VR技術(shù)與傳統(tǒng)教育深度融合

陳清奎 何芹 李學(xué)東 徐楠 王全景 王忠雷

計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)的使用是人類發(fā)展史上的第五次信息技術(shù)革命，這場(chǎng)革命引發(fā)了教育行業(yè)的一次深刻變革。隨著教育形式的多樣化及前沿信息技術(shù)在教育領(lǐng)域的深入應(yīng)用，基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR技術(shù)）的教學(xué)模式，推動(dòng)越來(lái)越多的教育活動(dòng)通過(guò)重塑學(xué)習(xí)方式回歸教育本質(zhì)，對(duì)培育創(chuàng)新型、實(shí)踐型人才，并普及教育理念產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。

大勢(shì)之向，未來(lái)已來(lái)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它通過(guò)對(duì)人的視覺、聽覺、觸覺等作用，使人產(chǎn)生一種身臨其境的視景仿真，使人們通過(guò)計(jì)算機(jī)可以進(jìn)入VR虛擬環(huán)境，并能操縱系統(tǒng)中的對(duì)象與之進(jìn)行交互，得到與現(xiàn)實(shí)世界幾乎同樣的感受。VR技術(shù)獨(dú)具的沉浸性、交互性、構(gòu)想性等特點(diǎn)，使之與教育的融合天衣無(wú)縫，大放異彩。

依據(jù)《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011—2020年）》以及教育部針對(duì)“開展國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)”的通知等系列政策要求，大力實(shí)施信息技術(shù)與高等教育的融合，開發(fā)VR資源與平臺(tái)，建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心成為各高校發(fā)展信息化教育的重要途徑。

2018年，教育部辦公廳根據(jù)《教育信息化“十三五”規(guī)劃》的總體部署，印發(fā)了《2018年教育信息化和網(wǎng)絡(luò)安全工作要點(diǎn)》，明確將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)列入教育信息化的年度重點(diǎn)工作任務(wù)，推動(dòng)信息化2.0，要求全國(guó)高校、中小學(xué)、職教等深入推進(jìn)信息技術(shù)與高等教育教學(xué)深度融合。以VR技術(shù)為代表的現(xiàn)代化信息技術(shù)在教育中的應(yīng)用，將成為加快教育現(xiàn)代化建設(shè)的重要舉措，也必將成為整個(gè)教育創(chuàng)新體系的重要組成部分。

革故鼎新，集之大成

山東建筑大學(xué)以機(jī)械工程學(xué)科的數(shù)字化建設(shè)為起點(diǎn)，歷經(jīng)近十年的探索研發(fā)、應(yīng)用推廣及積累沉淀，將VR技術(shù)與教學(xué)過(guò)程深度融合，創(chuàng)造性地提出了“VR+”教學(xué)模式的新理念，構(gòu)建了“VR+課堂教學(xué)”“VR+實(shí)驗(yàn)教學(xué)”“VR+實(shí)訓(xùn)教學(xué)”和“VR+自主學(xué)習(xí)”的全新教學(xué)模式。

1.VR+課堂教學(xué)

傳統(tǒng)教學(xué)中將知識(shí)扁平化的講解方法令學(xué)生難以理解抽象晦澀的理、工、醫(yī)等學(xué)科類知識(shí)，且降低了學(xué)習(xí)興趣及學(xué)習(xí)質(zhì)量。而應(yīng)用VR、AR、動(dòng)漫游戲等先進(jìn)視覺傳達(dá)理論與技術(shù)，建設(shè)具有直觀展現(xiàn)、情境體驗(yàn)、富有感染力的三維可視化VR教學(xué)資源及VR展示系統(tǒng)，將知識(shí)點(diǎn)細(xì)致剖析、講解，則能從根本上解決難講、難懂的問(wèn)題。

在實(shí)際教學(xué)活動(dòng)中，教師可利用觸控VR“黑板”，將傳統(tǒng)黑板的板書教學(xué)、PPT多媒體教學(xué)與VR教學(xué)資源相結(jié)合，可借助觸控VR“黑板”，調(diào)取VR資源進(jìn)行任意板書、自由表達(dá)。VR教學(xué)資源實(shí)現(xiàn)了文字到圖形圖像的轉(zhuǎn)化、2D到3D的轉(zhuǎn)化、靜態(tài)到動(dòng)態(tài)的轉(zhuǎn)化、單向到交互的轉(zhuǎn)化，使工作原理、機(jī)械結(jié)構(gòu)等知識(shí)與信息的傳達(dá)更加形象、活潑、精準(zhǔn)、透徹、全面；學(xué)生佩戴便攜式3D眼鏡，即時(shí)在VR“黑板”上觀看“3D”影像的教學(xué)資源，提高了學(xué)習(xí)趣味性，提升了教學(xué)效率。

2.VR+實(shí)驗(yàn)教學(xué)

