翻轉教學在虛擬現(xiàn)實技術課程中的應用研究

廖婷++沈榮

摘要：虛擬現(xiàn)實技術是一門涉及多領域的課程，也是數(shù)字媒體技術專業(yè)學生的專業(yè)必修課。針對傳統(tǒng)教學中以老師為中心，忽略學生的個體差異，學生的主觀能動性得不到很好的調動。因此在課程中引入了“翻轉課堂”教學模式，以項目分組設計來激發(fā)和調動學生的研究性學習及團隊協(xié)作能力。文章從課程的教學目標、教學內容、翻轉教學、考核形式幾個發(fā)面提出了改革的教學策略。通過教學實踐，該模式取得了較為良好的教學效果，并對學生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)起到了促進作用。

關鍵詞：虛擬現(xiàn)實技術；翻轉課堂；研究性學習；團隊協(xié)作；創(chuàng)新能力

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）25-0079-03

Research on application of flipped teaching in Virtual Reality Technology Course

LIAO Ting， SHEN Rong

（School of Computer， Sichuan University of Arts and Science， Dazhou 635000，China）

Abstract： Virtual reality technology is a course that involves many fields， and it is also a compulsory course for students majoring in digital media technology. In view of the traditional teaching to the teacher as the center， to neglect the individual difference of the students， the students' subjective initiative cant get a good transfer. Therefore， in the course of the introduction of the "flipped classroom" teaching mode， the project design to stimulate and mobilize the students' research learning and teamwork skills. From the curriculum teaching goal， teaching content， flip teaching， assessment form several proposed reform of teaching strategies. Through teaching practice， the model has achieved good teaching effect， and has played a promoting role in the cultivation of students' innovative ability.

Key words： virtual reality technology； flipped classroom； research study； teamwork； innovation ability

1 引言

虛擬現(xiàn)實技術（Virtual Reality，VR）發(fā)源于美國，是和計算機圖形學、三維跟蹤技術、語音與模式識別技術、仿真技術、傳感與測量技術、多媒體技術、信息技術、網絡技術等相關交叉學科[1]。虛擬現(xiàn)實是采用以計算機技術為核心的現(xiàn)代高科技，生成逼真的視覺、聽覺、觸覺等一體化的虛擬環(huán)境。用戶借助必要的設備以自然的方式與虛擬世界中的物體進行交互，從而產生身臨其境的感受和體驗[2]。該課程是一門應用性和實踐性很強的專業(yè)學科課程，通過課程的學習培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識，科學研究能力，應用新技術的能力。

高校教育模式中傳統(tǒng)的教學模式是以老師為中心或課本為中心，老師課堂40分鐘滿堂灌，或者最多留出少部分時間讓學生內化。這種方式對一些理論性的課程可能有一定效果，但對于一些實踐創(chuàng)新能力的課程效果就不是太明顯，為了更好的調動學生的主觀能動性，激活學生的自主研究性學習，美國科羅拉多州落基山的“林地公園”高中的兩位化學老師提出了“翻轉課堂”（The Flipped Classroom）的理念，并受到了學生的廣泛歡迎。隨后，世界各國教育者認識這種新的教學模式，并根據(jù)各自不同的情況用到自己的教學改革中。個人認為，新的教育模式我們不能拒絕，但也不能一味照搬，要根據(jù)各自學科領域不同的特點來進行試點改革，并結合到本校專業(yè)學生的具體情況進行漸進式的改變傳統(tǒng)的教學模式，并把好的經驗進行推廣。

2 翻轉課堂教學模式

2.1多方面的轉變

以前傳統(tǒng)的教育模式一直把課堂教學的主體定位為老師，但其實學生才是整個課堂的主體因素。而現(xiàn)在的社會環(huán)境給我們的學生提供了多元化的接收新信息的途徑，學生可以通過電腦、手機、平板、網絡等新媒體獲取自己感興趣的信息。同時他們更具個性，更愿意主動動手嘗試，而不是被動聽講。他們在課堂的專注的時間較短，傾向于碎片化的內容。

