高等數學慕課教學中引入VR的必要性

李麗萍

摘要：隨著科技的發展，慕課、VR等新興事物被引入高校課堂教學中，它們改變了高校學生的學習方式，激發了學生的學習興趣，提高了高校的教學效果。

關鍵詞：高等數學；慕課；虛擬現實技術

隨著科技的發展，越來越多的新興事物在對大學課堂沖擊的同時，也使高校學生的學習方式變得多樣化。高校合理利用慕課、VR等教學方式和技術，對激發學生的學習興趣，改善教學效果有重要作用。

一、高等數學課程的教學現狀

高等數學課程是大學工學、理學等學科最重要的必修基礎理論課。高等數學教學的主要目的是培養學生的抽象思維能力、邏輯推理能力、空間想象能力、創造性思維能力、熟練運算能力，以及運用數學思維分析和解決實際問題的能力，為學生的深入學習打下扎實的基礎。在傳統的教學過程中，高等數學教學面臨著許多問題，具體體現在以下幾個方面：

1.內容復雜，課時相對較少。高等數學主要由微積分、向量代數、空間解析幾何、常微分方程等知識構成，內容非常復雜。以同濟大學編寫的《高等數學》（第七版）為例，上下兩冊共12章，上冊427頁，下冊358頁。學生需要在兩個學期內學完所有內容，共192個學時，這使得部分學生很難在規定的時間內對高等數學知識有深刻的了解。

2.生源復雜，學生的數學基礎差異大。大部分高校面對全國招生，但每個省的教學資源不一樣，學生的數學基礎存在差異。即使是同一個省份的學生，由于個體差異，其基礎也有差別。高等數學作為基礎課，一般采用大班教學，教師在講課時雖然會根據學生的反饋調整教學的進度，但不可能滿足所有學生的需求。

3.枯燥的教學內容導致學生喪失學習動力。高等數學的內容復雜煩瑣，如果教師的教學方式單一，只講解教材的定理及理論知識，容易導致部分學生參與性不高，學習壓力加大，喪失學習的主動性。

二、高等數學教學中慕課的應用

慕課（MOOC），即大規模開放式在線課程。慕課使人們在任何時間、任何地點都能學到想要學習的任何知識。由于慕課是在線課程，學生可以自主調整學習時間及內容，并且可以利用零碎的時間進行學習。同時，由于網絡和手持設備終端（平板和手機等）的普及，學生可以在多種環境下進行學習，而不再局限于固定的課堂和時間，解決了課程學習時間相對較少的問題。

慕課由于其開放性，課程的主講教師都是此門課程中教學能力較強的教授，他們長期活躍在教學和科研一線，對課程的深度和廣度把握較好。以“中國大學MOOC”為例，有同濟大學的殷俊鋒、張華隆等教授和國防科技大學的朱健民、李建平、黃建華、王曉、周敏等教授參與教學視頻的錄制。在講授過程中，教授們利用豐富的教學資料和深入淺出的教學方式，大大提高了學生的興趣，解決了由于學生基礎不一難以跟上整體學習進度的問題。

慕課有許多優點，但并不能完全代替高等數學的課堂教育。因為慕課是開放的，在方便之余也對學生的自主學習能力提出了很高的要求。當前高校教育已經從精英教育向通識化教育發展，相應的高校學生的狀態變得難以掌控，某些學生的學習的態度和目標也變得功利化。根據賓夕法尼亞大學對幾百萬名學生的追蹤調查發現，注冊課程的學員中有50%的在網絡上聽過課，而最終全部學完課程的僅有4%。這說明，高校學生的自主學習能力較為薄弱，需要外在的力量對其進行約束。而傳統的課堂教育與慕課的結合可以有效解決這一問題。

三、高等數學慕課教學中引入VR的優勢

VR（虛擬現實技術），是利用信息科學技術創造一個三維虛擬現實環境，為使用者提供聽覺、視覺、觸覺等感官方面的模擬。使用者通過穿戴或者操控虛擬現實設備能夠直接查看、控制、觸摸、勘測虛擬場景中人物的四周環境和事物的改變，并且可以與其進行一定的行為交互，使自己與虛擬現實環境很好地融為一體，產生身臨其境旳感覺。通過VR，教師可以構建一個平臺（課堂），讓學生在同一個教室（課程）上課，但接受到的內容進度可能不同。將VR運用于慕課，會帶來傳統課堂教學難以達到的效果，其優勢具體體現在以下幾個方面：

1.參與感（沉浸感）

目前，大多數的慕課教學給人的感覺就像看2D電影，而加入VR的慕課教學則是3D的。由于加入VR的慕課在編寫時虛擬創造了一個三維虛擬現實的課堂，其產生的效果與真實課堂的教學差不多，可以給學生很強的帶入感和參與感。在這個課堂上，學生可以以第一視角無干擾地接受教育，還可以完整地看到教師引入問題、剖析問題、解決問題并延展出概念和定理的完整過程。與此同時，學生自己也在進行思考和計算，并且可以重復學習重點和難點。

2.雙向互動性（交互性）

在現實的課堂中，教師可以通過學生的反饋判斷學生對知識的了解程度。例如，教師可以在學生疲憊時引用部分實例吸引學生的注意力；也可以根據學生的即時反饋調整授課方式及教學進度。這種情況是慕課教師無法做到的。但將VR引入慕課，通過合適的手段，就可以實現這一效果。例如，在學生感到疲憊時，學生可以取下“VR”頭盔或者眼鏡；對某部分知識不了解時可以重復播放；對某些共性的問題可以直接翻出菜單查看；對難度較大的問題，學生可以與課堂中其他學生進行虛擬交流，如果仍然得不到解答，還可以與任課教師直接溝通。

3.構想性

高等數學起源于人類的生產活動，是人類對未知世界探索的結晶。因此在高等數學概念的引入過程中，經常會使用實際案例。比如導數的定義，在同濟大學編寫的《高等數學》中，其引入時就采取了運動瞬時速度問題和求切線的問題。而在VR慕課中，教師可以引入3D電影的某些片段，增強課程的觀賞性和實時感，設計合適的問題讓學生解決。這樣既激發了學生的興趣，又與實際問題結合起來，培養了學生的動手能力和解決實際問題的能力。

4.約束性

信息技術在方便師生的同時，也給傳統課堂及慕課帶來了很大的麻煩。由于網絡內容豐富，吸引力較強，許多學生沉迷于網絡電影、電子小說和網絡游戲，荒廢了學業。但引入VR的慕課可以有效解決這一問題。在學習過程中，只要取下VR設備而未能在設定的時間內回歸課堂就會被扣分。因此，學生除了接觸課堂內容并完成作業外不能做任何事情，這樣會對部分學習自覺性差的學生形成約束，強制學生認真完成課程的學習。

綜上所述，加入“VR”的慕課將更有可參與性、約束力、趣味性，還能培養學生的主觀能動性，完全可以作為學生預習、復習、開闊視野、提高學習興趣的重要工具。隨著技術的進步，某些通識性的課程在引入人工智能虛擬課堂后，將有可能完全代替現實的課堂教學。

參考文獻：

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