基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的高中技術(shù)類課程教學(xué)模式探究

李巖

【摘 要】本文介紹了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的定義和主要功能。以高中通用技術(shù)課程中《經(jīng)典結(jié)構(gòu)欣賞》一課為例，討論了如何利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生借助虛擬現(xiàn)實(shí)案例進(jìn)行自主探究，從而高效實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的課程設(shè)計(jì)和實(shí)施過程。為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在各學(xué)科中的全面應(yīng)用提供了必要的理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。

【關(guān)鍵詞】虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；通用技術(shù)；深度融合

【中圖分類號】G434 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B

【論文編號】1671-7384（2017）06-0056-03

教育部在2003年首次頒布了《普通高中技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》，技術(shù)教育正式被納入普通高中教育范疇。通用技術(shù)課程作為一門全新的、高度綜合的技術(shù)課程，定位于培養(yǎng)孩子善于觀察、動手實(shí)踐，并從生活中捕捉和發(fā)現(xiàn)實(shí)用型新技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)生活的學(xué)科。2016年9月，教育部提出了全面發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。其中明確指出通用技術(shù)學(xué)科的核心素養(yǎng)為：技術(shù)意識、工程思維、創(chuàng)新設(shè)計(jì)、圖樣表達(dá)、物化能力。要求學(xué)生通過該課程的學(xué)習(xí)，能夠?qū)W會或掌握通用技術(shù)的基礎(chǔ)知識和基本技能，掌握技術(shù)及其設(shè)計(jì)的一般思想方法；具有一定的技術(shù)探究、運(yùn)用技術(shù)原理解決實(shí)際問題以及終身進(jìn)行技術(shù)學(xué)習(xí)的能力；形成和保持對技術(shù)學(xué)習(xí)的興趣和學(xué)習(xí)愿望，具有正確的技術(shù)觀和較強(qiáng)的技術(shù)創(chuàng)新意識；養(yǎng)成積極、負(fù)責(zé)、安全地使用技術(shù)的行為習(xí)慣，發(fā)展初步的技術(shù)能力和一定的職業(yè)規(guī)劃能力，為迎接未來社會挑戰(zhàn)、提高生活質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)終身發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

隨著科技的進(jìn)步，教育教學(xué)的技術(shù)和手段也在不斷發(fā)展和豐富。傳統(tǒng)的教學(xué)方式和手段已經(jīng)無法滿足通用技術(shù)課程核心素養(yǎng)和課程目標(biāo)的要求，因此，適時(shí)引入新的教育技術(shù)手段是十分必要的。本文將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與通用技術(shù)課程內(nèi)容相結(jié)合，以實(shí)際教學(xué)中對我國古代經(jīng)典結(jié)構(gòu)的賞析為例，討論如何實(shí)現(xiàn)兩者的深度融合，以解決傳統(tǒng)教學(xué)方式的弊端。

虛擬現(xiàn)實(shí)的定義與功能

1. 虛擬現(xiàn)實(shí)的定義

虛擬現(xiàn)實(shí)的英文名稱為Virtual reality（簡稱VR）。Virtual意味著用戶感知到的世界并非真實(shí)的，而是由計(jì)算機(jī)技術(shù)虛擬生成的；reality一詞的含義是現(xiàn)實(shí)，泛指存在于真實(shí)世界中的各種事物。兩個(gè)單詞合起來稱為虛擬現(xiàn)實(shí)，也叫靈境技術(shù)。美國是最早進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)理論和應(yīng)用研究的國家。80年代中期，我國開始引進(jìn)VR技術(shù)，并作為國家重點(diǎn)研究項(xiàng)目進(jìn)行研究。北京航空航天大學(xué)計(jì)算機(jī)系是對VR技術(shù)進(jìn)行研究的權(quán)威單位之一，在虛擬環(huán)境中物理特性的表示和處理、虛擬環(huán)境網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)等多個(gè)領(lǐng)域取得良好發(fā)展。

目前，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)主要分為4種，即桌面式、增強(qiáng)式、沉浸式和網(wǎng)絡(luò)分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。篇幅所限，本文主要介紹的是沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，是將圖形工作站和交互設(shè)備連接，通過聲音、力與觸覺等方式，利用2面投影墻，有效地屏蔽周圍現(xiàn)實(shí)環(huán)境，使得學(xué)生完全沉浸在虛擬世界中。

2. 虛擬現(xiàn)實(shí)的功能

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的功能非常豐富，本文中所涉及的功能主要包括展示介紹功能、部件拆裝功能和軌跡動畫功能。

（1）展示介紹

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的主要功能就是為觀察者提供身臨其境的真實(shí)體驗(yàn)。系統(tǒng)中的古建筑與結(jié)構(gòu)案例向?qū)W生展示了我國古代的經(jīng)典結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程，介紹了榫卯和斗拱等結(jié)構(gòu)的部件名稱和使用方法。讓學(xué)生有極為直觀的感受。

（2）部件拆裝

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)可以對案例中模型的不同零部件進(jìn)行拆卸和組裝。這一功能可以讓學(xué)生了解和體驗(yàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和搭建的方式，有針對性地觀察經(jīng)典結(jié)構(gòu)不同組成部分的位置和比例，從而幫助學(xué)生從技術(shù)角度欣賞到結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