在翻轉課堂教學中，教師由知識的教授者轉變?yōu)閷W生的學習的引導者。與傳統(tǒng)課堂比，翻轉課堂教學模式并不是減少老師的工作，反而對老師提出了更高的要求。教師要思考如何將知識的教授從課中轉變?yōu)檎n前，以及在課堂的學習中如何引導學生進行知識的內化。因此，教師在翻轉課堂中的作用顯得尤為重要[3]。

學習的環(huán)境也由以前單一的教室變得靈活，在課前學習部分學生可以在有網絡的寢室、圖書館、機房、教室以及公共場所通過學習終端，根據(jù)自己不同的情況選擇學習資源及學習進度。在課堂上老師根據(jù)學生的不同情況完成知識點的內化，課堂學習也比傳統(tǒng)課堂顯得更加活躍，還可以根據(jù)具體需要改變教室的格局。

2.2 翻轉課堂的特點

翻轉課堂教學模式是將傳統(tǒng)教學中的在課堂學習知識，在課后內化知識的順序做了調整，要求學生在課前通過老師提供的學習資源先自主學習，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。對于普遍較難的問題老師通過在課中集中分析，比如可采用分組討論，展示交流，項目實踐等方式來解決問題。整個教學過程最大限度地調動了學生的自主研究性學習能力，同時也對老師提出了更高的要求，各個環(huán)節(jié)必需環(huán)環(huán)相扣，課前的重要知識點的提煉，課中組織教學，在輕松活躍的氛圍中完成知識的內化，讓所有學生根據(jù)情況更好的掌握知識，在課后采用更加靈活方式完成掌握知識的評價體系。

翻轉課堂模式在具體的教學活動開展中注意的幾個問題：

1）課前如何督促學生完成學習

由于大學學習生活較寬松，要學生抽取一定的時間完成自主學習，除了依靠學生的自覺性外，老師還應考慮其他的措施了促進學生的自主學習。所以，老師在布置任務的時候，要考慮學習的內容的量和學習的進度外，還可以采用積分獎勵等方式來激發(fā)學生的學習興趣。

2）課中如何開展討論

在具體的課堂教學中，大部分學生通過課前視頻學習掌握了部分知識點內容，老師通過提問、分組討論、學生展示交流等環(huán)節(jié)來對知識點進行內外，在討論中可能個別同學不參與，老師應該引導他們積極參與，設計簡單的問題點名回答，同時讓同組較好的同學帶動一起討論。

3）課后如何開展評價體系，鞏固學習

通過課前和課中學習，學生基本掌握了絕大部分知識點，同樣可以通過布置課后作業(yè)，或者分組完成項目和小測評等形式來鞏固學習的知識點，針對大部分同學還沒有掌握牢靠的知識點在進行強化講解。

3 翻轉教學模式在虛擬現(xiàn)實課程中的應用研究

3.1課程的教學目標

虛擬現(xiàn)實技術是大學三年級開設的必修課程，該課程以計算機圖形學、3DS MAX建模技術等計算機課程為基礎，是一門應用性和實踐性很強的專業(yè)學科課程。該課程建設對培養(yǎng)學生的工程實踐能力、創(chuàng)新能力、綜合運用知識的能力將起到至關重要的作用。通過本課程的學習，使學生獲得虛擬現(xiàn)實應用開發(fā)的基本知識、理論和技能，了解當前各種主流的Web3D技術，如Cult3D等技術，掌握虛擬現(xiàn)實設計與開發(fā)的基本方法和技巧，掌握虛擬現(xiàn)實建模語言VRML及X3D技術，并使學生具有綜合運用所學知識來分析、解決實際問題的能力，能夠完成如虛擬校園漫游系統(tǒng)、虛擬古建筑、三維房產展示系統(tǒng)的設計與開發(fā)。并培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識，科學研究能力，應用新技術的能力。

3.2 課程教學內容

本課程安排了48個學時，其中理論32學時，實踐為18學時。主要內容包括以下幾個方面：

1） 虛擬現(xiàn)實技術概述。主要介紹虛擬現(xiàn)實的定義、虛擬現(xiàn)實的本質特征、虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的組成、虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的分類及虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展應用等基礎知識。

