3D/VR教學工具支持下的科學教學模式探討

3D（3 Dimensions）是虛擬仿真技術的一個重要方向，是仿真技術、計算機圖形學、多媒體技術、網絡技術等多種技術的集合。VR有三個“I”特性：交互性（Interaction）、沉浸感（Immersion）和想象（Imagination）。

一、3D/VR教學的優勢

傳統的多媒體課件，集文本、圖片、聲音、視頻、動畫于一體，在教學中發揮了巨大作用。但是，在使用過程中，它也顯示出諸多不足。相比傳統的多媒體教學模式，3D/VR教學有其獨特的優勢：

1.形式新穎，提高學習興趣，延長注意力。3D技術可以構建真實感的學習環境，創設有利于學生主動參與、完整體驗學習過程的情境。

2.創建情境，交互式體驗學習，提高學習效率。提供一個生動、逼真、形象直觀的交互式學習環境和圖文聲像并茂的多種感官綜合刺激。

3.知識立體可視化，降低認知負荷。在教學過程中，能夠輔助呈現那些難以講解的教學場景、在現實生活中無法觀察到的自然現象或事物的變化過程，如雷電形成的原因、蠶的生命周期，以及一些不可能出現的場景，如金字塔是如何建成的、晶體的內部結構、天體的形成等。

二、基于沃課3D/VR工具的科學教學模式

當前3D數字化內容制作投入大、周期長、回報慢，致使國內許多3D/VR教育研究企業都停留在3D/VR科普教育上，或者有一些簡單的體驗課程。為了更好地促進3D技術和虛擬現實技術在課堂上的使用，一方面，需要足夠多的3D教學素材；另一方面，需要開發簡單易上手的教學內容編輯工具，搭建一個橋梁，連接3D資源與課堂教學軟件，以便應用3D/VR技術能夠進行常態化教學。我們團隊意識到這些問題，聯合開發了一些3D/VR教學資源和內容編輯工具，并在實踐中探索3D/VR教學工具支持下的科學教學模式。

沃課3D/VR工具集教學內容制作及授課工具于一體，它支持制作純3D的課件，也兼容普通的2D課件制作，有龐大的在線資源庫，支持多種VR設備，可云端存儲學習記錄。教師可以在常規教學中采用此工具進行備課，從而代替原有以線性方式展示知識點的PPT工具。一方面，在課堂上如果有難以用2D資源呈現的微觀和宏觀現象，或時間和空間的跨度極大或極小的事物發展過程，3D資源都可以突破展示；另一方面，VR學科工具、3D教育游戲能夠提供探究條件和拓展學習空間，豐富教學內容，可以發展學生獨立思考及創新能力，為新型的教學模式的開展提供可能。

沃課可以應用于打造一堂高效互動課堂，可以將教學過程分為課前準備、情境創設、互動生成、課外拓展、總結提升和課后反思這幾個環節，如下圖所示。

課堂應用模式環節分析：

1.課前準備

教師根據課程標準，列出該課時的教學目標和重難點，圍繞教學目標組織教學資源。如果教師自己對整堂課沒有很好的設計思路，可以查看沃課自帶的VR教學課件，直接保存到自己的課件列表中，再根據實際教學情況，稍作修改后形成自己的VR教學課件。如果教師自己愿意設計整堂課，在熟悉PPT工具的基礎上快速上手沃課工具，將配套的3D視頻、3D圖片、3D模型、3D教育游戲、3D學科工具等3D資源，交互習題，2D資源插入到自己的課件中，就可以形成一個完整的教學課件。

2.情境創設

沃課中豐富的3D資源，能夠解決現實教學中的情境化、形式化不夠理想的缺憾。特別是3D視頻這種強感染力的表現形式，通過流暢的故事情節、色彩絢麗的畫面、清晰的宏觀和微觀現象展示、連貫的時空過程跨越，能夠迅速抓住學生的眼球，吸引他們的注意力，使他們對接下來的課程內容具有濃厚的興趣。

