基于VR技術(shù)的“面對(duì)面”課堂

王銳　陳彧　馬欣彤

摘 要：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以創(chuàng)建一個(gè)高度逼真的學(xué)習(xí)情境，這種新興技術(shù)為虛擬教學(xué)中的學(xué)習(xí)者提供了極大的興趣，使傳統(tǒng)的教學(xué)過(guò)程同時(shí)具備資源共享和遠(yuǎn)程協(xié)作的特點(diǎn)?；赩R技術(shù)的“面對(duì)面”課堂，利用虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在支持多用戶在線共同學(xué)習(xí)的同時(shí)，在一定程度上改善了傳統(tǒng)教學(xué)資源不足的缺點(diǎn)。通過(guò)使用虛擬儀器、模擬儀器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)踐教學(xué)過(guò)程，形成知識(shí)、學(xué)習(xí)和實(shí)踐相結(jié)合的新型教育體系。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí);VR;虛擬教學(xué)

近幾年，隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，傳統(tǒng)的教師現(xiàn)場(chǎng)授課，學(xué)生到教室去聽課的教學(xué)模式已不能滿足當(dāng)前知識(shí)量龐大的大數(shù)據(jù)時(shí)代，與此同時(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的成熟發(fā)展可以為輔助教學(xué)提供有力手段，教師可以通過(guò)360度全景攝像機(jī)等新興設(shè)備將自己的授課過(guò)程錄制成一個(gè)完整的VR視頻，再將錄制的視頻按照內(nèi)容知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行劃分發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，這樣學(xué)生就可以根據(jù)自身狀態(tài)，按需選擇所學(xué)內(nèi)容，足不出戶就可以學(xué)習(xí)了。這不但解決了傳統(tǒng)模式下教師授課時(shí)間、空間的限制，同時(shí)也節(jié)約了大量的授課成本，學(xué)生也能在不受地理空間和時(shí)間限制的情況下進(jìn)行與傳統(tǒng)課堂效果一樣的課程學(xué)習(xí)，使師生的教學(xué)和交互更加直觀、方便。由此看來(lái)，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)引入課堂教學(xué)，已成為未來(lái)教學(xué)發(fā)展變革的必要趨勢(shì)。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality，VR）是一種通過(guò)集合3D攝影技術(shù)、虛擬成像技術(shù)和計(jì)算機(jī)領(lǐng)域相關(guān)的知識(shí)內(nèi)容，對(duì)現(xiàn)實(shí)環(huán)境進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備再次將數(shù)據(jù)特征點(diǎn)和數(shù)據(jù)集還原的一種新興技術(shù)。這種技術(shù)的特征是，它具備沉浸性、交互性和思想性。虛擬世界中的對(duì)象很多，層次結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，通過(guò)捕捉各種類型的真實(shí)數(shù)據(jù)建模、三維可視化和虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景。三維建模需要使用從現(xiàn)實(shí)生活中采集到的數(shù)據(jù)對(duì)整個(gè)視頻內(nèi)容所涉及的場(chǎng)景進(jìn)行重新建模[1]。數(shù)據(jù)采集是在CAD繪圖對(duì)象的基礎(chǔ)上，根據(jù)對(duì)象建模的標(biāo)準(zhǔn)圖進(jìn)行繪制，然后導(dǎo)入3DMAX，這樣可以減少建模對(duì)象在發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)的復(fù)雜度，不但能夠提高建模效率，還能達(dá)到精準(zhǔn)有效的目的。虛擬場(chǎng)景的建模過(guò)程是比較復(fù)雜的，在模型建立完成之后，需要進(jìn)行物理建模，物理建模包括構(gòu)建模型的材質(zhì)、形狀、紋理和運(yùn)動(dòng)等[2]。場(chǎng)景渲染和模型構(gòu)建與虛擬場(chǎng)景的比例決定了重現(xiàn)虛擬場(chǎng)景空間的大小，虛擬場(chǎng)景渲染時(shí)的幀速率也會(huì)直接影響到用戶的友好體驗(yàn)，這里要做到盡量有高水平的虛擬場(chǎng)景和模型渲染做用戶在不開機(jī)偵測(cè)的情況下，場(chǎng)景中幀數(shù)刷新率應(yīng)該超過(guò)每秒20幀。

2 基于VR技術(shù)的“面對(duì)面”課堂

目前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于軍事訓(xùn)練、航空仿真、教育、娛樂(lè)等各個(gè)領(lǐng)域。通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建立VR教室，提供與現(xiàn)實(shí)無(wú)差別的綜合教學(xué)管理功能，實(shí)現(xiàn)虛擬儀器和動(dòng)畫過(guò)程演示，使學(xué)生在網(wǎng)上完成相關(guān)課程，改進(jìn)傳統(tǒng)的枯燥乏味的課堂教學(xué)。虛擬授課以其良好的靈活性和復(fù)雜的硬件資源優(yōu)勢(shì)等優(yōu)勢(shì)，針對(duì)于虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，授課教師可以根據(jù)實(shí)際授課內(nèi)容進(jìn)行更新，隨時(shí)更新所授專業(yè)動(dòng)態(tài)資源庫(kù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程資源共享;與此同時(shí)，通過(guò)虛擬教學(xué)，也可以實(shí)現(xiàn)教學(xué)活動(dòng)的在線交流、評(píng)估和評(píng)價(jià)。慕課教學(xué)的教育理念是通過(guò)在線方式展示優(yōu)質(zhì)教育資源的低成本。慕課教育具有規(guī)模性、開放性、線性、參與自主性等特點(diǎn)[3]。本文通過(guò)VR“面對(duì)面”授課平臺(tái)，將教學(xué)課程、互動(dòng)、考核等方面從教室中釋放出來(lái)，這樣做不僅可以極大程度上降低教學(xué)成本，也可以直接面向授課群體提高教學(xué)質(zhì)量。VR課堂的建立促進(jìn)了慕課平臺(tái)建設(shè)的完善，避免了在線教學(xué)教學(xué)平臺(tái)的斷點(diǎn)現(xiàn)象，從一定程度上實(shí)現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的共享。

