基于混合現(xiàn)實技術的精準高效教學模式研究

劉麗娟 鄭軼 張程

【摘 要】混合現(xiàn)實（MR）技術有效推動了數字媒體藝術創(chuàng)作形式的創(chuàng)新發(fā)展，實現(xiàn)了創(chuàng)新水平與效率的提高。傳統(tǒng)的課堂教學模式已經無法滿足目前教學需求，因此本次研究將運用MR技術，為改善現(xiàn)有的課堂教學模式提供一種新的解決方案?；诨旌犀F(xiàn)實技術、數字媒體藝術相關概念，進行理論與實踐分析，對促進混合現(xiàn)實技術的應用水平，推動數字媒體藝術創(chuàng)新具有重要現(xiàn)實意義。

【關鍵詞】混合現(xiàn)實;精準高效;教學模式

【中圖分類號】G642?????? 【文獻標識碼】A

【文章編號】2095-3089（2019）06-0014-01

隨著時代進步，互聯(lián)網、物聯(lián)網、虛擬現(xiàn)實、云計算、大數據、人工智能等信息技術不斷涌現(xiàn)，正在深刻地改變著我們的生活、工作和學習方式。信息技術在教育領域可以得到更為廣泛地應用、深度地融合?；旌犀F(xiàn)實（Mixed Reality，簡稱MR）技術在數字媒體藝術專業(yè)中的應用，則充分認證了這一觀點，信息化技術、網絡虛擬化技術的使用進一步豐富了數字媒體藝術形式，為數據媒體產業(yè)的創(chuàng)新與可持續(xù)發(fā)展指明了方向?；诨旌犀F(xiàn)實技術的教學已經成為加強實踐教學、提高教學質量的重要手段，成為傳統(tǒng)實驗教學、實踐教學的一種有效的補充，能夠實現(xiàn)教學的高效精準。[1]

一、混合現(xiàn)實（MR）技術

混合現(xiàn)實（Mixed reality）包括增強現(xiàn)實（Augmented reality）和虛擬現(xiàn)實（Virtual reality），是合并現(xiàn)實和虛擬世界而產生的新的可視化環(huán)境。在新的可視化環(huán)境里物理和數字對象共存，并實時互動?；旌犀F(xiàn)實是在VR和AR興起的基礎上提出的一項概念，可視為VR和AR的增強版。[2]

美國率先將VR技術運用到教師教育領域，其典型是中佛羅里達大學的混合現(xiàn)實教學實訓系統(tǒng)（TeachlivE）。該系統(tǒng)通過VR技術創(chuàng)設一種虛擬和現(xiàn)實相結合的混合虛擬環(huán)境，讓師范生沉浸于一種完全“真實”的課堂環(huán)境中，訓練其教學技能、管理技能和反思技能等教育教學核心素養(yǎng)，以強化現(xiàn)實環(huán)境中教師教育實踐和反思的薄弱環(huán)節(jié)，促進教師培養(yǎng)質量的大幅度提高。[3]

《中華人民共和國國民經濟和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃綱要》中指出：“大力推進先進半導體、機器人、增材制造、智能系統(tǒng)、新一代航空裝備、空間技術綜合服務系統(tǒng)、智能交通、精準醫(yī)療、高效儲能與分布式能源系統(tǒng)、智能材料、高效節(jié)能環(huán)保、虛擬現(xiàn)實與互動影視等新興前沿領域創(chuàng)新和產業(yè)化，形成一批新增長點?！被诨旌犀F(xiàn)實技術的教學依托混合現(xiàn)實、虛擬現(xiàn)實、多媒體、人機交互、數據庫和網絡通訊等技術，構建高度仿真的虛擬實驗環(huán)境和對象，學生在高度仿真的虛擬環(huán)境中開展實驗、實踐，達到教學大綱所要求的教學目的。

二、MR技術在高效精準教學模式中應用的優(yōu)勢

基于MR技術的精準高效教學模式對于傳統(tǒng)的教育模式有著巨大的沖擊，對于現(xiàn)行的教育信息技術也產生了一定的影響。面對現(xiàn)代教育過程中所存在的諸多現(xiàn)實問題，構建合理科學完整的基于MR技術的精準高效教學模式，在神經外科專業(yè)教學中具有以下優(yōu)勢：

1.高效精準解決學生主體的學習訴求。

神經外科專業(yè)學科門類繁雜，教學內容龐大，尤其對解剖結構的立體構型和手術操作的精準把握要求較高。傳統(tǒng)的教學模式更多的以文字描述為主，結合圖片案例進行講述，對缺少實踐經驗的學生來講，不僅會感覺枯燥乏味，同時也不能有感同身受的共鳴，增加了學生知識掌握的難度。在實踐訓練中，往往很多病例，無法讓學生在患者身上操作，僅能在一些模擬人體的生物材料上練習，同實際操作相差較大，很難讓學生有手術的壓力感和緊迫感，更無法形成牢固記憶?；贛R技術，可以將靜態(tài)的文字、圖片讀物立體化，增加閱讀的互動性、趣味性和真實感，創(chuàng)設現(xiàn)實情境，通過3D模型使抽象的學習內容變得形象化、微觀的學習內容變得可視化、復雜的學習內容變得簡單化，幫助學生理解和識記抽象的概念。

