十億像素數字教育資源下的智慧教育教學創新應用

史陳新 馬東 袁野

【摘 要】本文基于教育教學熱點需求，開展基于十億像素數字教育資源的智慧教育教學創新研究，探索新型數字資源的教育應用與創新，探尋培育學生歷史學科核心素養的有效路徑，利用數字技術創建超清數字文物，從根本上解決歷史資源共享難、資源內容品質低等問題。

【關鍵詞】智慧教育；超清數字教育資源；核心素養

【中圖分類號】G434? ?【文獻標識碼】A

【論文編號】1671-7384（2023）09-064-02

教育部印發的《關于全面深化課程改革落實立德樹人根本任務的意見》提出，將組織研究提出各學段學生發展核心素養體系。歷史學科核心素養是指學生在學習歷史過程中逐步形成的具有歷史學科特征的必備品格和關鍵能力，是歷史知識、能力和方法、情感態度和價值觀等方面的進一步升華，主要包括唯物史觀、時空觀念、史料實證、歷史解釋和家國情懷。

十億像素數字教育資源打造數字文物

為了有效解決當前歷史資源共享難、資源內容品質低、新型教育業務承載能力不足、智慧教育課堂應用效果差等問題，我們首次運用了多種前沿數字技術對課程所需教學資源進行了革命性創建。

1.超清多光影采錄技術

珍貴文物往往表面鐫刻著相當繁復深邃的紋理、浮雕、刻痕等細節，除了彰顯工藝師的技術，也為當代的藝術風格甚至社會風俗提供了有價值的材料。然而，文物出土后容易遭遇風化、陽光或空氣的破壞，導致表面微痕或紋理受損，造成不易辨識的情況。傳統鑒別文物微痕的方式，是通過不同光照角度和強弱，在視覺上加強文物表面凹凸的縱深，以判別文物的痕跡及內容。

以此手法為前提，在文物信息的采錄上真實記錄文物各個角度光照信息，準確記錄感光反應，同時借由PhotoShop堆棧技術的啟發，通過算法將大量個別角度拍攝的文物圖像進行合成，提取各圖像的最優細節分布區域，進行圖像堆疊，準確反應材質質感，具體展現不易辨識的細節，包括器物表面劃痕，完美模擬真實器物的完整信息，為文物研究提供更多方案。

2.超清全細節成像技術

通過三維激光掃描的數據和文物采錄技術的信息，可將采集的文化元素中影響視覺的成分剔除，提高50%～80%文物紋飾的清晰度，為研究人員提供更準確和清晰的基礎資料。全細節成像技術通過超高清的文物數據采集，能夠完整、清晰、準確表達文物的細節，帶給師生更多的教學探究體驗。同時，通過整體文物和文物細節的對比探究，能夠加深學生的學習記憶理解能力，通過視覺閱讀完成一些學科重難點以及創新點的設計與實現。全細節成像技術還能夠通過紋理、結構、色彩的精準采集和整體建構，實現更多數字教學互動的體驗，對文物本體進行數字活化，在課堂上讓文物綻放新的生命力。

3.超清光影紋理技術

在傳統的文物數字化過程中，由于光線、風化、材質顏色等綜合原因，導致文物表面磨損，無法全面呈現細節。通過對文物的全角度光線采集，利用計算機圖形圖像處理技術，將文物影像的最優效果進行合成，提取文物上細微的痕跡，合成后的圖像可將文物的紋理信息完整展現。

4.超清立體深度成像技術

立體深度圖采用光學、數字算法方式，提取文物數據立體及縱深細節，以灰度圖形式成像，該數據因應單純考古繪圖中細節體現不足之情況，以灰度圖形式在平面視角中體現立體特征，更加細膩清晰地記錄表達文物數據的特征細節。

十億像素數字教學資源打造出的數字文物進行了3D交互模型素材的適配，根據課程需求對多件珍貴館藏文物進行高精度文物三維采集與模型制作，同時提供在線課程的數字展示效果，通過學校交互一體機或智能終端等設備，實現支持鼠控、觸控、遙控器或鍵盤等多種方式隨意漫游，可實現俯視圖、還原 100%場景真實模型、AR 、虛擬漫游等效果的體驗。