（3）軌跡動畫

軌跡動畫是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的獨(dú)特之處，古代建筑案例中的建筑可以將建筑的整個(gè)建造流程以動畫的形式展現(xiàn)在學(xué)生眼前。特別是椽和柱的搭建順序、榫和卯的契合方式以及斗和拱的承重分配。

虛擬現(xiàn)實(shí)與通用技術(shù)課程設(shè)計(jì)

1. 課程目標(biāo)

《經(jīng)典結(jié)構(gòu)的欣賞》是高中通用技術(shù)必修2第一單元結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)第四節(jié)的內(nèi)容。學(xué)生經(jīng)過之前的學(xué)習(xí)對于結(jié)構(gòu)的定義、類型、方向與穩(wěn)定性已經(jīng)有了很好的理解，并實(shí)際動手設(shè)計(jì)過簡單的結(jié)構(gòu)。本節(jié)課的課程目標(biāo)是學(xué)會觀察結(jié)果的實(shí)用性和美，以及能夠從技術(shù)和文化角度欣賞并評價(jià)典型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的案例。要求學(xué)生能夠從結(jié)構(gòu)的功能、強(qiáng)度、穩(wěn)定性、創(chuàng)新、成本和工藝等角度，對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行評析。還應(yīng)該具備從歷史、民俗和審美等角度欣賞典型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的能力。重點(diǎn)需要觀察結(jié)構(gòu)是如何在實(shí)現(xiàn)基本功能的同時(shí)兼顧其他功能，欣賞獨(dú)特結(jié)構(gòu)的材料運(yùn)用，以及經(jīng)典結(jié)構(gòu)所傳遞的文化信息、時(shí)代特征和民族特征。

2. 課程設(shè)計(jì)

通常情況下，《經(jīng)典結(jié)構(gòu)的欣賞》傳統(tǒng)教學(xué)方式包括展示經(jīng)典結(jié)構(gòu)的圖片資料或視頻資料，介紹經(jīng)典結(jié)構(gòu)的歷史背景和建造過程，有些老師還會根據(jù)自身掌握的專業(yè)知識向?qū)W生拓展一些建筑的基礎(chǔ)理論。讓學(xué)生對于我國古代的經(jīng)典建筑進(jìn)行思考、討論和評價(jià)。

借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，教師可通過現(xiàn)有的建筑結(jié)構(gòu)案例帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入虛擬建筑的內(nèi)部，了解整個(gè)建筑的結(jié)構(gòu)。也可以通過虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的部件拆裝和軌跡動畫功能模擬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和搭建的整個(gè)過程，給學(xué)生帶來身臨其境的體驗(yàn)，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性與探究欲望。課程設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

首先，用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的“永城殿”案例來引入課程，帶領(lǐng)學(xué)生體驗(yàn)經(jīng)典結(jié)構(gòu)的魅力。使用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)向?qū)W生展示保留最完整的古代殿堂，由外而內(nèi)地介紹每一個(gè)部分，包括結(jié)構(gòu)的構(gòu)成與裝飾花紋的寓意。讓學(xué)生對于整個(gè)建筑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體的欣賞。在欣賞的過程中，教師適時(shí)提出問題，要求學(xué)生記住該案例最吸引你的地方。

然后，學(xué)生就老師提出的問題進(jìn)行分組討論，記錄并匯總答案。學(xué)生帶著問題的欣賞是非常有針對性的，不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)還可以對自己印象深刻的內(nèi)容進(jìn)行描述和思考。教師對于分組討論的結(jié)果進(jìn)行歸納，并引導(dǎo)學(xué)生提出評價(jià)建筑的角度。

接下來，打開虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的“結(jié)構(gòu)建筑”案例，展示“大木作”“轉(zhuǎn)角斗拱”“柱間斗拱”和“柱頭斗拱”，如圖2所示。在進(jìn)行虛擬展示的過程中向?qū)W生介紹榫卯結(jié)構(gòu)和不同類型斗拱結(jié)構(gòu)的理論知識與歷史背景，幫助學(xué)生切實(shí)體會斗拱的構(gòu)成方法和受力方式、認(rèn)識榫卯結(jié)構(gòu)的使用功能和不同種類。使用部件拆裝功能將整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分解，讓學(xué)生直觀地了解“什么是斗，哪個(gè)是拱”，充分體驗(yàn)“何為榫卯，怎樣連接”。與此同時(shí)，可以使用軌道動畫的功能向?qū)W生展示古代建筑結(jié)構(gòu)的虛擬搭建過程，幫助學(xué)生了解結(jié)構(gòu)搭建的順序。體驗(yàn)完畢后，學(xué)生從技術(shù)和文化兩個(gè)角度，針對之前歸納的經(jīng)典建筑評價(jià)體系做出討論和修改，并在教師的幫助下形成最終的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

