基于智慧學(xué)習(xí)的虛擬現(xiàn)實課程教學(xué)模式研究

訾玲玲，叢鑫

（遼寧工程技術(shù)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院，葫蘆島　125105）

基于智慧學(xué)習(xí)的虛擬現(xiàn)實課程教學(xué)模式研究

訾玲玲，叢鑫

（遼寧工程技術(shù)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院，葫蘆島125105）

0　引言

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟及其在教育領(lǐng)域不斷的應(yīng)用，教育模式和學(xué)習(xí)方式的改變成為必然趨勢，智慧學(xué)習(xí)正是轉(zhuǎn)變的一個重要方向［1～2］。智慧學(xué)習(xí)采用智慧信息技術(shù)實現(xiàn)學(xué)習(xí)者自我指導(dǎo)，體現(xiàn)“學(xué)習(xí)需求無處不在、學(xué)習(xí)無時無刻不在發(fā)生”的理念［3］。虛擬現(xiàn)實課程涉及心理學(xué)、認知科學(xué)、計算機圖形學(xué)、仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)等，具有學(xué)科交叉性、綜合性強，基礎(chǔ)知識要求高，工程應(yīng)用突出等特點［4］。但是，運用傳統(tǒng)的教學(xué)方式講授本課程，存在以下幾個方面的不足：①對虛擬現(xiàn)實中的基本理論講授強調(diào)“原理”，忽視“應(yīng)用”。例如真實感繪制技術(shù)，以基本的算法原理闡述為主，使得學(xué)生對于這項技術(shù)的應(yīng)用比較迷茫；②對虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的多種建模軟件逐一介紹，使得學(xué)生對每個軟件使用掌握得不扎實，且單一教學(xué)手段造成學(xué)生對于三維建模的學(xué)習(xí)仍然屬于模仿階段，沒有發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性；③對虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的開發(fā)缺乏統(tǒng)一的管理，更多的是單兵教練，不能提高學(xué)生的協(xié)作能力和創(chuàng)新能力。

基于此，本文設(shè)計了一種基于智慧學(xué)習(xí)的教學(xué)模式，該模式的核心思想為“自主式、分享式、自助式、協(xié)作式、探究式”。對于虛擬現(xiàn)實課程中的基本理論采用自主式的學(xué)習(xí)模式，加強學(xué)生對該課程理論的理解與掌握；對于經(jīng)典算法的講解，采用分享式的課堂交流，加深對算法本質(zhì)的理解；對于建模軟件的使用，采取構(gòu)建工具使用資源超市，學(xué)生根據(jù)自己的需求進行重點學(xué)習(xí)；對于虛擬系統(tǒng)的開發(fā)，智能環(huán)境會感知學(xué)生的需求并自動構(gòu)建團隊，并進行智能分工，從而共同開展合作；對于開發(fā)過程遇到的問題，采用探究式的問題解決模式，提高學(xué)生解決問題、應(yīng)用問題的能力。以上提出的教學(xué)模式滿足了學(xué)生的多元化、個性化、智慧化的發(fā)展需求，從而培養(yǎng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，提高了學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力。

1　基于智慧學(xué)習(xí)的教學(xué)模式設(shè)計原則

基于智慧學(xué)習(xí)的教學(xué)模式設(shè)計應(yīng)該滿足以下三條原則。

（1）有利于學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。智慧環(huán)境通過情境感知技術(shù)預(yù)知學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，并主動推送感興趣的資源，使得學(xué)生自己選擇感興趣的知識進行學(xué)習(xí)，從而滿足學(xué)習(xí)者的個性需求，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（2）有利于學(xué)生對知識的理解與掌握。智慧學(xué)習(xí)營造具有感知性、自然性的智慧環(huán)境，學(xué)生可以實時享受便捷的學(xué)習(xí)服務(wù)。學(xué)生可以靈活地選擇學(xué)習(xí)資源，安排學(xué)習(xí)時間，不受傳統(tǒng)教學(xué)模式中的教學(xué)進度的限制，從而更好地理解與掌握虛擬現(xiàn)實技術(shù)的相關(guān)知識。

