虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在智慧課堂中的應(yīng)用

劉建

摘 要 教師在智慧課堂中開展教育教學(xué)活動(dòng)，有利于學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)和交互性合作學(xué)習(xí)。同時(shí)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)拓寬了人們的視界，打破了傳統(tǒng)條件的限制，越來越多無法觀察的事物被清楚地觀察、研究。教師可以借助其優(yōu)勢，構(gòu)建虛擬教學(xué)環(huán)境和虛擬實(shí)驗(yàn)室，讓學(xué)生從感官上接觸書本上的知識(shí)，大大提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。新技術(shù)的應(yīng)用是對教育教學(xué)方式的支撐，在智慧課堂中借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開展教學(xué)活動(dòng)，兼顧了智慧課堂和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的優(yōu)勢，可以更好地完成教學(xué)目標(biāo)。

關(guān)鍵詞 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；智慧課堂；智慧教室；實(shí)驗(yàn)室；虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境；微課；教學(xué)云平臺(tái)

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2018）09-0036-02

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以及應(yīng)用優(yōu)勢

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念與特征 虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Re-ality，簡稱VR）就是利用計(jì)算機(jī)和其他設(shè)備構(gòu)建一個(gè)三維動(dòng)畫，給人以身臨其境的模擬仿真環(huán)境。人們借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以與虛擬世界中的事物進(jìn)行交互，即使嗅覺、聽覺、觸覺等感官也有不一樣的感受。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是眾多學(xué)科技術(shù)高度交叉融合的技術(shù)，借助它，人們可以改變現(xiàn)有的空間感。它具有三個(gè)最突出的特征[1]，即沉浸性（Immersion）、交互性（Interactivity）和構(gòu)想性（Imagination）。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于教育教學(xué)領(lǐng)域的優(yōu)勢 利用虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備開展教育教學(xué)活動(dòng)，教師可以將晦澀難懂的教學(xué)內(nèi)容可視化、形象化、直觀化，降低備課和授課的難度；學(xué)生在虛擬環(huán)境中學(xué)習(xí)、做實(shí)驗(yàn)，可以身臨其境地感受事物變化，大大增強(qiáng)對抽象事物和不可見事物的感知能力，降低學(xué)習(xí)的難度，提高學(xué)習(xí)效率，增強(qiáng)興趣，同時(shí)有利于發(fā)散思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

相較于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室，在虛擬環(huán)境中做實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)所需的環(huán)境、器材、物品以及數(shù)據(jù)的采集、處理都是在計(jì)算機(jī)的處理下完成的，實(shí)驗(yàn)可以反復(fù)多次進(jìn)行[2]，不受實(shí)驗(yàn)器材、物品多少的影響。實(shí)驗(yàn)前，教師不再需要提前準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材、物品。對于破壞性實(shí)驗(yàn)，如中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)電路短路、小燈泡被燒毀等，不但可以達(dá)到同樣的實(shí)驗(yàn)效果，而且不需要考慮實(shí)驗(yàn)器材浪費(fèi)的問題。同時(shí)，在虛擬環(huán)境中做一些會(huì)產(chǎn)生有毒物質(zhì)或有毒物質(zhì)參加的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，除了可以達(dá)到相同的實(shí)驗(yàn)效果外，還可以避免因不當(dāng)操作而產(chǎn)生的不良后果。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的教學(xué)方法是通過聲音、圖像、文字、動(dòng)畫、視頻的形式傳授知識(shí)。在小學(xué)教育階段，學(xué)生的抽象思維能力相對較弱，對于某些知識(shí)的理解能力較差，如小學(xué)科學(xué)課中的太陽系。在中學(xué)教育階段，一些重要的知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)需要學(xué)生具有很強(qiáng)的抽象思維能力和理解能力，如物理學(xué)科中的天體運(yùn)動(dòng)、化學(xué)反應(yīng)過程中化學(xué)元素最外層電子的變化過程、生物學(xué)科中的基因片段結(jié)構(gòu)、數(shù)學(xué)學(xué)科中的立體幾何等，教師需要花費(fèi)很大心思，不斷重復(fù)講授這些知識(shí)點(diǎn)，而學(xué)生可能還是不明白。那么，就可以借助虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，構(gòu)建出一個(gè)模擬真實(shí)物理世界的三維虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境來解決種種難題。

虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境[3]可以給學(xué)生非常好的真實(shí)體驗(yàn)，讓學(xué)生感知到書本中的內(nèi)容。教師借助虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境開展教育教學(xué)活動(dòng)，就是一個(gè)寓教于樂的過程，不但可以讓學(xué)生觸摸到書本中的內(nèi)容，而且可以進(jìn)行互動(dòng)。虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境的構(gòu)建在一定程度上改變了教師的教學(xué)方式、學(xué)生的學(xué)習(xí)方式。借助虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備構(gòu)建的三維虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境，教師可以很輕松地開展教學(xué)活動(dòng)，將難以理解的知識(shí)點(diǎn)直觀、形象地展現(xiàn)在學(xué)生面前，讓學(xué)生能夠在很短的時(shí)間內(nèi)掌握重難點(diǎn)。如小學(xué)科學(xué)學(xué)科中關(guān)于太陽系的知識(shí)點(diǎn)，就可以讓學(xué)生通過佩戴頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備來遨游太空。虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備把學(xué)生從現(xiàn)實(shí)世界帶到浩瀚的太空，讓他們近距離多角度觀察行星的運(yùn)行軌跡、地表形狀、內(nèi)部結(jié)構(gòu)等，有利于想象力的發(fā)揮。

