虛擬現實技術在智慧課堂中的應用

劉建

摘 要 教師在智慧課堂中開展教育教學活動，有利于學生個性化學習、自主學習和交互性合作學習。同時，虛擬現實技術拓寬了人們的視界，打破了傳統條件的限制，越來越多無法觀察的事物被清楚地觀察、研究。教師可以借助其優勢，構建虛擬教學環境和虛擬實驗室，讓學生從感官上接觸書本上的知識，大大提高學生學習的興趣。新技術的應用是對教育教學方式的支撐，在智慧課堂中借助虛擬現實技術開展教學活動，兼顧了智慧課堂和虛擬現實技術的優勢，可以更好地完成教學目標。

關鍵詞 虛擬現實技術；智慧課堂；智慧教室；實驗室；虛擬學習環境；微課；教學云平臺

中圖分類號：G434 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2018）09-0036-02

1 虛擬現實技術以及應用優勢

虛擬現實技術的概念與特征 虛擬現實（Virtual Re-ality，簡稱VR）就是利用計算機和其他設備構建一個三維動畫，給人以身臨其境的模擬仿真環境。人們借助虛擬現實技術可以與虛擬世界中的事物進行交互，即使嗅覺、聽覺、觸覺等感官也有不一樣的感受。

虛擬現實技術是眾多學科技術高度交叉融合的技術，借助它，人們可以改變現有的空間感。它具有三個最突出的特征[1]，即沉浸性（Immersion）、交互性（Interactivity）和構想性（Imagination）。

虛擬現實技術應用于教育教學領域的優勢 利用虛擬現實設備開展教育教學活動，教師可以將晦澀難懂的教學內容可視化、形象化、直觀化，降低備課和授課的難度；學生在虛擬環境中學習、做實驗，可以身臨其境地感受事物變化，大大增強對抽象事物和不可見事物的感知能力，降低學習的難度，提高學習效率，增強興趣，同時有利于發散思維和創新能力的培養。

相較于傳統的實驗室，在虛擬環境中做實驗，實驗所需的環境、器材、物品以及數據的采集、處理都是在計算機的處理下完成的，實驗可以反復多次進行[2]，不受實驗器材、物品多少的影響。實驗前，教師不再需要提前準備實驗器材、物品。對于破壞性實驗，如中學物理實驗電路短路、小燈泡被燒毀等，不但可以達到同樣的實驗效果，而且不需要考慮實驗器材浪費的問題。同時，在虛擬環境中做一些會產生有毒物質或有毒物質參加的化學實驗，除了可以達到相同的實驗效果外，還可以避免因不當操作而產生的不良后果。

2 虛擬現實技術在教學中的應用

傳統的教學方法是通過聲音、圖像、文字、動畫、視頻的形式傳授知識。在小學教育階段，學生的抽象思維能力相對較弱，對于某些知識的理解能力較差，如小學科學課中的太陽系。在中學教育階段，一些重要的知識點的學習需要學生具有很強的抽象思維能力和理解能力，如物理學科中的天體運動、化學反應過程中化學元素最外層電子的變化過程、生物學科中的基因片段結構、數學學科中的立體幾何等，教師需要花費很大心思，不斷重復講授這些知識點，而學生可能還是不明白。那么，就可以借助虛擬現實設備，構建出一個模擬真實物理世界的三維虛擬學習環境來解決種種難題。

虛擬學習環境[3]可以給學生非常好的真實體驗，讓學生感知到書本中的內容。教師借助虛擬學習環境開展教育教學活動，就是一個寓教于樂的過程，不但可以讓學生觸摸到書本中的內容，而且可以進行互動。虛擬學習環境的構建在一定程度上改變了教師的教學方式、學生的學習方式。借助虛擬現實設備構建的三維虛擬學習環境，教師可以很輕松地開展教學活動，將難以理解的知識點直觀、形象地展現在學生面前，讓學生能夠在很短的時間內掌握重難點。如小學科學學科中關于太陽系的知識點，就可以讓學生通過佩戴頭戴式虛擬現實設備來遨游太空。虛擬現實設備把學生從現實世界帶到浩瀚的太空，讓他們近距離多角度觀察行星的運行軌跡、地表形狀、內部結構等，有利于想象力的發揮。

