)新變革：基于VR/AR技術(shù)的新模式研究

何冰 黃莉敏

新技術(shù)的不斷出現(xiàn)為人們的生活帶來了變革。現(xiàn)在計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能等各種學(xué)科領(lǐng)域的共同作用下，VR/AR技術(shù)就此產(chǎn)生，通過創(chuàng)造三維虛擬現(xiàn)實(shí)給人們帶來全新的感官體驗(yàn)。在新課程改革不斷深入推進(jìn)的背景下，學(xué)生與課堂的融入度不足是一直困擾教師的一大問題，尋找適合學(xué)生特性需求的教學(xué)手段已成為熱議話題，而嘗試將VR/AR有效運(yùn)用其中，無疑是一次大膽而又有挑戰(zhàn)性的嘗試。

VR/AR技術(shù)在教育教學(xué)中的運(yùn)用研究

VR/AR是虛擬和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，它的出現(xiàn)為教育工作者帶來了更廣闊的思維空間，使之得以完善現(xiàn)有教學(xué)方法，其在增強(qiáng)學(xué)習(xí)過程的感官體驗(yàn)、創(chuàng)設(shè)沉浸式教學(xué)情景、跨學(xué)科知識(shí)融合等方面有著諸多優(yōu)勢(shì)，其能在有效激發(fā)學(xué)生主觀能動(dòng)性的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立意識(shí)與創(chuàng)新思維，改變學(xué)生對(duì)課堂教學(xué)的固化認(rèn)知，真正引導(dǎo)學(xué)生踏進(jìn)學(xué)科多彩世界的大門。

頭戴式VR/AR技術(shù)在教學(xué)中的運(yùn)用。頭戴式VR/AR設(shè)備通常由位置跟蹤器、頭戴顯示器、數(shù)據(jù)手套及其他設(shè)備組成，中興、華為、樂視、小米等眾多國(guó)有品牌研發(fā)出了上百種不同型號(hào)的同類產(chǎn)品，對(duì)課堂教學(xué)的展開有著積極的促進(jìn)輔助作用。

在地理、生物等教師的授課中，頭盔式VR/AR設(shè)備一經(jīng)亮相便能瞬時(shí)吸引眾多學(xué)生的目光，學(xué)生們躍躍欲試的熱鬧場(chǎng)景瞬間將課堂氛圍抬升至高點(diǎn)。設(shè)備能遮擋住學(xué)生眼前的真實(shí)世界，轉(zhuǎn)而用虛擬場(chǎng)景代替，千篇一律的教室環(huán)境可變?yōu)闅鈩?shì)磅礴的萬里群山、神秘莫測(cè)的海底世界、浩瀚無垠的宇宙等，帶給學(xué)生沉浸式的、身臨其境般的體驗(yàn)，將地理課堂中傳統(tǒng)教材中“固定、抽象”的內(nèi)容變?yōu)檠矍啊办`活、具象”的萬千世界。通過可觸摸、可感知、可互動(dòng)的形式展開教學(xué)，能夠讓學(xué)生們?nèi)鎲?dòng)多種感官，更全面地“觸摸”學(xué)科知識(shí)，促使學(xué)生從具象思維到形象思維的轉(zhuǎn)化，進(jìn)而獲得更為深刻的理性認(rèn)識(shí)。

桌面式VR/AR設(shè)備的運(yùn)用。桌面式VR/AR設(shè)備中最具代表性的產(chǎn)品就是“桌面虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)一體機(jī)”，由3D互動(dòng)教學(xué)一體機(jī)和桌面虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)一體機(jī)組成，可以實(shí)現(xiàn)3D、VR、AR多種模式教學(xué)，通過相應(yīng)學(xué)科的3D視頻資源以及VR交互課件搭配U科學(xué)教學(xué)、Course3D等教學(xué)軟件，在“3D資源云平臺(tái)”“U科學(xué)教學(xué)系統(tǒng)”上，開發(fā)出涵蓋多學(xué)科的特色課件與軟件，現(xiàn)在已發(fā)展成涵蓋化學(xué)、歷史、物理、生物、地理等諸多學(xué)科的系統(tǒng)化教學(xué)工具，并構(gòu)筑相應(yīng)的系統(tǒng)平臺(tái)為教師提供學(xué)術(shù)交流的空間。在實(shí)際運(yùn)用中，該類設(shè)備不僅可以被當(dāng)作教師的教學(xué)工具，更是教師、學(xué)生獲取相關(guān)信息、尋找資源素材的有效手段。讓教學(xué)可視化、立體化，互動(dòng)更深入、更頻繁。多點(diǎn)觸屏、不受光線影響等特點(diǎn)，可以讓師生隨意涂鴉、自然操作，降低師生的操作應(yīng)用壓力，減輕教師教學(xué)負(fù)擔(dān)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提升教學(xué)效率。

