建設AR/VR課堂 開展沉浸體驗課程

李波 郎洪篤 趙浩如

[摘? ?要]為進一步落實教育信息化改革，四川省成都市錦江區選擇試點學校，嘗試將信息技術與課程建設進行深度融合，將AR/VR技術引入小學課堂，開展了沉浸式體驗課程，取得了一定成效，并總結了課程設計與實施的經驗，成為教育信息化建設中突破創新的“奮進之筆”和“得意之作”。

[關鍵詞]AR/VR;小學;信息技術;沉浸式;體驗課程

一、實施背景

2017年，《國務院關于印發國家教育事業發展“十三五”規劃的通知》提出“要全力推動信息技術與教育教學深度融合”。2018年，教育部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。為豐富多元化教學方式，促進教學質量提升，四川省成都市錦江區探索新技術應用，開展沉浸體驗課程建設，將AR/VR引入課堂，使學生可通過虛擬觀察，借助體驗教室的虛擬場景和體感交互功能，開展模擬消防演練、知識奪寶等沉浸體驗課程[1]。根據區電教館前期的調研成果，確定在信息化應用程度較高的錦江區鹽道街小學和天涯石小學兩所學校開展試點工作。這兩所學校均有能力在項目執行推廣中總結研究成果，體現以學生為中心，實現自主學習、合作學習、探究學習的方式方法，通過技術手段和應用策略，做好相應資源的累積與準備，為下一階段的推廣工作奠定基礎。

二、設計方法

1.總體設計

此次建設覆蓋虛擬現實實驗教學的所有環節，涉及教學資源、教學計劃、教案開發、學生成績、系統管理等方面（見圖1）。

一是云VR教學綜合管理平臺及多媒體素材庫。利用先進的云端3D及數據存儲技術所打造的綜合管理平臺，幫助教師及相關課程管理人員對課程、教學資源等進行統一管理。多媒體素材庫則包括VR課程包、VR教師教學教案、學生VR課堂效果記錄（成績評估）。

二是教師端課堂組織。教師可以利用該系統全面、準確地把控課程進度，組織課堂討論、互動游戲、課堂小測驗等VR平臺教學活動，還可以對一定范圍內的學生端進行統一監控，利用云平臺提供的功能與學生進行互動式提問等。

三是學生端VR互動學習。作為傳統課堂的升級，VR互動能夠幫助學生全方位了解知識點。利用3D可視化、語音、視頻及交互等技術及VR交互硬件設備（傳統）實現知識的多媒體展示與教學。這一學習過程通過任課教師統一發起教學和學生小組學習兩種模式進行。

四是學科VR教學課程包。作為教學資源及教學工具的升級，要針對中小學不同課程，開發相應教學內容的課程包。

2.技術路線

系統包括客戶層、應用層與數據庫層。客戶層利用AJAX框架實現整體客戶層的建立。應用層又分為控制層、業務邏輯層及基礎服務層。控制層主要完成有關控制、參數解析及會話管理等任務;業務邏輯層通過跨終端APP技術實現，具體完成個人中心、教學后臺及學生信息平臺等處理工作;基礎服務層實現VR展示、時間服務、消息服務、成績管理及VR課堂日志管理等任務。

3.場景設計

在課堂上，通過一體機的教師端和學生端APP，可以實現多人同時在線交互。教師能與50名學生身處同一個虛擬實驗空間，這一過程中，教師可以控制VR實驗的進度，與學生在虛擬環境內互動，監控并協同監督學生對APP的使用。互動場景的設計讓學生得以從枯燥、靜態、單向的知識記憶進入生動、交互的3D虛擬現實中學習。VR設備間配置如表1所示。

三、課堂實施的前提

1.課堂教學應用的理論基礎

建構主義學習理論認為，學習不是教師向學生單向傳遞知識，而是由學生以個體原有的認知為基礎，學習新信息并編碼，主動建構自己的理解，豐富自己的認知的過程[2]。學習是發生在一定情境中的變化的過程，適宜的情景可以提升學習效率，改善學習效果。當現實生活中的情景無法完全滿足多樣化學習的需求時，虛擬現實技術成為重要工具。

