情景教學新變革：基于VR/AR技術的新模式研究

何冰 黃莉敏

新技術的不斷出現為人們的生活帶來了變革?，F在計算機軟硬件技術、機器人技術、傳感技術、人工智能等各種學科領域的共同作用下，VR/AR技術就此產生，通過創造三維虛擬現實給人們帶來全新的感官體驗。在新課程改革不斷深入推進的背景下，學生與課堂的融入度不足是一直困擾教師的一大問題，尋找適合學生特性需求的教學手段已成為熱議話題，而嘗試將VR/AR有效運用其中，無疑是一次大膽而又有挑戰性的嘗試。

VR/AR技術在教育教學中的運用研究

VR/AR是虛擬和增強現實技術，它的出現為教育工作者帶來了更廣闊的思維空間，使之得以完善現有教學方法，其在增強學習過程的感官體驗、創設沉浸式教學情景、跨學科知識融合等方面有著諸多優勢，其能在有效激發學生主觀能動性的同時，培養學生獨立意識與創新思維，改變學生對課堂教學的固化認知，真正引導學生踏進學科多彩世界的大門。

頭戴式VR/AR技術在教學中的運用。頭戴式VR/AR設備通常由位置跟蹤器、頭戴顯示器、數據手套及其他設備組成，中興、華為、樂視、小米等眾多國有品牌研發出了上百種不同型號的同類產品，對課堂教學的展開有著積極的促進輔助作用。

在地理、生物等教師的授課中，頭盔式VR/AR設備一經亮相便能瞬時吸引眾多學生的目光，學生們躍躍欲試的熱鬧場景瞬間將課堂氛圍抬升至高點。設備能遮擋住學生眼前的真實世界，轉而用虛擬場景代替，千篇一律的教室環境可變為氣勢磅礴的萬里群山、神秘莫測的海底世界、浩瀚無垠的宇宙等，帶給學生沉浸式的、身臨其境般的體驗，將地理課堂中傳統教材中“固定、抽象”的內容變為眼前“靈活、具象”的萬千世界。通過可觸摸、可感知、可互動的形式展開教學，能夠讓學生們全面啟動多種感官，更全面地“觸摸”學科知識，促使學生從具象思維到形象思維的轉化，進而獲得更為深刻的理性認識。

桌面式VR/AR設備的運用。桌面式VR/AR設備中最具代表性的產品就是“桌面虛擬現實教學一體機”，由3D互動教學一體機和桌面虛擬現實教學一體機組成，可以實現3D、VR、AR多種模式教學，通過相應學科的3D視頻資源以及VR交互課件搭配U科學教學、Course3D等教學軟件，在“3D資源云平臺”“U科學教學系統”上，開發出涵蓋多學科的特色課件與軟件，現在已發展成涵蓋化學、歷史、物理、生物、地理等諸多學科的系統化教學工具，并構筑相應的系統平臺為教師提供學術交流的空間。在實際運用中，該類設備不僅可以被當作教師的教學工具，更是教師、學生獲取相關信息、尋找資源素材的有效手段。讓教學可視化、立體化，互動更深入、更頻繁。多點觸屏、不受光線影響等特點，可以讓師生隨意涂鴉、自然操作，降低師生的操作應用壓力，減輕教師教學負擔，提高學生學習興趣，提升教學效率。

手持式VR/AR設備的運用。手持式VR/AR設備通常是以APP軟件和移動設備的結合使用為基礎，其基本原理是通過手機攝像頭來獲取我們身邊的現實生活場景，利用手機軟件在所獲取的圖像上方堆疊虛擬形象，以達到增強現實的效果。在實際運用中，該設備的運用主要有兩種方式，一種是將傳統的紙質媒介與APP聯系到一起，用手機攝像頭掃描圖書上的圖片，則能在手機屏幕上直接觀看與其有關的動態內容;另一種是運用APP下載增強顯示資源并與外界實景進行疊加，效果逼真、趣味性強。