2.職業(yè)情境的模擬還原。

神經外科手術要求操作精細、準確、手術創(chuàng)傷小，需要系統(tǒng)的術前設計討論、準確術中分析定位及完善的術后評價。而學生很難在短時間內熟練掌握，并得到親身操作機會，往往是初窺門徑，淺嘗輒止。利用MR技術構建的全息模型可以在術前設計、術中定位分析及術后效果評價上大幅度提高教學效率和教學效果，使學生共享全息視野，更好地參與到手術的各個環(huán)節(jié)中，這種沉浸式的交互體驗的職業(yè)情景有利于學生快速進入職業(yè)狀態(tài)。

3.構建數字化教學數據庫，實時更新教學資源。

在神經外科專業(yè)教學中，構建立體解剖數據庫，實現(xiàn)移動智能終端的交互設計及展示方式，供學習實時查閱學習，提高學生的學習效率。建立好數字化教學數據庫后，可以對數字資源的信息管理結構進行可持續(xù)性優(yōu)化，從學科教學的角度加強學科數字資源的利用性與傳播性。

三、MR技術在高效精準教學模式中應用存在的問題

1.混合現(xiàn)實設備在應用中存在眩暈的問題。

目前混合現(xiàn)實設備的代表產品有微軟HoloLens，其主要硬件由全息處理單元（CPU、GPU、HPU）、光學投影系統(tǒng)（Lcos 微投影儀、光導透明全息透鏡）、攝像頭與傳感器部分（6 個攝像頭、慣性傳感器、環(huán)境光傳感器等）、存儲部分、其他部件（耳機、麥克風、電池、結構件）等組成。學生戴上HoloLens，可以不用鍵盤、鼠標和顯示屏幕，直接使用雙手在空氣中操作，即可完成現(xiàn)在人們在電腦和手機上的所有操作，懸空操作即可完成機器人的3D建模設計任務。[4]

但是，從硬件結構來看，由于現(xiàn)在的科技還無法做到高度還原真實場景，用戶使用配置達不到要求的虛擬現(xiàn)實產品時會產生眩暈感。虛擬現(xiàn)實界面中的視覺反差較大，實際運動與大腦運動不能夠正常匹配，影響大腦對所呈現(xiàn)影像的分析和判斷，也會產生眩暈感。還有虛擬現(xiàn)實設備幀間延遲跟不上人的運動，會有微小的延遲感，當感官與幀率不同步時也會讓使用者產生眩暈感。

2.基于MR技術的數字化教學內容存在制作周期較長的問題。

虛擬現(xiàn)實產業(yè)剛起步，雖然近幾年軟硬件設備逐步完善，但開發(fā)人員和制作人員有限，成為導致基于MR技術的數字化教學內容制作周期較長的主要原因。課程資源短缺是推廣的最大瓶頸。但伴隨著虛擬現(xiàn)實的迅猛發(fā)展，未來混合現(xiàn)實技術在教學中的應用勢必帶來課堂教學方式的顛覆性改變。

四、結語

未來科技創(chuàng)新方向聚焦在人工智能、大數據分析與虛擬教育上。混合現(xiàn)實技術將會結合更多的高新科技元素，如互聯(lián)網、物聯(lián)網、虛擬現(xiàn)實、云計算、大數據、人工智能等，未來的混合現(xiàn)實技術在教育領域的發(fā)展景也將會越來越廣闊。它帶給我們的不僅僅是一個技術平臺或學習工具，它所孕育出的新型的教學模式和教學方法將廣泛地應用到課堂教學中，對于貫徹落實教育部關于“發(fā)展未來學校”和“智慧課堂改革”的設想有重大意義。MR技術能夠將虛擬對象與真實環(huán)境相融合，通過其較強的交互性能給學生帶來更多的學習樂趣，并為學生提供一種新的學習媒體和學習體驗，促使學生在愉悅的狀態(tài)下進行移動學習、自主學習、項目學習，能讓學生通過自主探究、跨界融合、團隊協(xié)作、開拓創(chuàng)新來提升核心素養(yǎng)、職業(yè)素養(yǎng)。讓混合現(xiàn)實技術與教育完美結合，將為開啟未來教育創(chuàng)新之路做出巨大貢獻。

參考文獻

[1]鄭軼.欠發(fā)達地區(qū)基于互聯(lián)網+的新媒體美術教育平臺探討[J].大眾文藝.2017.17：194.

[2]鄭軼.MR數字化可視藝術與文物保護[M].文化藝術出版社，2017.6.

[3]George Pagagiannakis. Mixed Reality and Gamification for Cultural Heritage，2017.

[4]王同聚.虛擬和增強現(xiàn)實（VR/AR）技術在教學中的應用與前景展望[J].中國電化教育，2017.3.