信息技術(shù)視域下基于VR的線上線下混合式教學模式的實踐研究

張玉霞，劉艷輝，張志剛

（邯鄲學院 a.信息工程學院 b.電子信息工程實驗與實訓中心，河北 邯鄲056005）

一、引言

2020年新冠肺炎疫情的影響給各行各業(yè)帶來了巨大的沖擊，也給新興行業(yè)帶來了機遇。教育行業(yè)也因此發(fā)生了重大改變，為了保障教學進度，各大高校積極創(chuàng)設(shè)網(wǎng)絡(luò)學習環(huán)境，紛紛利用雨課堂、超星學習通、大學慕課等各類網(wǎng)絡(luò)教學平臺以及釘釘、QQ、騰訊會議等直播平臺等多種平臺的綜合使用開展線上教學。這種線上教學模式為學生提供更大的自由和時間空間，更廣泛的資源池，更多樣的學生與教師、學生與學生、學生與教學資源的互動關(guān)系。學生的自由度更大，自主性和領(lǐng)導(dǎo)性更突出，加快了以學生為中心的學習框架的形成。但是由于學生學習能力和自主能力水平不一，部分學生缺乏自律性，自我約束能力差，加之線上教學或直播教學的互動性較差、線上學習過程監(jiān)管力度薄弱等多種因素，導(dǎo)致線上教學的效果不是很理想。如今，在新冠肺炎疫情防控常態(tài)化的背景下，隨著學生分批返校復(fù)課，線下教學將陸續(xù)開展，但是信息技術(shù)與教育教學深度融合的趨勢不會改變。“線上+線上”混合式教學模式更能體現(xiàn)學生的主導(dǎo)性和發(fā)展性，比單純的線上或者線下教學模式學習效果更好，并且常態(tài)化疫情防控更是需求學生擁有更靈活、高效、便捷的學習模式。如何將“線上+線下”教學模式深度融合，提升學生線上線下混合式學習效果是未來高效大規(guī)模應(yīng)用混合式教學模式的重點和難點。

隨著技術(shù)發(fā)展的日新月異，以大數(shù)據(jù)、云計算和虛擬現(xiàn)實技術(shù)為代表的新一代信息技術(shù)在教育領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，也為教育行業(yè)的發(fā)展帶來了新的機遇。虛擬現(xiàn)實技術(shù)（Virtual Reality Technology），簡稱VR 技術(shù)，基于VR 技術(shù)可為學習者提供以計算機等高科技設(shè)備為載體的集“嗅覺”“聽覺”“觸覺”和“視覺”等多種體驗為一體的虛擬交互環(huán)境。與傳統(tǒng)教學媒體形式相比，VR 技術(shù)具有典型的“3I”特征，即 Interactivity 性、Immersion 性和 Imagination 性。由此能夠為學習者創(chuàng)造逼真、身臨其境的教學虛擬環(huán)境，并起到個性化教學、增強學習體驗、激發(fā)學生學習動機的作用。因此將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用在教育領(lǐng)域，將顛覆教學內(nèi)容的學習方式，能夠讓學生在虛擬的環(huán)境中參與教學內(nèi)容互動，解決傳統(tǒng)課堂中互動性、情境性、沉浸性不強的問題，在高等教育的實踐教學中將具有廣闊的應(yīng)用前景。