手持式VR/AR設(shè)備的運(yùn)用。手持式VR/AR設(shè)備通常是以APP軟件和移動(dòng)設(shè)備的結(jié)合使用為基礎(chǔ)，其基本原理是通過手機(jī)攝像頭來獲取我們身邊的現(xiàn)實(shí)生活場(chǎng)景，利用手機(jī)軟件在所獲取的圖像上方堆疊虛擬形象，以達(dá)到增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的效果。在實(shí)際運(yùn)用中，該設(shè)備的運(yùn)用主要有兩種方式，一種是將傳統(tǒng)的紙質(zhì)媒介與APP聯(lián)系到一起，用手機(jī)攝像頭掃描圖書上的圖片，則能在手機(jī)屏幕上直接觀看與其有關(guān)的動(dòng)態(tài)內(nèi)容;另一種是運(yùn)用APP下載增強(qiáng)顯示資源并與外界實(shí)景進(jìn)行疊加，效果逼真、趣味性強(qiáng)。

VR/AR技術(shù)在高中理科教學(xué)中的應(yīng)用模式研究

利用VR/AR技術(shù)創(chuàng)設(shè)教學(xué)情景。理科是多門趣味學(xué)科的合集，我們需要用發(fā)現(xiàn)的目光，在前人的肩膀上眺望未來，但踏入理科世界的門檻比較高，需要學(xué)生熟練掌握各種定理、公式等結(jié)論性內(nèi)容，而在傳統(tǒng)教學(xué)模式影響下，教師主觀意識(shí)中對(duì)教材“絕對(duì)權(quán)威”的認(rèn)同，讓各項(xiàng)工作開展呈現(xiàn)出一種由上而下的壓迫感，更是強(qiáng)制性地要求學(xué)生掌握某些特定內(nèi)容，學(xué)生所認(rèn)識(shí)與感知的學(xué)科是不能質(zhì)疑、不可推倒的，只要死記硬背、提升成績(jī)即可，所以學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣較低。利用VR/AR技術(shù)能起到創(chuàng)設(shè)具體形象的情景的作用，其相對(duì)于多媒體設(shè)備的情景創(chuàng)設(shè)功能來說，在方式上更為新穎、觀感刺激同時(shí)也更強(qiáng)。如在高中生物知識(shí)學(xué)習(xí)中，教師打開微觀世界的大門往往靠顯微鏡或投影上的圖片、視頻等，這對(duì)于身處宏觀世界的學(xué)生來說代入感稍差。因?yàn)轱@微鏡再清晰，學(xué)生目力所及的范圍只有那么點(diǎn)，在有限時(shí)間內(nèi)能觀察到的元素也就那么多;多媒體中的內(nèi)容再生動(dòng)，學(xué)生的視線中始終會(huì)夾雜宏觀世界即除投影幕布外的實(shí)景元素，干擾學(xué)生視線的同時(shí)影響感官體驗(yàn)。而借助VR/AR技術(shù)，學(xué)生戴上相關(guān)設(shè)備后目所能及的全是“微觀世界”，其能像一個(gè)有眼睛的細(xì)胞般，去經(jīng)歷屬于自己的細(xì)胞周期，并用手持設(shè)備了解虛景中的各類信息，“遨游其中”仿佛一分子般獨(dú)立、灑脫，充分激發(fā)主人翁意識(shí)，體驗(yàn)生物學(xué)科的獨(dú)特魅力。