（3）有利于提高學(xué)生的實踐能力。智慧學(xué)習(xí)通過云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)構(gòu)建的智慧環(huán)境中開展學(xué)習(xí)活動，方便學(xué)習(xí)者深入虛擬情景進行系統(tǒng)開發(fā)，從而大幅度提高學(xué)生的分析問題、解決問題和實際應(yīng)用的能力。相比于傳統(tǒng)的非情景教學(xué)模式，提高了學(xué)生知識遷移的能力。

2　基于智慧學(xué)習(xí)的教學(xué)模式

基于智慧學(xué)習(xí)的教學(xué)模式主要包括五個部分：自主式基本理論學(xué)習(xí)；分享式經(jīng)典算法學(xué)習(xí)；自助式建模軟件使用；協(xié)作式系統(tǒng)開發(fā)；探究式問題解決。其中前四個部分分別針對虛擬現(xiàn)實課程的四個大的教學(xué)單元，最后的探究式問題解決方法是貫穿整個的虛擬現(xiàn)實教學(xué)內(nèi)容。

（1）自主式基本理論學(xué)習(xí)。在學(xué)習(xí)某一知識點前，教師發(fā)布教學(xué)任務(wù)，學(xué)習(xí)者帶著這個教學(xué)任務(wù)進入情境，智慧環(huán)境及時感知學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，并采用多種方式提供信息資源。學(xué)生根據(jù)資料進行學(xué)習(xí)，并提出問題，教師及時為學(xué)生答疑，并進行知識點的強化。此后，智慧環(huán)境提供身臨其境的環(huán)境，將學(xué)到的知識點進行實踐應(yīng)用，加深對知識點的掌握。學(xué)生的學(xué)習(xí)過程被自動儲存到云平臺中，用于進行智能分析，并將此分析結(jié)果反饋給教師，用于評測學(xué)生對知識點學(xué)習(xí)情況的掌握。

（2）分享式經(jīng)典算法學(xué)習(xí)。智慧環(huán)境根據(jù)學(xué)生的個人興趣和需要，推送大量的虛擬現(xiàn)實算法知識，學(xué)生根據(jù)推送的內(nèi)容進行自主學(xué)習(xí)。教師在課堂上組織教學(xué)，開展討論式的學(xué)習(xí)方式，將學(xué)生學(xué)習(xí)得到的算法與大家分享，并及時解答學(xué)習(xí)算法過程中遇到的問題。課程結(jié)束時，教師檢驗學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，并要求所有學(xué)習(xí)者進行自評和互評。

（3）自助式建模軟件使用。智慧環(huán)境中的云平臺存儲大量的建模軟件信息資源，學(xué)習(xí)者可以根據(jù)自己的喜好選擇任意建模工具進行學(xué)習(xí)，并依據(jù)智慧環(huán)境提供的學(xué)習(xí)目標(biāo)，自己制定學(xué)習(xí)任務(wù)。在此過程中，教師可以起到引導(dǎo)作用和咨詢作用。當(dāng)學(xué)生確定學(xué)習(xí)目標(biāo)后，智慧環(huán)境推送滿足學(xué)習(xí)目標(biāo)的最優(yōu)學(xué)習(xí)資源，節(jié)省海量查找資料的時間，可以使得學(xué)生高效率地進行軟件工具學(xué)習(xí)。

（4）協(xié)作式系統(tǒng)開發(fā)。智慧環(huán)境快速感知學(xué)習(xí)者的個體特征信息，并根據(jù)群組構(gòu)建策略進行開發(fā)團隊組建。采用云平臺提供的智能分析功能，建立統(tǒng)一的系統(tǒng)開發(fā)目標(biāo)，根據(jù)獲取的開發(fā)目標(biāo)，團隊成員進行協(xié)商討論，制定合理的開發(fā)進度。云平臺結(jié)合團隊成員的個體特征及能力素質(zhì)，科學(xué)合理地對開發(fā)任務(wù)進行分工。在此過程中，智慧環(huán)境會實時監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)情況，及時發(fā)現(xiàn)問題并給予反饋建議。

（5）探究式問題解決。在虛擬現(xiàn)實理論學(xué)習(xí)和應(yīng)用實踐過程中，學(xué)生在智慧環(huán)境中獨立地發(fā)現(xiàn)問題，進行實驗，并得出結(jié)果或結(jié)論。智慧環(huán)境提供的多種信息手段，為學(xué)生驗證結(jié)果提供了強有力的保障。這種解決問題的方法是倡導(dǎo)學(xué)生對學(xué)習(xí)的主動參與性，改變了傳統(tǒng)的以教師為主導(dǎo)的學(xué)習(xí)方式。探究式問題解決方式，提倡學(xué)生的探索精神和實踐創(chuàng)新能力的提高。