除此之外，虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境也可以讓學(xué)生與虛擬化的國外學(xué)生進(jìn)行口語交流練習(xí)[4]，或開展其他語種的教學(xué)活動(dòng)[5]。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在智慧課堂中的應(yīng)用案例

近年來，教師在智慧教室中開展教學(xué)活動(dòng)已經(jīng)逐步進(jìn)入常態(tài)化，教師在智慧教室內(nèi)利用移動(dòng)教學(xué)終端和智慧課堂教學(xué)云平臺(tái)，通過“拍、搜、評”等課堂互動(dòng)，快速有效地實(shí)現(xiàn)課堂交流、小組協(xié)作、信息分享、實(shí)時(shí)反饋、數(shù)據(jù)分析[6-7]。在智慧教室中引入虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，可以更好地完成教學(xué)目標(biāo)。下面就以小學(xué)科學(xué)課程“花、果實(shí)和種子”為例，談一談虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在智慧課堂中的具體應(yīng)用。

在課程引導(dǎo)階段，教師首先利用教學(xué)平板將一段描述花形成果實(shí)和種子的微課通過教學(xué)云平臺(tái)推送給學(xué)生，讓學(xué)生了解花形成果實(shí)和種子這一漫長的過程。通過微課引導(dǎo)學(xué)生思考花是如何形成種子和果實(shí)的，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生思考花在形成果實(shí)和種子的過程中，哪些結(jié)構(gòu)起到重要作用。要想讓學(xué)生明白哪些結(jié)構(gòu)起重要作用，就要鼓勵(lì)學(xué)生通過解剖、觀察的方式來尋找答案，并引導(dǎo)學(xué)生歸納總結(jié)花的結(jié)構(gòu)特征以及各個(gè)結(jié)構(gòu)的作用。

在觀察、實(shí)驗(yàn)階段，教師首先示范如何利用虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備來解剖、觀察花，然后引導(dǎo)學(xué)生以小組合作的方式展開解剖、觀察實(shí)驗(yàn)。每個(gè)小組都配有新鮮的百合花以及相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)工具，除此之外，還配有三臺(tái)虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，以供學(xué)生實(shí)驗(yàn)之用。教師要求學(xué)生不僅要?jiǎng)邮纸馄拾俸匣ǎ€要通過虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備開展解剖觀察實(shí)驗(yàn)（圖1）。

實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后，教師推送相應(yīng)的視頻資源、網(wǎng)站資源給學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生以小組為單位，根據(jù)這些資源找出所觀察到的花的各個(gè)結(jié)構(gòu)的特征、作用，并拍照上傳至教學(xué)云平臺(tái)，以供學(xué)生之間互相評價(jià)、留言討論等，達(dá)到信息共享。

最后，教師推送隨堂檢測題目給學(xué)生，用來檢測學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容掌握的程度。待學(xué)生提交答案后，教師會(huì)根據(jù)平板的統(tǒng)計(jì)結(jié)果來了解學(xué)生對知識(shí)點(diǎn)的掌握程度。如果某個(gè)學(xué)生對知識(shí)點(diǎn)掌握不好，教師就會(huì)推送相應(yīng)的微課、題庫等學(xué)習(xí)資料給他，以便于他開展個(gè)性化學(xué)習(xí)。

4 結(jié)論

在智慧課堂中，教師通過教學(xué)云平臺(tái)的數(shù)據(jù)分析功能，可以實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)地掌握每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，便于針對個(gè)別學(xué)生開展因材施教。學(xué)生將小組討論的結(jié)果拍照、上傳至教學(xué)云平臺(tái)，其過程是課堂交流、小組協(xié)作、信息分享的過程。同時(shí)，采用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法與虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備同時(shí)開展實(shí)驗(yàn)，可以大大提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和動(dòng)手能力，利于學(xué)生更好地掌握課堂內(nèi)容。

新技術(shù)是對多樣化學(xué)習(xí)方式的支撐，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)支撐課堂，需要結(jié)合具體的學(xué)科、教學(xué)環(huán)節(jié)。目前，借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開展教學(xué)活動(dòng)并能取得較好教學(xué)效果的學(xué)科有數(shù)學(xué)、化學(xué)、物理、生物、地理、科學(xué)、英語等。教師通過構(gòu)建虛擬教學(xué)環(huán)境，把難以理解、抽象、看不見、摸不著的知識(shí)點(diǎn)直觀、立體地展現(xiàn)在學(xué)生面前，學(xué)生還可以通過感官與之互動(dòng)。同時(shí)，虛擬實(shí)驗(yàn)室的建立不僅避免了實(shí)驗(yàn)器材的浪費(fèi)，也杜絕了學(xué)生因?qū)嶒?yàn)操作步驟不當(dāng)引起危險(xiǎn)的可能。

雖然虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用具有很大的潛力與應(yīng)用前景，但仍然存在技術(shù)瓶頸、相關(guān)教學(xué)資源不足等問題，需要抓緊解決這些問題，不斷深化對虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，提高教學(xué)質(zhì)量[8]。

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