全息圍觀式課堂的教室與教學設計

吳建平　姬永倩　陳培德　余秋磊　田玲芳

摘? 要 將全息技術應用于教室中，并將全息技術與圍觀式教學相結合，具體以初中生物課程中觀察細胞、觀察大型動物為例，通過具體的教學設計與技術手段將整節課程以全息的方式呈現出來，結合圍觀式教學法，以符合現代學生的學習體驗以及知識的快速構建，使學生在立體空間中進行全方位觀察與學習，真正實現學習的自主化、情境化、個性化。

關鍵詞 全息技術;圍觀式教學;教育技術;教學設計;全息教

室;初中生物

中圖分類號：G642? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）01-0020-04

1 前言

全息技術作為新興技術之一，以其自身獨特的優勢在眾多技術中脫穎而出。全息技術可實現實物在虛擬環境中360°無死角展現，帶給人們新的視覺體驗。憑借這一優勢，全息技術可被應用于教育中，以其優勢促進教育的發展。同時，新時代的教育技術迫切需要新的力量注入來滿足人們對教育的高質量需求。如今網絡化的教學都是平面的、單一的，全息技術的立體感完全克服了這一不足，將全息技術應用于教育中是教育領域的重要研究課題，也是未來教育發展的必然趨勢[1]。

2 全息教室的依據與可行性

技術依據? 本設計所應用的主要技術是計算機學、光學領域相關的全息技術。全息技術是利用干涉和衍射原理來記錄并再現物體真實的三維圖像的技術。全息影像是真正的三維立體影像，使用者不需要佩戴立體眼鏡或其他任何的輔助設備，就可以在不同角度裸眼觀看影像，其基本機理是利用光波干涉法同時記錄物光波的振幅與相位。由于全息再現象光波保留了原有物光波的全部振幅與相位的信息，故再現象與原物有著完全相同的三維特性[2]。

理論依據? 全息技術應用于教育中的主要理論依據有認知理論、建構主義理論、模擬法則理論，這三條理論都可作為全息技術應用于課堂教學的理論基礎。認知理論認為學生在學習過程中的直覺思維應該與其行為的表現、圖像的識別、符號的認識相一致。基于此，全息技術可以為學生提供立體感強烈的逼真影像，從而對學生產生刺激，將用語言難以描述的實物栩栩如生地展現在學生面前，給予學生大量直覺思維的感知。建構主義認為知識的建構來自個人經驗，是全息技術與教育相結合的最有利理論基礎。全息技術打破人與計算機的界限，為學生提供了自主學習的良好環境，實現學習的情景化、個性化。模擬法則是以模型與生活原理之間的物理、化學機理相似為基礎的模擬方法，是全息技術與教育相結合的主要理論依據。通過設計與實物相似的虛擬模型，使學生在虛擬環境中學習以達到意義學習的目的[3]。

全息教室的可行性分析? 技術應用于教育中的利弊一直是現代教育技術學所討論的熱點問題，如何發揮技術的優勢以優化教育，是教育技術所研究的重要問題。教育中技術的選擇與使用要合適、適當，選擇依據不僅要考慮學習者特征，還要結合學科特點、教學內容要求以及物質環境條件等諸多方面選擇合適的技術，之后還需考慮使用該技術會給教育活動帶來什么樣的效果，會產生哪些有利或不利的影響等，充分發揮技術的優勢以促進教育發展。

本設計的關鍵在于將全息技術應用于課堂學習中。

首先，選擇合適的教學對象以及所呈現的教學內容。本設計選擇初中學生作為教學對象，原因是處于本階段的學生對事物有著強烈的好奇心以及容易接受新鮮事物，更容易培養自主學習的習慣[4]。所選擇的教學內容是初中生物“觀察細胞的結構”和“觀察大型動物”。所選內容的共同特點是二者均為日常生活中見不到的或不常見到的實物，同時采用觀察學習的方法更有利于學生學習。再者，兩節課程需要掌握的內容并不是很多，所以學生既可以專注于本節課的內容，也不會產生太大的學習壓力。

其次，選擇合適的教學方法。本設計選擇圍觀式教學法，該方法既有利于全息教室的教學，也有利于學生之間進行交流討論。

最后，完成整個全息教室的搭建。

3 全息教室技術設計

將全息技術應用于教育中的主要目的是優化、提升課堂教學質量和效率，為學習者提供一個良好的學習環境，進而促進有意義學習的發生。同時，全息技術的應用為教育發展提供了新的思路和方向。全息技術可以應用于教學中的諸多方面，如課堂教學中物理實驗、化學實驗、歷史人物、數學空間幾何圖形以及動植物微觀細胞的展示等。