智慧教育下的歷史課程

1.初中歷史大單元課程理念

以初中歷史大單元課程理念以及現代教育思想為課程研究依據，本次將初一歷史上冊課程中涉及的100件數字文物資源和四大單元教學進行了匹配、加工、處理和優化，實現了一個在線數字資源的系統化集成，能夠沿著歷史學科講授的歷史脈絡線索，對文物按照大單元和學科的教學順序進行了在線數字資源的整合，利用平臺能夠在線調取和展示數字文物，構建歷史真實情境還原的新的數字化教學場景。

新課程倡導教師專業化發展，新的歷史課程改革更需要教師提高教育教學技能以及信息化水平。在探索的過程中更加強調教師的信息化素養和學生信息素養的匹配程度。本次歷史大單元課程作為歷史課程改革的一次創新探索，借助超高清數字文物資源以及考古學的物證、思辨的思維方式與傳統歷史課程教學相結合，以歷史課程作為課程載體，利用歷史課本出現的文物作為課程主線，將不同文物組成文物組，選取主題或知識脈絡作為課程導向，針對歷史課程的教育教學方式探索全新的思路。

2.增強現實（AR）讓課程資源“活”起來

增強現實技術不僅展現了真實世界的信息，而且將虛擬的信息同時顯示出來，兩種信息相互補充、疊加。在視覺化的增強現實中，用戶利用眼鏡顯示器，把真實世界與電腦圖形多重合成在一起。

本次課程將宴樂射獵水陸攻戰紋銅壺銘文提取，并用增強現實技術模擬展現。讓學生在課堂上可以更加清晰地觀察銅壺四層每一層展示出的社會風貌，加深對于銅壺的認知能力，使學生對戰國時期的習射、采桑、射獵、狩獵以及巴蜀符號有更加直觀的視覺認識。對于銘文文字的探究，利用十億像素數字教育資源文物提取的利簋銘文圖像，將金文翻譯為簡體中文，并將簡體中文還原為文物原本排版方式以及顏色紋理狀態。讓學生可以直接在文物上閱讀銘文，重點強調“甲子”，從而服務課堂教學。

探究式學習可以激發學生學習的興趣，有利于學生對課程內容的理解。在學習過程中，教師應該重視探究活動的各個要素。探究式學習雖然是以學生為主體，但是教師要給予適當的引導。在授課過程中，教師要將告訴改為啟發，將單向傳輸變為師生互動，突出學生的主體地位。超清數字教育資源因其突出的沉浸性、交互性、多感知性、構想性、自主性等特點，可以為新的教育教學模式的實施提供有力的支撐。

智慧教育新型信息技術應用和課堂模式

優質數字博物館資源與歷史課程能否有效結合，關鍵在教師。設計一套全新課程模式，對教師來說是一項新的挑戰。在教師對于博物館專業知識欠缺的情況下，以單元課形式推進課程建設是探索的方向。教師根據課程內容，將課程重新組合，以大單元形式重新排列組合知識點。在以往課程推進的基礎上，有針對性地引入校外博物館資源，加強研究與合作，使學校課程建構得到深入推進、有效落實，并取得突出實效。

十億像素數字教學資源的創設讓四大單元課程兼顧了課程架構縱與橫的連貫，“互聯網+教育”下引入的博物館資源與教師課程設計方案的有機整合，使得初一歷史上冊的所有知識點重新連接了起來，數字文物讓歷史大單元課程方案更具有探索性與互動性。文物說、專家說、學生說的“三說”課程呈現形式使課程內容更加專業、生動，融合了“啟智、博學、悟思、立德、踐行、融合”的教學方法使課程更加綜合、全面。

反思總結

通過運用超數字教育資源的歷史大單元課程教學，學生能夠掌握歷史基本知識與基本脈絡，能夠從文物身上獲取歷史信息，逐步形成歷史證據的意識，獲得學習歷史的基本方法。從歷史的角度認識并認同中華民族的優秀文化傳統，形成正確的世界觀、人生觀和價值觀，形成健全的人格和健康的個性品質，從而切切實實將立德樹人落到實處。

作者單位：北京市數字教育中心

編? ?輯：徐靖程