VR課堂為學(xué)生們提供了安全、舒適、不受限制的開放式教學(xué)環(huán)境，授課過(guò)程還原了現(xiàn)實(shí)的的教室和授課內(nèi)容，具有硬件資源少、交互性好等優(yōu)點(diǎn)，深受網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的青睞。結(jié)合慕課的授課理念與經(jīng)驗(yàn)，充分利用授課教師與教學(xué)資源，構(gòu)建開放、交互、共享的虛擬教學(xué)平臺(tái)。在完成授課目標(biāo)的整個(gè)過(guò)程中，授課群體的學(xué)習(xí)變得更為沉浸，課程內(nèi)容變得更加直觀，幫助他們深入淺出了解學(xué)習(xí)內(nèi)容，用戶體驗(yàn)有了質(zhì)的提高。

改革傳統(tǒng)教學(xué)模式，應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建設(shè)開放式教室授課，利用慕課優(yōu)質(zhì)資源共享這一理念，實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源共享，學(xué)生全面發(fā)展的目的。在教學(xué)過(guò)程中利用課堂互動(dòng)的優(yōu)勢(shì)，為學(xué)生創(chuàng)造“自主學(xué)習(xí)”和多樣化、實(shí)用化、個(gè)性化的實(shí)踐環(huán)境，充分發(fā)揮學(xué)生的主體地位和教師的主體地位，學(xué)生可以選擇網(wǎng)上授課課程和章節(jié)進(jìn)行學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)全開放的自主教學(xué)。利用虛擬授課教學(xué)，將相關(guān)課程的教學(xué)環(huán)節(jié)整合，優(yōu)化慕課理念，制定課程目標(biāo)，完善評(píng)價(jià)體系，以待解決問(wèn)題（任務(wù)）→如何解決問(wèn)題（教學(xué)）→歸納分析（總結(jié)改進(jìn)）→拓展創(chuàng)新梯度遞進(jìn)式組織教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用和行業(yè)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)開發(fā)學(xué)生教學(xué)內(nèi)容，分階段培養(yǎng)學(xué)生的認(rèn)知能力和創(chuàng)新能力，把課程教學(xué)變成一項(xiàng)有趣、富有挑戰(zhàn)性和實(shí)踐性的工作。使學(xué)生熟練掌握虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)等相關(guān)信息技術(shù)來(lái)自主學(xué)習(xí)和培訓(xùn)熟練學(xué)生解決問(wèn)題的意識(shí)和能力，提高學(xué)生的信息素養(yǎng)。通過(guò)虛擬教學(xué)系統(tǒng)，將教師科研的新成果應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，在課程內(nèi)容中加入新技術(shù)，加強(qiáng)設(shè)計(jì)性、綜合性、創(chuàng)新性教學(xué)。通過(guò)開放課程資源，鼓勵(lì)和吸引更多的學(xué)生參與大學(xué)生的研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。這種教學(xué)模式符合實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中學(xué)生操作和教師指導(dǎo)的特點(diǎn)，為實(shí)踐教學(xué)網(wǎng)絡(luò)化改革提供了科學(xué)合理的教學(xué)體系。

3 結(jié)語(yǔ)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制的飛速擴(kuò)張是VR課堂實(shí)現(xiàn)的硬件基礎(chǔ)。慕課環(huán)境下虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與傳統(tǒng)模式教學(xué)相結(jié)合，改善了傳統(tǒng)教學(xué)環(huán)境，優(yōu)化了實(shí)際教學(xué)過(guò)程，提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與度[4]。在授課教師的指導(dǎo)下，學(xué)生可以有選擇的自主學(xué)習(xí)、自由學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、不限時(shí)間與空間的多元化發(fā)展。這種新興授課方式，一方面，推進(jìn)了教學(xué)改革，也側(cè)面的引導(dǎo)了學(xué)生接觸新技術(shù)、新知識(shí)，了解社會(huì)動(dòng)態(tài)，更好地適應(yīng)現(xiàn)實(shí)社會(huì)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo);另一方面，讓更多的學(xué)生間接參與課堂內(nèi)容，提高實(shí)際教學(xué)質(zhì)量。跨學(xué)科研究的意識(shí)和創(chuàng)新能力，最大限度地共享傳統(tǒng)學(xué)校的教學(xué)資源。

參考文獻(xiàn)：

[1]姜洋.VR技術(shù)在藝術(shù)設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用與研究[J].大眾文藝，2019（19）：215-216.

[2]李加貝.基于VR的沉浸式在戲曲教學(xué)中的運(yùn)用[J/OL].黃河之聲，2019（18）：70-71.

[3]陳雨霞.VR技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)產(chǎn)品與流通，2019（09）：220.

[4]展俊娟.VR技術(shù)在初中生物教學(xué)中的應(yīng)用[J].課程教育研究，2019（37）：163.

課題：本課題由吉林省吉林市北華大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目（編號(hào)：201811923086）資助