最后，學(xué)生欣賞“故宮全景”案例，根據(jù)經(jīng)典結(jié)構(gòu)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對故宮內(nèi)的宮殿和涼亭等經(jīng)典建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行評價(jià)。教師對學(xué)生的評價(jià)做出點(diǎn)評，同時(shí)總結(jié)本節(jié)課的知識點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)經(jīng)典結(jié)構(gòu)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的使用方法。

3. 技術(shù)手段

沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是可以為40名學(xué)生提供同步的教學(xué)講解和展示，且由于使用洞穴式的屏幕布局，能夠有效避免其他真實(shí)環(huán)境的干擾，現(xiàn)實(shí)感極其強(qiáng)烈。在展示的過程中，教師操作手柄和主視角眼鏡介紹和展示案例中的知識點(diǎn)。在動手實(shí)踐環(huán)節(jié)，學(xué)生可以輪流進(jìn)行操作體驗(yàn)，觀看結(jié)構(gòu)組成部件、練習(xí)拆卸和裝配、實(shí)現(xiàn)軌道動畫的虛擬過程。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為本節(jié)課的技術(shù)支撐為學(xué)生帶來了身臨其境的真實(shí)體驗(yàn)。通過三個(gè)虛擬案例，將經(jīng)典結(jié)構(gòu)的組成部分和搭建過程展示給學(xué)生。

4. 評價(jià)與反思

將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用到通用技術(shù)課前后對比，教學(xué)效果反差十分明顯。筆者作為通用技術(shù)一線教師感覺非常強(qiáng)烈。傳統(tǒng)教學(xué)過程中，教師使用多媒體技術(shù)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的有效性越來越差。在信息過載的現(xiàn)代社會，學(xué)生每天接觸各種形式的多媒體信息多如牛毛，且大多數(shù)以娛樂為主。因此，以介紹知識為主要內(nèi)容的多媒體信息很難吸引學(xué)生的眼球。

使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)三個(gè)內(nèi)容不同卻又主題相關(guān)的案例進(jìn)行教學(xué)，能夠最大程度地確保學(xué)生有持續(xù)的課堂關(guān)注度。在引入環(huán)節(jié)使用“永城殿”案例，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究欲望，從技術(shù)角度和文化角度讓學(xué)生有非常感性的認(rèn)識。教師提出如何對經(jīng)典結(jié)構(gòu)進(jìn)行評價(jià)的問題，讓學(xué)生思考。“結(jié)構(gòu)搭建”案例讓學(xué)生持續(xù)關(guān)注結(jié)構(gòu)搭建，并細(xì)致了解我國經(jīng)典結(jié)構(gòu)搭建的技術(shù)過程和歷史文化，實(shí)踐動手進(jìn)行虛擬搭建。通過小組討論的形式嘗試建立經(jīng)典結(jié)構(gòu)評價(jià)體系?！肮蕦m”案例讓學(xué)生根據(jù)自己提出的評價(jià)體系對我國經(jīng)典建筑進(jìn)行評價(jià)，鞏固所學(xué)知識。整個(gè)過程以學(xué)生探究式學(xué)習(xí)為主，教師引導(dǎo)式教學(xué)為輔，真正實(shí)現(xiàn)探究式學(xué)習(xí)。

討論與展望

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為新興技術(shù)能夠最大限度地激發(fā)學(xué)生的興趣、引發(fā)他們的關(guān)注。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)提供的3D效果和真實(shí)感能夠抓住學(xué)生的興奮點(diǎn)，從而保證他們對所學(xué)內(nèi)容的持續(xù)關(guān)注。讓學(xué)生在不知不覺的真實(shí)體驗(yàn)中了解知識，理解和掌握所學(xué)內(nèi)容。與此同時(shí)，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)還能夠?yàn)閷W(xué)生提供現(xiàn)場虛擬實(shí)踐的機(jī)會，讓學(xué)生能夠?qū)W有所用、融會貫通。

通用技術(shù)學(xué)科作為技術(shù)類學(xué)科，強(qiáng)調(diào)的是學(xué)生的實(shí)際動手能力。通用技術(shù)課程的基本目標(biāo)是促進(jìn)學(xué)生全面而富有個(gè)性的發(fā)展，進(jìn)一步提高學(xué)生的技術(shù)素養(yǎng)。因此，通用技術(shù)教材中的許多內(nèi)容都可以借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)帶給學(xué)生全新的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，讓學(xué)生在體驗(yàn)中實(shí)踐、在體驗(yàn)中創(chuàng)新。雖然在現(xiàn)階段，由于各種原因虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)尚未在學(xué)校實(shí)現(xiàn)普及，虛擬現(xiàn)實(shí)與學(xué)科教學(xué)的融合也僅僅停留在探索和討論階段，距離全方面覆蓋尚有一段距離，但是，隨著科技的不斷發(fā)展和教育改革的不斷深入，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育教學(xué)中的應(yīng)用必將更加廣泛。技術(shù)實(shí)踐類課程作為先行者，需要努力探索，尋找虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與教育教學(xué)的融合點(diǎn)，為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的學(xué)科全覆蓋貢獻(xiàn)出自己的力量。

（作者單位：北京市第六十五中學(xué)）

參考文獻(xiàn)

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