二、虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用到線上線下教學實踐活動中

（一）線上線下混合式教學模式的特點

線上線下混合式教學模式，其實就是將基于互聯(lián)網(wǎng)的線上優(yōu)質(zhì)學習資源與傳統(tǒng)的課堂教學相結(jié)合的一種教學模式。學習者可以通過網(wǎng)絡(luò)及時獲取不同的最新的課程資源，可以隨時隨地在可以接入網(wǎng)絡(luò)的前提下獲取教學資源，完成自主學習與預(yù)習等，同時結(jié)合課堂上教師的面對面講授更深入理解課程內(nèi)容。這種教學模式要求教師在課前完成在線平臺上教學資源準備工作，包括視頻錄制或者選擇其他優(yōu)質(zhì)視頻、題庫建設(shè)、作業(yè)建設(shè)、測驗建設(shè)等工作，同時設(shè)置好時間節(jié)點按時發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)教學平臺上，并在教學設(shè)計中明確制定線上線下的教學內(nèi)容，上課前完成線上平臺的資源學習和作業(yè)，課堂上完成面對面難度較高的知識點講解與檢驗，開展作業(yè)、實驗、測驗等活動。因此這樣的教學方式讓全國乃至全球范圍內(nèi)的學生實現(xiàn)了一定程度上知識共享與自主交流，是一種有發(fā)展前景的教學模式。但是該種模式學習環(huán)境單一，線上學習以視頻為主，媒體資源不夠豐富，互動方式單一也不及時，對學生的管束較少，學生自我約束能力直接影響到學習的質(zhì)量；而線下學習仍以教師講授為主，雖然能夠完成互動，但不能很好的實現(xiàn)以學生為中心的教學目標。因此需要結(jié)合新技術(shù)或者學習工具，引入到線上線下混合式教學過程中，將線上學習視頻和線下課堂講授的知識進行具象展示的輔助工具，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展給這一難題帶來了解決途徑。

（二）虛擬教學空間的構(gòu)建

針對目前線上線下混合教學模式的不足，設(shè)想通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)建一個虛擬教學空間，即利用計算機、網(wǎng)絡(luò)、多媒體、虛擬現(xiàn)實設(shè)備等信息技術(shù)構(gòu)建一種類似傳統(tǒng)“現(xiàn)實課堂”的虛擬教學空間。教師和學生在“虛擬空間”開展各種教學活動，虛擬空間以兩種形式展示，虛擬課堂空間和虛擬學習空間。虛擬學習空間直接以WEB形式接入到在線教學平臺中，在虛擬學習空間內(nèi)，可以實現(xiàn)在線視頻的中間問答環(huán)節(jié)，比如視頻講解過程中，設(shè)置任務(wù)點，以虛擬學習空間的方式，讓學生接入，學生以手機作為外部接入設(shè)備，以角色模擬的方式實現(xiàn)問答環(huán)節(jié)，同時可以添加游戲化的元素到虛擬學習空間中，讓學生以游戲的狀態(tài)完成角色任務(wù)，增加在線資源的吸引度和游戲性；而虛擬教學空間是在具備虛擬現(xiàn)實外設(shè)設(shè)備條件的高校中，諸如頭盔、手柄、眼鏡等接入設(shè)備，在線下面對面教學中，采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)模擬一個教學過程，讓學生以沉浸式的方式融入到虛擬課堂空間中，學生選擇虛擬角色，參與聽課，討論與互動，以此完成線下教學活動，提高學生參與的積極性和興趣，加強以學生為中心的教學實踐。

同時虛擬空間也具有課程介紹、課程學習大綱、學習指導(dǎo)、參考資料等所有現(xiàn)實課堂應(yīng)有的教學文件，幫助學生完成線下預(yù)習與復(fù)習。該空間還具有在線自測、線上答疑、實驗仿真、導(dǎo)師一對一互答等功能模塊，提高學生自主學習能力。虛擬空間從時間、空間上形成一種虛擬的立體教學模式， 該方式支持多方向、深層次、遠距離、跨國域的師生和生生互動，打破了傳統(tǒng)教學在時間、地域、次數(shù)、進度甚至語言障礙的限制，形成一種虛實結(jié)合的全新教學活動，即將現(xiàn)實課堂融入到虛擬環(huán)境中，學生可以不受空間、語言的約束，自由言談與交流，實時解決疑問，完成教學內(nèi)容。

再次，教師可以根據(jù)個人專項開設(shè)自己的虛擬空間，學生可以實時選擇自己的課程導(dǎo)師，并可以根據(jù)自己的學習情況和水平選取名師教學。高校教師可以設(shè)置自己的虛擬教學空間，制定授課時間和授課內(nèi)容，線上通知到自己的學生，學生只需按時加入虛擬教學空間即可完成相應(yīng)的教學。名師也可以設(shè)置自己的技能專項輔導(dǎo)和時間，開設(shè)虛擬空間，線上通知學生，學生按時加入，然后進行教學活動，和導(dǎo)師實時互動，和學生實時交流，完成教學活動。

