基于VR技術的“面對面”課堂

王銳　陳彧　馬欣彤

摘 要：虛擬現實技術可以創建一個高度逼真的學習情境，這種新興技術為虛擬教學中的學習者提供了極大的興趣，使傳統的教學過程同時具備資源共享和遠程協作的特點。基于VR技術的“面對面”課堂，利用虛擬實驗系統在支持多用戶在線共同學習的同時，在一定程度上改善了傳統教學資源不足的缺點。通過使用虛擬儀器、模擬儀器實現遠程實踐教學過程，形成知識、學習和實踐相結合的新型教育體系。

關鍵詞：虛擬現實;VR;虛擬教學

近幾年，隨著科學技術的日新月異，傳統的教師現場授課，學生到教室去聽課的教學模式已不能滿足當前知識量龐大的大數據時代，與此同時虛擬現實技術的成熟發展可以為輔助教學提供有力手段，教師可以通過360度全景攝像機等新興設備將自己的授課過程錄制成一個完整的VR視頻，再將錄制的視頻按照內容知識點進行劃分發布到網絡平臺，這樣學生就可以根據自身狀態，按需選擇所學內容，足不出戶就可以學習了。這不但解決了傳統模式下教師授課時間、空間的限制，同時也節約了大量的授課成本，學生也能在不受地理空間和時間限制的情況下進行與傳統課堂效果一樣的課程學習，使師生的教學和交互更加直觀、方便。由此看來，將虛擬現實技術引入課堂教學，已成為未來教學發展變革的必要趨勢。

1 虛擬現實技術

虛擬現實技術（Virtual Reality，VR）是一種通過集合3D攝影技術、虛擬成像技術和計算機領域相關的知識內容，對現實環境進行數據分析和處理，通過虛擬現實設備再次將數據特征點和數據集還原的一種新興技術。這種技術的特征是，它具備沉浸性、交互性和思想性。虛擬世界中的對象很多，層次結構比較復雜，通過捕捉各種類型的真實數據建模、三維可視化和虛擬現實場景。三維建模需要使用從現實生活中采集到的數據對整個視頻內容所涉及的場景進行重新建模[1]。數據采集是在CAD繪圖對象的基礎上，根據對象建模的標準圖進行繪制，然后導入3DMAX，這樣可以減少建模對象在發生錯誤時的復雜度，不但能夠提高建模效率，還能達到精準有效的目的。虛擬場景的建模過程是比較復雜的，在模型建立完成之后，需要進行物理建模，物理建模包括構建模型的材質、形狀、紋理和運動等[2]。場景渲染和模型構建與虛擬場景的比例決定了重現虛擬場景空間的大小，虛擬場景渲染時的幀速率也會直接影響到用戶的友好體驗，這里要做到盡量有高水平的虛擬場景和模型渲染做用戶在不開機偵測的情況下，場景中幀數刷新率應該超過每秒20幀。

2 基于VR技術的“面對面”課堂

目前，虛擬現實技術已廣泛應用于軍事訓練、航空仿真、教育、娛樂等各個領域。通過虛擬現實技術建立VR教室，提供與現實無差別的綜合教學管理功能，實現虛擬儀器和動畫過程演示，使學生在網上完成相關課程，改進傳統的枯燥乏味的課堂教學。虛擬授課以其良好的靈活性和復雜的硬件資源優勢等優勢，針對于虛擬現實教學的優勢，授課教師可以根據實際授課內容進行更新，隨時更新所授專業動態資源庫，進而實現遠程資源共享;與此同時，通過虛擬教學，也可以實現教學活動的在線交流、評估和評價。慕課教學的教育理念是通過在線方式展示優質教育資源的低成本。慕課教育具有規模性、開放性、線性、參與自主性等特點[3]。本文通過VR“面對面”授課平臺，將教學課程、互動、考核等方面從教室中釋放出來，這樣做不僅可以極大程度上降低教學成本，也可以直接面向授課群體提高教學質量。VR課堂的建立促進了慕課平臺建設的完善，避免了在線教學教學平臺的斷點現象，從一定程度上實現了優質教學資源的共享。

VR課堂為學生們提供了安全、舒適、不受限制的開放式教學環境，授課過程還原了現實的的教室和授課內容，具有硬件資源少、交互性好等優點，深受網絡教學的青睞。結合慕課的授課理念與經驗，充分利用授課教師與教學資源，構建開放、交互、共享的虛擬教學平臺。在完成授課目標的整個過程中，授課群體的學習變得更為沉浸，課程內容變得更加直觀，幫助他們深入淺出了解學習內容，用戶體驗有了質的提高。

改革傳統教學模式，應用虛擬現實技術建設開放式教室授課，利用慕課優質資源共享這一理念，實現教學資源共享，學生全面發展的目的。在教學過程中利用課堂互動的優勢，為學生創造“自主學習”和多樣化、實用化、個性化的實踐環境，充分發揮學生的主體地位和教師的主體地位，學生可以選擇網上授課課程和章節進行學習，實現全開放的自主教學。利用虛擬授課教學，將相關課程的教學環節整合，優化慕課理念，制定課程目標，完善評價體系，以待解決問題（任務）→如何解決問題（教學）→歸納分析（總結改進）→拓展創新梯度遞進式組織教學內容，結合實際應用和行業動態設計開發學生教學內容，分階段培養學生的認知能力和創新能力，把課程教學變成一項有趣、富有挑戰性和實踐性的工作。使學生熟練掌握虛擬現實設備，通過網絡等相關信息技術來自主學習和培訓熟練學生解決問題的意識和能力，提高學生的信息素養。通過虛擬教學系統，將教師科研的新成果應用到實驗教學中，在課程內容中加入新技術，加強設計性、綜合性、創新性教學。通過開放課程資源，鼓勵和吸引更多的學生參與大學生的研究性學習和創新性實驗項目。這種教學模式符合實踐教學過程中學生操作和教師指導的特點，為實踐教學網絡化改革提供了科學合理的教學體系。

3 結語

虛擬現實技術、網絡通信技術和互聯網遠程控制的飛速擴張是VR課堂實現的硬件基礎。慕課環境下虛擬現實技術與傳統模式教學相結合，改善了傳統教學環境，優化了實際教學過程，提升了學生的學習興趣和參與度[4]。在授課教師的指導下，學生可以有選擇的自主學習、自由學習、合作學習、不限時間與空間的多元化發展。這種新興授課方式，一方面，推進了教學改革，也側面的引導了學生接觸新技術、新知識，了解社會動態，更好地適應現實社會，實現應用型人才培養目標;另一方面，讓更多的學生間接參與課堂內容，提高實際教學質量。跨學科研究的意識和創新能力，最大限度地共享傳統學校的教學資源。

參考文獻：

[1]姜洋.VR技術在藝術設計教學中的應用與研究[J].大眾文藝，2019（19）：215-216.

[2]李加貝.基于VR的沉浸式在戲曲教學中的運用[J/OL].黃河之聲，2019（18）：70-71.

[3]陳雨霞.VR技術在教學中的應用[J].計算機產品與流通，2019（09）：220.

[4]展俊娟.VR技術在初中生物教學中的應用[J].課程教育研究，2019（37）：163.

課題：本課題由吉林省吉林市北華大學大學生創新創業項目（編號：201811923086）資助