運(yùn)用VR/AR技術(shù)將抽象知識(shí)具象化。在地理、生物、物理、化學(xué)教學(xué)中我們不難發(fā)現(xiàn)，采用傳統(tǒng)的講授方式有很多知識(shí)點(diǎn)是難以一次性表達(dá)清楚、理解到位的。教師為照顧到學(xué)生群體的共性需求有時(shí)會(huì)因?yàn)闀r(shí)間、精力受限而忘記照顧學(xué)生個(gè)體特性需要，導(dǎo)致某些學(xué)生不會(huì)的知識(shí)點(diǎn)越積越多，從而覺得該學(xué)科宛如一條不可逾越的鴻溝，成為自己成長(zhǎng)道路上的阻礙，在其中難以獲得成就感與自豪感，學(xué)習(xí)效能感較差。這些學(xué)生會(huì)逐步成為教師、同學(xué)、家長(zhǎng)眼里的“學(xué)困生”。而采用VR/AR技術(shù)后，我們可以嘗試將那些難以理解的抽象知識(shí)用具象化的方式呈現(xiàn)出來，將一些原本寥寥幾字的信息拓展成具有系統(tǒng)性、集成性特征的動(dòng)態(tài)畫面，讓學(xué)生可直觀地看到理論知識(shí)所對(duì)應(yīng)的“現(xiàn)實(shí)”現(xiàn)象。如在高中物理知識(shí)學(xué)習(xí)中，很多學(xué)生難以理解開普勒第一定律。這時(shí)教師可借助技術(shù)優(yōu)勢(shì)，打造以太陽系為中心的虛擬場(chǎng)景，讓學(xué)生化身成“小小宇航員”，從航天器助推器點(diǎn)火、垂直起飛、逐步攀升、推進(jìn)器分離等幾近真實(shí)的操作一步步將學(xué)生帶入外太空中，在太陽系八大行星間自由穿梭，去感受宇宙的美麗和神秘。通過這樣的方式不僅能將太陽系具象地展示在學(xué)生眼前，更能通過航天器的點(diǎn)火、升空操作傳授些相應(yīng)的科技知識(shí)，讓學(xué)生感受科技力量之強(qiáng)大、深入體會(huì)科技改變生活的真正內(nèi)涵，并能以助推器點(diǎn)火等問題來帶領(lǐng)學(xué)生回顧之前所講授的力學(xué)知識(shí)，可謂是一舉多得。

運(yùn)用VR/AR技術(shù)完成觀察、實(shí)驗(yàn)，全方位提升學(xué)習(xí)體驗(yàn)。高中理科不僅強(qiáng)調(diào)對(duì)圖像、圖形的靈活運(yùn)用，更考察學(xué)生們對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及相關(guān)基本概念的理解。但在實(shí)際課堂教學(xué)操作中，有很多實(shí)驗(yàn)的展開受場(chǎng)地、安全問題、材料、設(shè)備的限制而無從開展。利用VR/AR技術(shù)則能很好地彌補(bǔ)這一缺陷，諸如可以通過3D建模的方式，來增強(qiáng)學(xué)生對(duì)現(xiàn)實(shí)情境的視覺感知能力，讓學(xué)生在現(xiàn)實(shí)的建筑等人文景觀、山河等自然景觀中，利用自由視角及自由度較高的規(guī)則抽象相關(guān)的幾何圖形，或設(shè)定模擬真實(shí)的試驗(yàn)場(chǎng)景，讓學(xué)生當(dāng)一回“小小數(shù)學(xué)家”，按照自己的意愿、隨心所欲地操作。

該技術(shù)的運(yùn)用能有效解決傳統(tǒng)試驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生無法抽象數(shù)學(xué)模型概念、未進(jìn)行試驗(yàn)操作卻早已知曉試驗(yàn)答案、教師為節(jié)約試驗(yàn)材料與時(shí)間而進(jìn)行的過度引導(dǎo)等諸多問題。教師們也不用擔(dān)心試驗(yàn)過程中可能會(huì)出現(xiàn)的學(xué)生安全及設(shè)備損壞等問題，只需要在3D程序設(shè)定時(shí)，預(yù)先想到學(xué)生有可能進(jìn)行的操作，然后再設(shè)定相應(yīng)程序進(jìn)行還原即可，保障每個(gè)學(xué)生都能在虛擬現(xiàn)實(shí)中驗(yàn)證自己的想法，為其提供較大的思維空間，在實(shí)驗(yàn)中充分感受學(xué)科的樂趣所在，點(diǎn)燃其參與科學(xué)探究的激情、喚醒內(nèi)心對(duì)未知探索的那份真摯情感。

綜上所述，我們不難看出VR/AR技術(shù)在高中理科教育教學(xué)中的運(yùn)用價(jià)值，相關(guān)工作者要積極轉(zhuǎn)變觀念，投入更多的人力、物力、財(cái)力去完善相關(guān)課程體系，在實(shí)踐中思考切實(shí)可行的教學(xué)策略，在完善虛擬空間的同時(shí)，做好虛擬與現(xiàn)實(shí)的對(duì)接工作，讓學(xué)生在趣味世界中感受科學(xué)、科技的無限魅力，為其真正吸收學(xué)科知識(shí)、培養(yǎng)科學(xué)精神而不懈努力。