（三）基于虛擬現(xiàn)實的混合教學模式的實施與實踐應(yīng)用

基于虛擬教學空間的線上線下混合式教學模式主要包括四個階段：（1）線上+虛擬學習階段。該階段主要是學生通過網(wǎng)絡(luò)教學平臺進行線上學習，包括知識預(yù)習、視頻學習、思維導(dǎo)圖建立等內(nèi)容，并且在學習過程中通過虛擬學習空間完成知識問答與智能答疑的環(huán)節(jié)，鞏固線上學習的掌握程度。（2）線下課堂+虛擬課堂的學習階段。該階段通過傳統(tǒng)課堂的面對面講授、互動、提問等環(huán)節(jié)，解決重難點知識點的講授與練習，并通過虛擬課堂空間，讓學生和教師通過穿戴虛擬外設(shè)設(shè)備以沉浸式的方式進入虛擬教學活動中，完成重難點知識的學習，提高課堂體驗感和課堂活躍度，提高課堂教學吸收效果。（3）線上線下+虛擬拓展學習階段。該階段學生需要完成線上拓展作業(yè)、測驗、虛擬實驗等任務(wù)，鞏固所學知識點，教師可以設(shè)置智能答疑（虛擬空間完成），個性化教學等，學生可以利用線上虛擬教學空間完成和教師的實時交流與問題解決，完成拓展學習，當然，學習者也可以探索、訪問其他感興趣的課程或者教師，選擇性學習，擴展自己的知識面。（4）評價反饋階段。此階段教師可以通過問卷調(diào)查、討論、座談等形式，了解學生線上自學情況和課下知識鞏固情況，根據(jù)學生學習的數(shù)據(jù)記錄以及反饋意見，掌握學生的學習狀態(tài)和實時需求，對學生制定個性化指導(dǎo)與交互，及時調(diào)整教學內(nèi)容與方式方法，進行再實踐、再改進?；谔摂M現(xiàn)實的混合式教學模式的實施如圖所示。

圖.基于虛擬現(xiàn)實的線上線下混合式教學模式

三、基于虛擬現(xiàn)實的高校教學改革應(yīng)用與教學效果

虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為一種新媒體引入到線上線下混合式實踐教學中，其交互性、沉浸式的身臨其境的體驗特征，能調(diào)動學生的學習的積極性和主動性，提高了學生自主學習的能力，為教師與學生、學生與學生之間提供了一個不受時間空間限的交互學習平臺，即實現(xiàn)了傳統(tǒng)課堂上“教師、媒體、學生”三位一體的全方位互動，又增加了線上課程學習過程的趣味性，具體應(yīng)用效果包括以下幾個方面：

（一）在時間空間不限的范圍內(nèi)推動優(yōu)質(zhì)資源共享

虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用到高效教學活動中帶來了巨大的變革，教師和學生可以在不受時間空間限制的情況下進行教與學。各高校教師都可以開設(shè)線上虛擬教學空間，而學生也可以根據(jù)自己的興趣愛好選擇合適的課程參與學習；學生可以選擇名師，可以選擇名課堂，教師也可以雙向選擇學生；同時虛擬教學空間實現(xiàn)了學生與教師的智能互動。這在很大程度上推動了各高校實現(xiàn)教學資源共享，實現(xiàn)學生隨時隨地學習和愿意參與學習的目標。

（二）游戲化設(shè)計，增強課堂參與度

虛擬教學空間增加了游戲化元素設(shè)計，學習者可以選擇角色，以模擬角色的身份參與教學活動和任務(wù)闖關(guān)等。這讓學生體會到了以學生為中心的主體性，提高了個人成就感，增強了學生參與的熱情和主動學習的積極性。

（三）虛實結(jié)合，提高教學活動體驗度

傳統(tǒng)的課堂教學以教師講授學生聽課的方式，不僅缺乏交互性，形式單一枯燥，學生積極性差。通過將虛擬教學空間應(yīng)用到課堂教學中，實現(xiàn)虛實結(jié)合的教學方式，以虛擬現(xiàn)實技術(shù)輔助課堂教學過程，利用其沉浸式的學習情境，尤其是實踐性比較強的課程，讓學生“身臨其境”，從而大大地提高學習效率。加上個性化的個人線上智能虛擬輔導(dǎo)，針對不同學生的掌握情況，實現(xiàn)因材施教。因此將課堂教學與虛擬現(xiàn)實技術(shù)有效融合在一起，相輔相成，才能夠發(fā)揮該教學模式的最大效果。