2.基于VR的課堂教學策略

為將VR新技術運用于小學課堂，學校進行了大量探索，努力使教學內容與教學策略相匹配。

（1）VR情境教學策略。新課改強調學生的主體地位，重視學生主動學習，虛擬現實技術正是促進學生主動學習的新工具。一是創設情境，激趣引入（VR創設情境—獲得體驗—引發思考）。如教學小學科學（教科版）六年級下冊“太陽系”一課時，關于太陽系的天體，學生通過前期查閱資料已有一定的了解，但對于太陽系各天體的大小、位置、形狀、運動方式等缺乏感性認識。于是教師在學生交流所收集的資料后，再讓學生戴上VR眼鏡，使其置身于太空視角，觀看VR技術所呈現的太陽系各天體的形狀、顏色和相對位置，為下一步制作太陽系模型奠定基礎。二是主動思考，相互印證（創設情境—提出假說—動手實驗—VR驗證結果）。如教學“月相變化”一課時，教師先讓學生根據教材內容自己動手設計模擬實驗，然后再讓學生利用VR技術觀看月相成因，與自己的模擬實驗對比，尋找設計中的不足并加以改進。

（2）VR體驗式教學策略。VR技術可以吸引學生積極探索與參與，有效開展積極的建構性活動從而激發學習動機，增強學習體驗。如小學生的安全課程，可以通過VR技術直觀地呈現各種自然災害的場景。如“火場逃生”一課，包括“知識講解—技能示范—鞏固練習（VR）—歸納總結”的過程。教師首先展示各種火災現場實錄，講解基本的自救措施。然后再利用VR技術，虛擬火災現場，學生如身臨其境，利用交互手段，完成火場逃生，從而掌握基本技能。

四、實施成效

1.創建全新教育手段

錦江區AR/VR教室建設項目為學校提供了全新的教育手段，解決了傳統課堂與在線課堂中沉浸性不足的問題，將課堂環境、講學教師、知識影像、動手實驗等內容，整合至一個完整的虛擬時空場景，有利于在教學過程中突破時間與空間的局限，將抽象的概念與知識用形象直觀的形式呈現，為教師提供更自由的教學空間。

2.提升教學效果

該項目從趣味性、視覺性以及信息性三方面提升了教學成效。一是讓學生更關注課堂，對教學內容更感興趣，從而提升課堂的粘性。二是改變知識教學的枯燥性，尤其是對于美術、音樂等特色教育，能以更直觀的視覺化方式實施教學，顯著提升了教學效果;三是利用虛擬現實中影像與信息的無限制疊加，讓學生能夠更自然地將知識與實際場景結合，從而提升學習效果。

3.變革教育理念

該項目通過前沿技術的引用，實現了教育理念的變革。以虛擬現實技術為教學工具，將傳統的應試教育理念逐漸引向素質教育、快樂教育和技能教育的層面。

4.打造裝備亮點

作為國內將虛擬現實技術與課堂教育結合的實踐應用的先驅引導，發揮了錦江區作為成都文化中心與科技創新中心的優勢，建立了示范性教學課堂，在全省范圍內起到了示范作用。

五、虛擬現實技術

在課堂教學應用中幾點思考

1.對教師教學設計能力和教學能力的挑戰

基于VR的課堂與傳統課堂存在明顯的差異，教師教學設計能力和教學能力的水平對VR技術在課堂中的實效具有重要影響[3]。首先，教師要更新自身知識結構，了解并熟練使用新技術。其次，教師應轉變自己的角色，成為學習的引導者和課程的開發者，應學會根據不同教學目標挑選合適的設備和軟件系統，對教學計劃進行重新設計和規劃，并及時反思，實現技術與教學的深度融合。

2.避免新技術帶來的不良反應

對于虛擬現實設備后帶來的體驗，部分學生會有不適應，在使用設備前，應學生身體情況進行了解，對設備和軟件進行評估，做好安全保障措施，指導學生正確使用，避免消極影響。

虛擬現實技術在課堂教學中的運用帶來了全新的學習體驗。學校應當依據教育規律，借助VR技術構建技術平臺下的新型教學模式，將更好的教育帶給學生。

參考文獻

[1]張春華，吳莎莎.沉浸式學習背景下虛擬現實技術的教育應用[J].中國現代教育裝備，2018（20）：68-72.

[2]江雪清，宋萬琚.建構主義理論下探究性學習的特征與策略[J].新課程研究，2021（09）：37-38.

[3]曹靈芝，郎洪篤.信息技術賦能勞動教育融合課程的開發與實踐[J].教育科學論壇，2020（32）：30-33.

（責任編輯 郭向和? ?校對 姚力寧）

作者簡介：李波，四川省成都市錦江區馬家溝小學校教師，E-mail：305710469@qq.com（四川成都，610066）

郎洪篤，四川省成都市天涯石小學高級教師，E-mail：22261274@qq.com（四川成都，610021）

趙浩如，四川省成都市錦江區教育局電化教育館教師，E-mail：184186857@qq.com（四川成都，610065）