除此之外，虛擬學習環境也可以讓學生與虛擬化的國外學生進行口語交流練習[4]，或開展其他語種的教學活動[5]。

3 虛擬現實技術在智慧課堂中的應用案例

近年來，教師在智慧教室中開展教學活動已經逐步進入常態化，教師在智慧教室內利用移動教學終端和智慧課堂教學云平臺，通過“拍、搜、評”等課堂互動，快速有效地實現課堂交流、小組協作、信息分享、實時反饋、數據分析[6-7]。在智慧教室中引入虛擬現實設備，可以更好地完成教學目標。下面就以小學科學課程“花、果實和種子”為例，談一談虛擬現實技術在智慧課堂中的具體應用。

在課程引導階段，教師首先利用教學平板將一段描述花形成果實和種子的微課通過教學云平臺推送給學生，讓學生了解花形成果實和種子這一漫長的過程。通過微課引導學生思考花是如何形成種子和果實的，進一步引導學生思考花在形成果實和種子的過程中，哪些結構起到重要作用。要想讓學生明白哪些結構起重要作用，就要鼓勵學生通過解剖、觀察的方式來尋找答案，并引導學生歸納總結花的結構特征以及各個結構的作用。

在觀察、實驗階段，教師首先示范如何利用虛擬現實設備來解剖、觀察花，然后引導學生以小組合作的方式展開解剖、觀察實驗。每個小組都配有新鮮的百合花以及相應的實驗工具，除此之外，還配有三臺虛擬現實設備，以供學生實驗之用。教師要求學生不僅要動手解剖百合花，還要通過虛擬現實設備開展解剖觀察實驗（圖1）。

實驗結束之后，教師推送相應的視頻資源、網站資源給學生，引導學生以小組為單位，根據這些資源找出所觀察到的花的各個結構的特征、作用，并拍照上傳至教學云平臺，以供學生之間互相評價、留言討論等，達到信息共享。

最后，教師推送隨堂檢測題目給學生，用來檢測學生對所學內容掌握的程度。待學生提交答案后，教師會根據平板的統計結果來了解學生對知識點的掌握程度。如果某個學生對知識點掌握不好，教師就會推送相應的微課、題庫等學習資料給他，以便于他開展個性化學習。

4 結論

在智慧課堂中，教師通過教學云平臺的數據分析功能，可以實時、精準地掌握每個學生的學習情況，便于針對個別學生開展因材施教。學生將小組討論的結果拍照、上傳至教學云平臺，其過程是課堂交流、小組協作、信息分享的過程。同時，采用傳統實驗方法與虛擬現實設備同時開展實驗，可以大大提高學生學習的積極性和動手能力，利于學生更好地掌握課堂內容。

新技術是對多樣化學習方式的支撐，虛擬現實技術支撐課堂，需要結合具體的學科、教學環節。目前，借助虛擬現實技術開展教學活動并能取得較好教學效果的學科有數學、化學、物理、生物、地理、科學、英語等。教師通過構建虛擬教學環境，把難以理解、抽象、看不見、摸不著的知識點直觀、立體地展現在學生面前，學生還可以通過感官與之互動。同時，虛擬實驗室的建立不僅避免了實驗器材的浪費，也杜絕了學生因實驗操作步驟不當引起危險的可能。

雖然虛擬現實技術在教育教學領域的應用具有很大的潛力與應用前景，但仍然存在技術瓶頸、相關教學資源不足等問題，需要抓緊解決這些問題，不斷深化對虛擬現實技術的應用，提高教學質量[8]。

參考文獻

[1]Burdea G， Coiffet P. Virtual Reality Technology[M].2 Ed. Hoboken： Wiley-IEEE Press，2003.

[2]郭勇陳，賈佳麗，王皎琳，等.VR技術在高校經管類實驗教學中的應用研究[J].實驗室科學，2016，19（2）：70-75.

[3]蔡蘇，張晗.VR/AR教育應用案例及發展趨勢[J].數字教育，2017，3（3）：1-10.

[4]Lucia A D， Francese R， Passero I， et al. Develop-ment and evaluation of a virtual campus on Second Life： The case of SecondDMI[J].Computers & Education，2009，52（1）：220-233.

[5]趙晶晶.虛擬現實在對外漢語教學中的應用：以“第二人生”為例[D].濟南：山東大學，2015.

[6]徐紫，周夢瑜.智慧教室下“Smart”小學高年段英語教學模式的探討[J].教育信息技術，2014（12）：24-25，30.

[7]黃榮懷，胡永斌，楊俊鋒，等.智慧教室的概念及特征[J].開放教育研究，2012，18（2）：22-27.

[8]王同聚.虛擬和增強現實（VR/AR）技術在教學中的應用與前景展望[J].數字教育，2017，3（1）：1-10.