（四）推動教學模式信息化改革的發(fā)展

在這個信息化飛速發(fā)展的時代，知識、技術(shù)更新速度極快，因此必須讓信息化走入課堂，豐富教學內(nèi)容，提高教學靈活性，使得課堂沖破時空限制。高校應(yīng)當以學生為基礎(chǔ)，構(gòu)建優(yōu)質(zhì)的教學環(huán)境，明確新技術(shù)新媒體等信息化手段對專業(yè)培養(yǎng)的推動作用，并以信息化技術(shù)為輔助，完善現(xiàn)階段的教學理念和教學模式，引導(dǎo)學生自主性和創(chuàng)新性，保證教學內(nèi)容生動化與多樣化，進一步激發(fā)學生主觀學習的能動性，提高學生學習的質(zhì)量，保障高校教學的水平和質(zhì)量，以推動信息化技術(shù)在高等教育中的應(yīng)用。

（五）推動人才隊伍建設(shè)

教師作為教育的引導(dǎo)者，是教育改革的倡導(dǎo)者與執(zhí)行者。教師教學水平的提高，除了引進優(yōu)秀人才之外，還要培養(yǎng)具有潛力的在職人員。因此創(chuàng)建良好的教學團隊是保障教學改革順利實施和持續(xù)改進的關(guān)鍵因素。虛擬現(xiàn)實技術(shù)引入線上線下教學活動中，不僅要求教師掌握實踐操作能力，還需要掌握虛擬現(xiàn)實技術(shù)開發(fā)的軟件研發(fā)與維護能力。因此該教學模式的實施需要建設(shè)這樣的團隊，既要經(jīng)驗豐富的課堂教學人才，有需要懂得技術(shù)掌握實操的應(yīng)用人才，同時還要具備研發(fā)、維護和持續(xù)改進軟件能力的技術(shù)人才。這樣的團隊建設(shè)可以有效保障高校教學研究和改革的良性循環(huán)，有助于多類型教師形成互幫團隊，融合多技術(shù)人才，保障人才隊伍的先進性和穩(wěn)定性，進而推動高等教育與現(xiàn)代信息技術(shù)的深度融合。

綜合來看，這種教學模式對現(xiàn)有的主流教學模式進行了補充與改良。將多種教學模式進行對比，對比情況如下表所示：從對比的內(nèi)容中可以看出，虛擬現(xiàn)實融合混合式教學模式不僅在教學資源以及教學方式上發(fā)生了改變，在互動與交流方面也發(fā)生很大的改變，而這些改變恰恰適應(yīng)了學生對于創(chuàng)新性學習的要求，也在很大程度上提高了學生的參與度和積極性。

表.多種教學模式對比結(jié)果

四、結(jié)束語

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展對未來高校教學將產(chǎn)生深遠影響。在本研究中，通過采用“虛擬教學空間+線下課堂”相結(jié)合的混合式教學，將基礎(chǔ)知識線上化，重點知識精確化、難點知識課堂化、實踐知識體驗化，讓學生在虛擬現(xiàn)實的情境中開展實踐知識的學習與交流，實時互動，同時改變了傳統(tǒng)課堂教師講授為主的方法，體現(xiàn)了以學生為中心，教師為輔導(dǎo)的教育理念，重新設(shè)計教學內(nèi)容，豐富教學素材與教學方式，以前所未有的虛擬教學方式，引導(dǎo)學生融入線上線下混合式教學過程中，提高了學生學習的興趣和動力，提高了學習效率，充分發(fā)揮了學生的自主學習和管理能力。因此開展基于虛擬現(xiàn)實的混合式教學模式改革，實現(xiàn)虛實結(jié)合，優(yōu)化和創(chuàng)新了現(xiàn)有的教學模式，實現(xiàn)了提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的目標，為學生可持續(xù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，對高校教學改革具有較強的實踐參考意義。