本次設計將全息技術具體應用于初中生物“觀察細胞的結構”和“觀察大型動物”的教學中。充分利用全息影像強烈的立體感優勢，克服教師抽象的口述及觀看視頻的平面化存在的不足。全息教室的設計主要是將全息技術搬進課堂，利用互聯網技術將教學內容通過電腦主機、顯示器、投影儀等呈現出來，再通過透明四面錐體對教學內容進行立體再現，增強畫面的立體感。整個全息教室的搭建分為教師編寫教案、制作課件、錄制全息視頻、編輯視頻、選擇顯示器、制作透明四面錐體以及進行搭建等過程。整個教學體系主要依據認知主義、建構主義、模擬法則等理論，轉換師生角色，教師為學生助理，控制教師終端系統并記錄學生表現;學生圍坐在虛擬影像周圍自主學習并相互交流，通過學生終端進行知識總結。教師終端與學生終端將數據傳至數據庫服務器進行數據分析，最后將數據分析結果反饋給教師與學生，學生將原有知識與分析結果進行整合，建構出自己的知識體系。

全息教室設計原理如圖1所示。全息教室技術路線如圖2所示。全息教室教學體系設計如圖3所示。

4 全息教室的應用設計

【設計一】全息教室：初中生物“觀察細胞的結構”

科目：初中生物“觀察細胞的結構”。教學對象：初中學生。課時：一課時。

1）教學內容分析：本節課的主要內容是對細胞進行觀察，并了解細胞中各部分的功能。全息技術實現細胞的立體展示，更有利于學生的學習。

2）教學目標。知識目標：了解細胞的組成;了解細胞的各部分功能。能力目標：培養學生自主學習的能力。情感目標：激發學習熱情，培養學習的積極性。

3）學生特征分析：初中生已經具備一定的社會屬性，有自己的想法和行為特點，但由于年齡小，心理不成熟，容易受環境影響;對事物充滿好奇心，有探索欲，更易培養自主學習的能力。全息教室為培養學生自主學習提供環境。

4）教學策略選擇：采用圍觀學習方式結合小組討論，教師可做適當的引導學習。全息影像的空間立體效果更有利于圍觀式學習與相互討論。

5）教學重點及難點。重點：學生對細胞進行觀察學習。難點：學生對知識進行整理和理解。全息視頻中將所有知識點都顯示在細胞旁側輔助學習。

6）教學過程。

導入：用一捧花引入本節課，要求學生說出植物是由什么構成的。

學生：植物是由細胞組成的，那細胞到底是什樣子的？

教師：那接下來我們就來通過全息視頻進行學習，看看細胞到底長什么樣子。

教師引導學生觀看全息視頻并進行學習，讓學生通過全息視頻畫面觀察細胞以及細胞的具體結構，學習細胞各個組成部分的功能和作用;確認學生觀察學習完之后，引導學生進行討論，相互交換所學到的知識點，并引導學生進行深入學習;總結整節課的知識點，并對知識點進行回顧以加深記憶。全息教室為學生提供形象生動的細胞結構，使學生更加深入地學習，培養學生自學的能力。

7）教學評價：全息技術為學生提供了立體感強烈的細胞虛擬影像，學生能夠在觀察中進行自主學習，實現寓教于樂。

全息教室設計方案如表1所示，課堂形式采用圍觀學習方式結合小組討論，預期效果及效果圖如圖4所示。在整個教學過程中，教師由課堂的主宰者轉換為學生的助理，讓學生通過觀看立體感強烈的虛擬細胞進行自主學習，為學生提供適當幫助，促進學生學習。

注意事項：全息影像應突出對細胞的展示以及文字解釋;在教學過程中，播放全息視頻時要找準透明四面錐體與顯示器的位置，以免影響全息視頻的成像效果。

【設計二】全息教室：初中生物“觀察大型動物”