VR/AR技術在高中理科教學中的應用模式研究

利用VR/AR技術創設教學情景。理科是多門趣味學科的合集，我們需要用發現的目光，在前人的肩膀上眺望未來，但踏入理科世界的門檻比較高，需要學生熟練掌握各種定理、公式等結論性內容，而在傳統教學模式影響下，教師主觀意識中對教材“絕對權威”的認同，讓各項工作開展呈現出一種由上而下的壓迫感，更是強制性地要求學生掌握某些特定內容，學生所認識與感知的學科是不能質疑、不可推倒的，只要死記硬背、提升成績即可，所以學生的學習興趣較低。利用VR/AR技術能起到創設具體形象的情景的作用，其相對于多媒體設備的情景創設功能來說，在方式上更為新穎、觀感刺激同時也更強。如在高中生物知識學習中，教師打開微觀世界的大門往往靠顯微鏡或投影上的圖片、視頻等，這對于身處宏觀世界的學生來說代入感稍差。因為顯微鏡再清晰，學生目力所及的范圍只有那么點，在有限時間內能觀察到的元素也就那么多;多媒體中的內容再生動，學生的視線中始終會夾雜宏觀世界即除投影幕布外的實景元素，干擾學生視線的同時影響感官體驗。而借助VR/AR技術，學生戴上相關設備后目所能及的全是“微觀世界”，其能像一個有眼睛的細胞般，去經歷屬于自己的細胞周期，并用手持設備了解虛景中的各類信息，“遨游其中”仿佛一分子般獨立、灑脫，充分激發主人翁意識，體驗生物學科的獨特魅力。

運用VR/AR技術將抽象知識具象化。在地理、生物、物理、化學教學中我們不難發現，采用傳統的講授方式有很多知識點是難以一次性表達清楚、理解到位的。教師為照顧到學生群體的共性需求有時會因為時間、精力受限而忘記照顧學生個體特性需要，導致某些學生不會的知識點越積越多，從而覺得該學科宛如一條不可逾越的鴻溝，成為自己成長道路上的阻礙，在其中難以獲得成就感與自豪感，學習效能感較差。這些學生會逐步成為教師、同學、家長眼里的“學困生”。而采用VR/AR技術后，我們可以嘗試將那些難以理解的抽象知識用具象化的方式呈現出來，將一些原本寥寥幾字的信息拓展成具有系統性、集成性特征的動態畫面，讓學生可直觀地看到理論知識所對應的“現實”現象。如在高中物理知識學習中，很多學生難以理解開普勒第一定律。這時教師可借助技術優勢，打造以太陽系為中心的虛擬場景，讓學生化身成“小小宇航員”，從航天器助推器點火、垂直起飛、逐步攀升、推進器分離等幾近真實的操作一步步將學生帶入外太空中，在太陽系八大行星間自由穿梭，去感受宇宙的美麗和神秘。通過這樣的方式不僅能將太陽系具象地展示在學生眼前，更能通過航天器的點火、升空操作傳授些相應的科技知識，讓學生感受科技力量之強大、深入體會科技改變生活的真正內涵，并能以助推器點火等問題來帶領學生回顧之前所講授的力學知識，可謂是一舉多得。

運用VR/AR技術完成觀察、實驗，全方位提升學習體驗。高中理科不僅強調對圖像、圖形的靈活運用，更考察學生們對實驗現象及相關基本概念的理解。但在實際課堂教學操作中，有很多實驗的展開受場地、安全問題、材料、設備的限制而無從開展。利用VR/AR技術則能很好地彌補這一缺陷，諸如可以通過3D建模的方式，來增強學生對現實情境的視覺感知能力，讓學生在現實的建筑等人文景觀、山河等自然景觀中，利用自由視角及自由度較高的規則抽象相關的幾何圖形，或設定模擬真實的試驗場景，讓學生當一回“小小數學家”，按照自己的意愿、隨心所欲地操作。

該技術的運用能有效解決傳統試驗教學中，學生無法抽象數學模型概念、未進行試驗操作卻早已知曉試驗答案、教師為節約試驗材料與時間而進行的過度引導等諸多問題。教師們也不用擔心試驗過程中可能會出現的學生安全及設備損壞等問題，只需要在3D程序設定時，預先想到學生有可能進行的操作，然后再設定相應程序進行還原即可，保障每個學生都能在虛擬現實中驗證自己的想法，為其提供較大的思維空間，在實驗中充分感受學科的樂趣所在，點燃其參與科學探究的激情、喚醒內心對未知探索的那份真摯情感。

綜上所述，我們不難看出VR/AR技術在高中理科教育教學中的運用價值，相關工作者要積極轉變觀念，投入更多的人力、物力、財力去完善相關課程體系，在實踐中思考切實可行的教學策略，在完善虛擬空間的同時，做好虛擬與現實的對接工作，讓學生在趣味世界中感受科學、科技的無限魅力，為其真正吸收學科知識、培養科學精神而不懈努力。