例如，利用3D技術可以塑造各種各樣的教學場景，如帶領學生回到牛頓發現地球重力的蘋果樹下，感受重力的神奇；帶領學生一起環游世界，領略各個洲的地貌、動植物、人文風情；帶領學生跟著血液在血管里穿梭，了解各個身體部位；帶領學生一起遨游宇宙，觀察每一個星系、每一顆星球，等等。

3.互動生成

互動生成是個體智慧與集體智慧的深度融合。互動的形式多種多樣，從知識講授、隨堂測驗、過程評價，到融合人際互動與人機互動、外互動與內互動。人際互動包括師生互動和生生互動，人際互動在課堂上經常體現為協作學習、小組探究等活動。人機互動主要指人與硬件的互動，這里主要是指人與屏幕之間的互動。通過手指觸控大屏一體機的方式，改變了人和信息之間的交互方式，實現人直接與虛擬環境進行交互，增強了學生體驗，達到了自然和諧的境界。

在知識講授過程中，教師可以嘗試把難以表現的知識點用3D的形式呈現在3D大屏一體機上，配以口頭講授，以新穎的資源呈現方式吸引學生跟上自己的思路，帶領學生一起探索未知的世界；還可以要求學生以小組的形式自主探究，形成結論后上交并在全班匯報。在隨堂測驗過程中，教師在課堂上一鍵發布隨堂習題后，學生可以在自己的終端上獨自作答后提交。最后，基于沃課工具自動形成的測評統計分析結果，教師根據學生的作答情況給出個性化的評價反饋。所有“互動生成”過程動態產生的生成性資源，最終全部保存在云端，用云盤存儲起來。

4.課外拓展

由于沃課云端資源的易獲取性，在使用沃課工具進行備課時，可以直接添加沃課云資源平臺中的3D教育游戲、3D學科工具、3D虛擬實驗室等資源。

例如，在學習《蠶的生命周期》這節課的內容時，除了利用3D視頻來了解蠶的生長過程外，還可以讓學生真正養一次蠶，這樣的方式能讓學生有更深刻的認識。3D教育游戲《養蠶吧，伙伴》可以通過沃課插入到課件中，學生打開此游戲后，可以探究蠶的生長條件，比如最適宜的溫度、最適量的水分等。

5.總結提升

新知識的學習過程，往往符合艾賓浩斯的“遺忘曲線”規律。在多個知識點前后學習的情況下，很多學生難以在自己頭腦中形成一個清晰的知識框架圖，需要有一個再次總結和提升的過程。教師在總結本堂課的同時，可以根據學生對知識的掌握情況，進行必要的補救教學。學生可以通過總結，了解自己的學習效果，記錄下已經掌握的知識點和需要多次鞏固學習的知識點，還可以將教師講授過程中新增的“板中板”中添加的內容、頁面標注的筆記、學生的作答反饋統計結果等保存下來，并且可以全部上傳到云端。這些記錄可以幫助教師和學生更好地進行總結，再次瀏覽時，即可達到重現知識點、回顧課堂教學內容的目的。

6.課后反思

反思是一個自我建構的過程，不僅教師需要反思自己的教學過程，學生也需要反思自己的學習過程。具備教學過程和學習過程跟蹤記錄功能的虛擬現實技術的課堂中，反思不再無從下手，不知所措。根據課堂上保留下來的種種生成性資源，教師能夠利用反思促進自己優化教學，及時補救，學生也能在反思中查漏補缺，再次學習3D資源。

虛擬現實技術在課堂教學中的應用為教學發展提供了獨一無二的優勢。虛擬現實技術的不斷發展，能夠不斷地克服其局限，最大限度地體現良好的教學與資源優勢。在教育領域應用3D虛擬現實技術需要全新的理念和方法，建立完善的相關標準，構建虛擬教學體系，為教師開發出簡單易用的VR資源編輯器，打造VR教學資源系統，從而滿足教育行業日益增長的需要。

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