科目：初中生物“觀察大型動物”。教學對象：初中學生。課時：一課時。

1）教學內容分析：本節課的主要內容是對生活中不常見到的大型動物進行觀察，具體以北極熊、海象、鯊魚為例。全息教室為學生提供立體感強烈的虛擬影像。

2）教學目標。知識目標：了解大型動物;知道大型動物的生活習性。能力目標：培養學生的觀察力。情感目標：激勵學生保護大自然、保護動物。

3）學生特征分析：初中學生活潑好動，具有較強的觀察能力，在學習方面，注意力、記憶力、理解能力、思維能力、表達能力等不斷增強。全息課堂為學生提供可觀察學習的環境。

4）教學策略選擇：采用圍觀學習方式結合小組討論，教師可做適當的引導學習。全息影像的空間立體效果更有利于圍觀式學習與相互討論。

5）教學重點及難點。重點：學生對北極熊、海象、鯊魚進行觀察。難點：學生對大型動物的認識總結。虛擬立體影像更有助于學生觀察。

6）教學過程。

導入：同學們喜歡動物嗎？那么大型的動物又知道哪些，了解多少呢？

學生：有熊、鯊魚、恐龍……

教師：那接下來我們就來通過全息視頻進行學習，看看北極熊、海象、鯊魚。

教師引導學生觀看全息視頻并進行學習，讓學生通過全息影像觀察北極熊、海象、鯊魚，描述它們的身體形態、生活習性;確認學生觀察完之后，引導學生進行討論，并相互交換所學到的知識點，引導學生進行深入學習;總結整節課的知識點，并對知識點進行回顧以加深記憶。全息教室為學生提供了更為形象生動的動物影像，學生可以自由觀察、自主學習，鍛煉自學能力。

7）教學評價：大型動物是學生生活中不常見到的且有必要了解的，全息教室為學生提供了立體感強烈的觀察模型，學生能夠在觀察中進行自主學習，實現寓教于樂。

全息教室設計方案如表2所示，課堂形式采用圍觀學習方式結合小組討論，預期效果及效果圖如圖5所示。本節課展示大型動物以北極熊、海象、鯊魚為例，利用全息技術為學生提供立體感強烈的虛擬學習環境，更有利于學生進行觀察和學習，同時培養學生自主學習的能力。

注意事項：全息視頻中解釋語句要簡潔、明了;在安裝整個設備時，注意將電腦顯示器水平放置并進行固定;下課注意設備的保存。

5 結語

全息教室的創新點? 全息教室將給學生創造一個全新的、臨場感極強的虛擬現實學習環境;給教師帶來更有效

率、實用的教學方式，是現代教育技術的突破方向;打破傳統的以講授為主的教學模式，實現學習的情景化、自主化和個性化，促進意義學習的發生;打破平面化、單一化的多媒體教學方式，以立體的視角進行教學。

全息教室的實際意義? 將全息技術應用于教學中，解決了現階段教育所面臨的困境，也為教育發展提供了新的方向和思路。網絡學習、遠程教學相較于傳統教育有著一定的優勢，無論是教師與學生角色的轉變，還是學習方式的靈活，都為人們創造了更多的學習機會。但問題也隨之產生，如教學模式單一，教學交互性差，退學率高，結業證書大多不被認可，忽視學生的自主性和個性化，等等。信息化教育發展迫切需要新的力量注入，解決問題，推動發展。

全息技術的虛擬影像立體感強烈，可以營造出一個趨于真實的虛擬學習環境。這一優勢為學生提供了不同于網絡學習的學習環境，使學生完全自主地進行學習和建構自己的知識體系，進而提高學生對知識的掌握、提高效率，優化教學過程，提高教學質量，調動學生的積極性，突破教學的重點、難點，促進意義學習的發生[5]。同時，全息技術在教育中加入了情景化學習、益智游戲、協作學習、遠程教育等手段，豐富了教育形式，也突破了現階段教育的瓶頸。筆者相信，全息技術與教育的結合將會是教育未來發展的新方向。■

參考文獻

[1]周進.全息技術教育應用與現實挑戰[J].中小學信息技術教育，2017（12）：80-83.

[2]Lee H. 3D Holographic Technology and Its Educa-tional Potential[J].TechTrends，2013，57（4）：34-39.

[3]董清爽，吳兵.三維全息技術現狀及教育展望[J].計算機光盤軟件與應用，2014（21）：314-315.

[4]吳婷婷，陸建隆.偽全息技術的應用及其在物理教學中的教育價值探討[J].物理教學探討：中學教學教研專輯，2016（9）：54-56.

[5]李佩佩，陳琳，馮熳.全息技術在智慧教育中的應用研究[J].現代教育技術，2017（6）：12-17.