VR技術與傳統教育深度融合

陳清奎 何芹 李學東 徐楠 王全景 王忠雷

計算機和互聯網的使用是人類發展史上的第五次信息技術革命，這場革命引發了教育行業的一次深刻變革。隨著教育形式的多樣化及前沿信息技術在教育領域的深入應用，基于虛擬現實技術（VR技術）的教學模式，推動越來越多的教育活動通過重塑學習方式回歸教育本質，對培育創新型、實踐型人才，并普及教育理念產生了深遠的影響。

大勢之向，未來已來

虛擬現實技術是一種可以創建和體驗虛擬世界的計算機系統，它通過對人的視覺、聽覺、觸覺等作用，使人產生一種身臨其境的視景仿真，使人們通過計算機可以進入VR虛擬環境，并能操縱系統中的對象與之進行交互，得到與現實世界幾乎同樣的感受。VR技術獨具的沉浸性、交互性、構想性等特點，使之與教育的融合天衣無縫，大放異彩。

依據《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020年）》《教育信息化十年發展規劃（2011—2020年）》以及教育部針對“開展國家級虛擬仿真實驗教學中心建設”的通知等系列政策要求，大力實施信息技術與高等教育的融合，開發VR資源與平臺，建設虛擬仿真實驗教學中心成為各高校發展信息化教育的重要途徑。

2018年，教育部辦公廳根據《教育信息化“十三五”規劃》的總體部署，印發了《2018年教育信息化和網絡安全工作要點》，明確將虛擬現實技術列入教育信息化的年度重點工作任務，推動信息化2.0，要求全國高校、中小學、職教等深入推進信息技術與高等教育教學深度融合。以VR技術為代表的現代化信息技術在教育中的應用，將成為加快教育現代化建設的重要舉措，也必將成為整個教育創新體系的重要組成部分。

革故鼎新，集之大成

山東建筑大學以機械工程學科的數字化建設為起點，歷經近十年的探索研發、應用推廣及積累沉淀，將VR技術與教學過程深度融合，創造性地提出了“VR+”教學模式的新理念，構建了“VR+課堂教學”“VR+實驗教學”“VR+實訓教學”和“VR+自主學習”的全新教學模式。

1.VR+課堂教學

傳統教學中將知識扁平化的講解方法令學生難以理解抽象晦澀的理、工、醫等學科類知識，且降低了學習興趣及學習質量。而應用VR、AR、動漫游戲等先進視覺傳達理論與技術，建設具有直觀展現、情境體驗、富有感染力的三維可視化VR教學資源及VR展示系統，將知識點細致剖析、講解，則能從根本上解決難講、難懂的問題。

在實際教學活動中，教師可利用觸控VR“黑板”，將傳統黑板的板書教學、PPT多媒體教學與VR教學資源相結合，可借助觸控VR“黑板”，調取VR資源進行任意板書、自由表達。VR教學資源實現了文字到圖形圖像的轉化、2D到3D的轉化、靜態到動態的轉化、單向到交互的轉化，使工作原理、機械結構等知識與信息的傳達更加形象、活潑、精準、透徹、全面；學生佩戴便攜式3D眼鏡，即時在VR“黑板”上觀看“3D”影像的教學資源，提高了學習趣味性，提升了教學效率。

2.VR+實驗教學

在實踐教學中，很多實驗存在高成本、高危險、高污染、長周期、大規模、綜合性等特點，導致必需的實驗無法開出、必需的實訓無法進行等。利用VR技術，則可以徹底打破時間與空間的限制，大到宇宙天體，小至原子粒子，都可以進入內部進行觀察，并完成現實中難以進行的實驗項目。

“VR+實驗教學”以VR技術為核心，研發VR實驗實訓教學資源，包括“教—學—練—考”等模塊，充分利用VR、AR技術對知識傳達更加富有表現力和感染力的優勢，通過與虛擬對象深度交互，模擬機械拆裝、操控與維修，感受情境式體驗。

我們還創新性提出了“VR實驗三步法”：第一步，學生通過手機APP及3D版實驗指導書預習實驗，并上傳實驗預習報告至VR實驗教學管理平臺；第二步，實驗教師利用VR“黑板”講解實驗內容；第三步，學生進行真實實驗，實驗過程中學生遇到問題，借助手機APP自主指導完成實驗。

3.VR+實訓教學

虛擬現實具有的沉浸性和交互性特點，使學生能夠在虛擬的學習環境中扮演一個角色，全身心地投入到學習環境中，這就有利于學生完成各種實操項目的技能訓練。由于虛擬的訓練系統無任何危險，學生可以反復練習，直至掌握操作技能為止。

在實際的“VR+實訓”教學活動中，學生通過手機APP及3D版實訓指導書進行知識預習，并上傳預習報告至VR實訓教學管理平臺；實訓教師利用VR“黑板”講解實訓內容；學生進行實訓，實訓過程中學生遇到問題，借助手機APP自主指導完成實訓。

4.VR+自主學習

針對高度仿真、交互操作的三維可視化VR教學資源，依托WebVR技術，搭建起VR教學資源共享平臺，支持PC版、IPad版、手機版等多終端、多版本應用。實現了學生“不限時間、不限地點”的自主學習、反復學習，并為構建“沒有圍墻的大學”、打造“人人皆學、處處可學、時時能學”的學習型社會，提供了實質性的學習資源與平臺保障。

施用累能，推而廣之

“VR+”教學模式使知識傳授與學習更符合認知規律，達到了教師易教、學生易學的教學效果。

本模式在山東建筑大學已實施5年，陸續建成了28門課程的VR教學資源，取得了17項軟件著作權，編寫了9本3D版教材，研發了VR“黑板”，建成了27個VR實驗實訓教學系統。

“VR+”教學模式首先在機械工程學科全面應用，并向材料工程、土木工程等學科輻射推廣，現已應用于機械電子工程、材料工程等十余個專業，受益學生7000余人。

嶄新的技術，為我們帶來了嶄新的教育思維，并深刻影響著我們的教育方式。結合互動游戲、情境化學習、協作學習、實操實訓等多種特性的VR技術，為我們營建起一方觸手可及的精致環境，在這里，我們調動所有的感官去傾聽，去體味，去記憶，去領會，去追尋教育的本真意義。