3　基于智慧學(xué)習(xí)的教學(xué)實踐

結(jié)合幾年來講授本科計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的虛擬現(xiàn)實技術(shù)課程，對基于智慧學(xué)習(xí)的虛擬現(xiàn)實理論、實踐與應(yīng)用，進行詳盡探討與研究，并取得一定成果。

3.1課程目標(biāo)設(shè)定

虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要從計算機科學(xué)與技術(shù)、控制科學(xué)與技術(shù)、機械工程科學(xué)與先進制造技術(shù)等學(xué)科中孕育并實現(xiàn)跨越，逐步發(fā)展成熟。該課程涉及心理學(xué)、認知科學(xué)、計算機圖形學(xué)、仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)、人工智能技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并行處理技術(shù)和多傳感器技術(shù)等多學(xué)科且綜合性強。因而，在課程目標(biāo)設(shè)定時要充分考慮到?；谡n程特點，智慧學(xué)習(xí)的教學(xué)模式以獨立的教學(xué)模塊為單位進行學(xué)習(xí)，將課程內(nèi)容分為4個教學(xué)模塊，每個教學(xué)模塊由知識單元構(gòu)成。具體課程目標(biāo)設(shè)定內(nèi)容如表1所示。

表1　虛擬現(xiàn)實課程目標(biāo)設(shè)定

3.2教學(xué)實施

依據(jù)上述提出的虛擬現(xiàn)實課程目標(biāo)設(shè)定，構(gòu)建科學(xué)有效的教學(xué)方法并加以實施是教學(xué)過程的首要問題，結(jié)合課程內(nèi)容及智慧學(xué)習(xí)的教學(xué)模式設(shè)計如圖1所示。

圖1　基于智慧學(xué)習(xí)的虛擬現(xiàn)實教學(xué)模式實施

其中，教學(xué)模塊1以虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特性為例，闡述了這個模塊的虛擬現(xiàn)實特點講授實施流程，重點突出“自主式”的學(xué)習(xí)特點；教學(xué)模塊2以實時繪制技術(shù)為例，強調(diào)分享式的算法教學(xué)模式和探究式的問題解決教學(xué)模式；教學(xué)模塊3以建模軟件使用為例，強調(diào)自助式的教學(xué)模式；教學(xué)模塊4以校園3D場景漫游系統(tǒng)開發(fā)為例，強調(diào)協(xié)作式系統(tǒng)開發(fā)的教學(xué)特點。

3.3教學(xué)效果評價

經(jīng)過幾個周期虛擬現(xiàn)實課程的教學(xué)，對2010級計算機科學(xué)技術(shù)專業(yè)的兩個班55名學(xué)生進行了教學(xué)效果的評價問卷調(diào)查。問卷調(diào)查主要從以下6個方面進行：①對虛擬現(xiàn)實學(xué)習(xí)結(jié)果的滿意度；②開發(fā)能力提高度；③自主學(xué)習(xí)能力提高度；④講授方法滿意度；⑤解決問題提高度；⑥創(chuàng)新能力提高度。評價等級滿分為5分。其中1分表示非常不滿意；2分表示不滿意；3分表示基本滿意；4分表示很滿意；5分表示非常滿意。調(diào)查結(jié)果如表2所示。

表2　學(xué)生滿意度調(diào)查情況表

從調(diào)查結(jié)果來看，學(xué)生對虛擬現(xiàn)實課程學(xué)習(xí)結(jié)果的滿意度中，不滿意的占11%，大多數(shù)學(xué)生對學(xué)習(xí)結(jié)果是滿意的；從系統(tǒng)開發(fā)能力提高情況來看，有68%的學(xué)生認為自己的開發(fā)能力有較大的提高；從自主學(xué)習(xí)能力情況來看，只有15%的學(xué)生認為學(xué)習(xí)能力的自主性沒有提高；從講授方法的滿意度來看，大多數(shù)的學(xué)生對此教學(xué)模式還是滿意的；從解決問題能力和創(chuàng)新能力提高方面，分別只有20%和13%的學(xué)生認為能力沒有提高?？傮w上講，從以上各個方面的調(diào)查情況來看，基于智慧學(xué)習(xí)的教學(xué)模式的教學(xué)方法是可行的、教學(xué)效果有明顯提高。

