VR/AR技術(shù)在高校教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)踐

王芳 李建 汪偉

摘要：隨著教育信息化2.0和VR時(shí)代的到來，為落實(shí)“教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃”和“中國(guó)教育現(xiàn)代化 2035”，教育者要抓住新機(jī)遇，積極研究、探索、實(shí)踐、創(chuàng)新教學(xué)模式，提升教育信息化水平和教學(xué)效果。梳理了VR/AR技術(shù)的基本概念和發(fā)展歷程，介紹了高校VR/AR專業(yè)設(shè)置，結(jié)合作者所在學(xué)?；赩R/AR的虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)，分析探討了VR/AR技術(shù)對(duì)高校虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的推動(dòng)作用、教學(xué)模式的創(chuàng)新實(shí)踐，提出了未來基于VR/AR多節(jié)點(diǎn)教學(xué)模式的研究和發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：教育信息化;VR/AR;沉浸式教學(xué);虛擬實(shí)驗(yàn)室;多節(jié)點(diǎn)教學(xué)模式

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）25-0031-05

Abstract： With the coming of educational information 2.0 and VR Era， educators should seize the new opportunity， actively research， explore， practice and innovate the teaching mode to improve the level of education informationization and the teaching effect in order to implement“the Action Plan of Education Informationization 2.0”and“the Modernization of Chinese Education 2035”.This paper combs the basic concepts of VR/AR technology and development， introduces the VR/AR major establishment in universities.Combining with the virtual reality laboratory construction and virtual reality experiment practice teaching based on VR/AR in the author's Universities， this paper analyzes thepromote effect of VR/AR technology in virtual experimental teaching in universities and teaching mode innovation practice，puts forward the research and development directionofmulti-node teaching model based on VR/AR in the future.

Keywords：educational informatization;virtualreality/augmentedreality;immersion teaching;virtual laboratory;Multi-node teaching model

被譽(yù)為“信息社會(huì)先驅(qū)”的Marshall McLuhan（馬歇爾·麥克盧漢）指出——?dú)v史是一部媒介形態(tài)發(fā)展的歷史。從口口相傳、手寫記載、印刷時(shí)代、互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代、VR/AI時(shí)代，人類社會(huì)的傳播媒介不斷發(fā)展突破新形態(tài)，不斷追求更高效、便捷、生動(dòng)的傳播形式和效果。

教育是國(guó)家發(fā)展大計(jì)的重中之重，結(jié)合國(guó)家“互聯(lián)網(wǎng)+”、大數(shù)據(jù)、新一代人工智能等重大戰(zhàn)略任務(wù)安排，2018年教育部印發(fā)《教育部關(guān)于加快建設(shè)高水平本科教育全面提高人才培養(yǎng)能力的意見》[1]和《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》[2]，國(guó)務(wù)院 2019 年印發(fā)《中國(guó)教育現(xiàn)代化 2035》[3]，提到要加快高校信息化建設(shè)，增強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng)。2019 年4月，教育部、科技部、工業(yè)和信息化部等 13 個(gè)部門在天津聯(lián)合啟動(dòng)“六卓越一拔尖”計(jì)劃 2.0，發(fā)展新工科、新醫(yī)科、新農(nóng)科、新文科，全面提升高校本科教育質(zhì)量。教育部科技發(fā)展中心于2019年5月成立了虛擬現(xiàn)實(shí)研究中心，將“推動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域的深度應(yīng)用”，以VR 技術(shù)推動(dòng)教育變革和產(chǎn)業(yè)變革[4]。

2020年全球疫情的特殊時(shí)期，“互聯(lián)網(wǎng)+教育”越發(fā)受到重視，VR/AR+教育正大步走進(jìn)高校校園，為教師帶來全新教學(xué)模式，為學(xué)生帶來生動(dòng)真實(shí)的沉浸式課堂。屠明將[5]針對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的問題，依托“VR+5G”技術(shù)優(yōu)勢(shì)，架構(gòu)融合虛實(shí)相生情境性、多元一體分布性、人際交互實(shí)時(shí)性與教學(xué)方式多態(tài)性為一體的分布式教學(xué)模式，探討教育信息化和實(shí)踐教學(xué)創(chuàng)新發(fā)展的理論模型與實(shí)現(xiàn)策略。

劉清堂[6]利用元分析方法對(duì)國(guó)際英文期刊發(fā)表的30項(xiàng)虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)證研究結(jié)果進(jìn)行研究和定量綜合分析，研究結(jié)果表明虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果具有中等程度的積極影響作用，建議虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要“因?qū)W生而異，因?qū)W科而異”，虛擬實(shí)驗(yàn)開展要“注重引導(dǎo)，加強(qiáng)協(xié)作”，虛擬實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)要“多元評(píng)價(jià)，重視過程”。

段汝林[7]設(shè)計(jì)了基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的高校在線實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，采用服務(wù)器/客戶機(jī)體系架構(gòu)，擁有豐富的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)資源，實(shí)現(xiàn)在線實(shí)驗(yàn)仿真教學(xué)，交互性強(qiáng)，推動(dòng)了教育信息化發(fā)展。

本文在研讀國(guó)家政策和各種文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合作者所在學(xué)校基于VR/AR的虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)，探討了VR/AR技術(shù)對(duì)高校虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的推動(dòng)作用、教學(xué)模式的創(chuàng)新實(shí)踐，以及對(duì)高校教學(xué)質(zhì)量提升的促進(jìn)作用。

1 VR/AR技術(shù)概述

虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）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)，它利用計(jì)算機(jī)等技術(shù)生成一個(gè)逼真的、具有視、聽、觸等多種感知的虛擬環(huán)境，用戶通過使用各種交互設(shè)備，同虛擬環(huán)境中的實(shí)體相互作用，產(chǎn)生身臨其境感覺的交互式視景仿真和信息交流，是一種先進(jìn)的數(shù)字化人機(jī)接口技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一門新興的跨學(xué)科尖端技術(shù)，它的研究、開發(fā)和使用是一項(xiàng)技術(shù)要求比較高的工作，它需要有相應(yīng)的軟硬件系統(tǒng)環(huán)境配套進(jìn)行，系統(tǒng)環(huán)境除了完善的虛擬仿真開發(fā)平臺(tái)之外，還要求具有身臨其境的三維沉浸感，這種沉浸感主要通過具有高度沉浸感的立體視覺環(huán)境、實(shí)時(shí)交互系統(tǒng)和三維音效系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。