在實(shí)踐教學(xué)中，很多實(shí)驗(yàn)存在高成本、高危險(xiǎn)、高污染、長(zhǎng)周期、大規(guī)模、綜合性等特點(diǎn)，導(dǎo)致必需的實(shí)驗(yàn)無(wú)法開出、必需的實(shí)訓(xùn)無(wú)法進(jìn)行等。利用VR技術(shù)，則可以徹底打破時(shí)間與空間的限制，大到宇宙天體，小至原子粒子，都可以進(jìn)入內(nèi)部進(jìn)行觀察，并完成現(xiàn)實(shí)中難以進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

“VR+實(shí)驗(yàn)教學(xué)”以VR技術(shù)為核心，研發(fā)VR實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源，包括“教—學(xué)—練—考”等模塊，充分利用VR、AR技術(shù)對(duì)知識(shí)傳達(dá)更加富有表現(xiàn)力和感染力的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)與虛擬對(duì)象深度交互，模擬機(jī)械拆裝、操控與維修，感受情境式體驗(yàn)。

我們還創(chuàng)新性提出了“VR實(shí)驗(yàn)三步法”：第一步，學(xué)生通過(guò)手機(jī)APP及3D版實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)，并上傳實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告至VR實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理平臺(tái)；第二步，實(shí)驗(yàn)教師利用VR“黑板”講解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；第三步，學(xué)生進(jìn)行真實(shí)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)生遇到問(wèn)題，借助手機(jī)APP自主指導(dǎo)完成實(shí)驗(yàn)。

3.VR+實(shí)訓(xùn)教學(xué)

虛擬現(xiàn)實(shí)具有的沉浸性和交互性特點(diǎn)，使學(xué)生能夠在虛擬的學(xué)習(xí)環(huán)境中扮演一個(gè)角色，全身心地投入到學(xué)習(xí)環(huán)境中，這就有利于學(xué)生完成各種實(shí)操項(xiàng)目的技能訓(xùn)練。由于虛擬的訓(xùn)練系統(tǒng)無(wú)任何危險(xiǎn)，學(xué)生可以反復(fù)練習(xí)，直至掌握操作技能為止。

在實(shí)際的“VR+實(shí)訓(xùn)”教學(xué)活動(dòng)中，學(xué)生通過(guò)手機(jī)APP及3D版實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書進(jìn)行知識(shí)預(yù)習(xí)，并上傳預(yù)習(xí)報(bào)告至VR實(shí)訓(xùn)教學(xué)管理平臺(tái)；實(shí)訓(xùn)教師利用VR“黑板”講解實(shí)訓(xùn)內(nèi)容；學(xué)生進(jìn)行實(shí)訓(xùn)，實(shí)訓(xùn)過(guò)程中學(xué)生遇到問(wèn)題，借助手機(jī)APP自主指導(dǎo)完成實(shí)訓(xùn)。

4.VR+自主學(xué)習(xí)

針對(duì)高度仿真、交互操作的三維可視化VR教學(xué)資源，依托WebVR技術(shù)，搭建起VR教學(xué)資源共享平臺(tái)，支持PC版、IPad版、手機(jī)版等多終端、多版本應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)了學(xué)生“不限時(shí)間、不限地點(diǎn)”的自主學(xué)習(xí)、反復(fù)學(xué)習(xí)，并為構(gòu)建“沒有圍墻的大學(xué)”、打造“人人皆學(xué)、處處可學(xué)、時(shí)時(shí)能學(xué)”的學(xué)習(xí)型社會(huì)，提供了實(shí)質(zhì)性的學(xué)習(xí)資源與平臺(tái)保障。

施用累能，推而廣之

“VR+”教學(xué)模式使知識(shí)傳授與學(xué)習(xí)更符合認(rèn)知規(guī)律，達(dá)到了教師易教、學(xué)生易學(xué)的教學(xué)效果。

本模式在山東建筑大學(xué)已實(shí)施5年，陸續(xù)建成了28門課程的VR教學(xué)資源，取得了17項(xiàng)軟件著作權(quán)，編寫了9本3D版教材，研發(fā)了VR“黑板”，建成了27個(gè)VR實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)。

“VR+”教學(xué)模式首先在機(jī)械工程學(xué)科全面應(yīng)用，并向材料工程、土木工程等學(xué)科輻射推廣，現(xiàn)已應(yīng)用于機(jī)械電子工程、材料工程等十余個(gè)專業(yè)，受益學(xué)生7000余人。

嶄新的技術(shù)，為我們帶來(lái)了嶄新的教育思維，并深刻影響著我們的教育方式。結(jié)合互動(dòng)游戲、情境化學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)、實(shí)操實(shí)訓(xùn)等多種特性的VR技術(shù)，為我們營(yíng)建起一方觸手可及的精致環(huán)境，在這里，我們調(diào)動(dòng)所有的感官去傾聽，去體味，去記憶，去領(lǐng)會(huì)，去追尋教育的本真意義。