4　結(jié)語

虛擬現(xiàn)實技術(shù)一直是信息領(lǐng)域研究開發(fā)和應(yīng)用的熱點方向之一。虛擬現(xiàn)實課程立足于虛擬現(xiàn)實的“3I”特性，從技術(shù)和應(yīng)用兩個方向全面系統(tǒng)地講授基礎(chǔ)理論和實踐技能。針對虛擬現(xiàn)實課程特點，本文構(gòu)建基于智慧學(xué)習(xí)的教學(xué)模式，就是打破傳統(tǒng)的以教師為主導(dǎo)、“滿堂灌”的陳舊教學(xué)方法。而基于智慧學(xué)習(xí)的教學(xué)模式，就是充分發(fā)揮學(xué)生的主體地位，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力。該模式應(yīng)用在虛擬現(xiàn)實技術(shù)課程的教學(xué)中，取得了一定的教學(xué)效果。虛擬現(xiàn)實技術(shù)課程是一門涉及知識面廣，教學(xué)內(nèi)容豐富、應(yīng)用廣泛、發(fā)展迅速的專業(yè)課程。如何講授好該課程必須在實踐中不斷探討、研究總結(jié)和提高。在學(xué)習(xí)虛擬現(xiàn)實技術(shù)理論知識同時，還要充分利用實驗室的研究環(huán)境、軟硬件資源，加強虛擬現(xiàn)實課程的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)更好解決工程實際問題。

［1］Lee M S，Son Y E.A study on the adoption of SNS for smart learning in the“creative activity”［J］.International Journal of Educationand learning，2012（3）:1-18.

［2］楊現(xiàn)民.信息時代智慧教育的內(nèi)涵與特征［J］.中國電化教育，2014（1）:29-34.

［3］陳琳.高校課程立體學(xué)習(xí)資源建設(shè)研究——促進學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)變的視角［J］.中國電化教育，2013（11）:95-97.

［4］黃榮懷，楊俊鋒，胡永斌.從數(shù)字學(xué)習(xí)環(huán)境到智慧學(xué)習(xí)環(huán)境［J］.開放教育研究，2012（1）:75-84.

Smart Learning；Virtual Reality；Teaching Mode；Smart Education

Research on Virtual Reality Teaching Mode Based on Smart Learning

ZI Ling-ling，CONG Xin
（School of Electronic and Information Engineering，Liaoning Technical University，Huludao 125105）

1007-1423（2015）19-0028-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.19.007

訾玲玲（1981-），女，遼寧阜新人，博士，講師，研究方向為圖形圖像及多媒體

2015-03-24

2015-06-15

智慧學(xué)習(xí)是在云計算、大數(shù)據(jù)、泛在網(wǎng)絡(luò)等新一代信息技術(shù)推動下產(chǎn)生的新型學(xué)習(xí)方式，是一種以學(xué)習(xí)者為中心的、以提高學(xué)習(xí)者的創(chuàng)新能力為最終目標(biāo)的新型學(xué)習(xí)范式。根據(jù)虛擬現(xiàn)實課程特點，設(shè)計基于智慧學(xué)習(xí)的新穎的教學(xué)模式。該模式已在虛擬現(xiàn)實課程中進行實踐，并取得良好的學(xué)習(xí)效果。

智慧學(xué)習(xí)；虛擬現(xiàn)實；教學(xué)模式；智慧教育

遼寧工程技術(shù)大學(xué)生產(chǎn)技術(shù)問題調(diào)研基金（No.14-T-009）

叢鑫（1982-），男，遼寧阜新人，博士，講師，研究方向為流媒體

Smart learning is a new learning mode which is promoted by cloud computing，big data and ubiquitous network.Centering the learners is the idea of teaching and improving，the innovation ability of the learner is the ultimate goal of this new learning paradigm.According to the characteristics of virtual reality course，designs the innovative teaching mode based on smart learning.This mode has been carried out in the virtual reality course and achieved good learning effects.