2） 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的硬件設備。主要介紹視覺感知設備、聽覺感知設備、觸覺和力反饋設備、位置跟蹤設備及虛擬現(xiàn)實的計算機設備等知識，還需要多了解市場上相關的主流產品。

3） 虛擬現(xiàn)實的建模技術。主要介紹對象虛擬、物理建模、運動建模、行為建模及聲音建模等知識。重點掌握碰撞-響應建模技術、行人的運動建模技術、基于Agent的行為建模技術。

4） 虛擬現(xiàn)實的Web3D技術。主要介紹Web3D技術的產生、發(fā)展及關鍵技術，重點闡述三維全景技術和Cult3D兩者的具體實現(xiàn)技術。同時也要了解相關的前沿技術。

5） 虛擬現(xiàn)實開發(fā)平臺VRP。介紹VRP開發(fā)平臺的特點及具體使用方法，包括前期建模要求，材質燈光烘焙，后期處理，交互添加，腳本編輯等具體實踐操作方法。

6） 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)綜合案例。以VRP為開發(fā)工具，開發(fā)室內及室外的樓盤漫游系統(tǒng)。

3.3 翻轉課堂教學案例

為了具體說明翻轉課堂模式如何應用到虛擬現(xiàn)實技術教學過程中，選取了一個教學案例，其教學內容為三維全景技術，具體展開的教學過程如下：

1） 課前知識點的整理和視頻準備

全景技術的主要知識點包括：①全景技術概述：特點、分類及常見的全景技術；②全景技術常用的設備：數(shù)碼相機、魚眼鏡頭、全景頭；③全景作品制作；相應的，老師準備了三段“微課”，對3個知識點進行講解，布置了測試題目：①分析全景技術的技術特點；②拍攝校園或寢室的全景照片，利用PixMaker軟件建立網上全景演示。學生在課前觀看微課，通過查閱相關資料，完成這些測試題，然后可以就這些問題在網絡交流平臺展開討論，分享各自的學習心得。

2） 課堂設計

在課堂上，老師首先根據(jù)課前測試的反饋情況，花5-10分鐘對要掌握的知識點進行一定的梳理和總結。接下來把學生按照總人數(shù)分成3-5人不等的小組，每個小組選取一位組長，組長也可以由該組成員輪流擔當，組長主要是組織和協(xié)調組員的發(fā)言。

比如針對一些抽象的概念：球形全景和立方體全景的區(qū)別，以及全景技術常用設備：全景頭，魚眼鏡頭等理論知識點，可以通過查找網絡上相關的設備的價格參數(shù)圖片等來了解最新設備的相關知識點，然后小組成員進行討論，老師可以隨機旁聽某組的討論情況，適當給出意見和建議，然后請一些組員代表發(fā)言，其他組員可以反對或補充，老師給出適當?shù)狞c評。

針對一些實踐操作的項目，比如制作全景演示圖片，也是通過課前分組完成作品，課中進行匯報展示交流，在制作過程中碰到的問題以及如何解決的，本組作品的特點及各個成員所做的工作等，最后老師對知識脈絡進行梳理、歸納和總結并對學生的學習成果作出評價，采用分組積分的方法，大家都認為好的作品對本組成員進行平時成績進行加分處理，并把作品上傳到網絡交流平臺供大家參考和學習。

3） 課后鞏固

通過課前視頻觀看和課堂討論，大部分學生能掌握八九成的知識內容，所以還需要引導學生課后鞏固知識點。視頻資源的一個好處就是學生可以隨時隨地反復觀看，比如對大家不太容易掌握的內容，發(fā)現(xiàn)大部分學生反復多次觀看。當然還可以在網絡交流平臺開發(fā)相應的后續(xù)練習模塊，來加強和鞏固所學知識點。

3.4 考核方式

考試的主要的目的是了解學生對該門課程的掌握情況，同時老師發(fā)現(xiàn)教學中的問題，不斷改進教學方案。傳統(tǒng)教學中的考核方式簡單，僅靠期末測試成績來衡量學生的學習情況，不利于反映學生真實的學習效果。因此，本課程最后的考核成績包括兩部分：平時成績和期末成績，其中平時成績占40%，期末成績占60%。平時成績包括三個方面：課堂表現(xiàn)（10%），作業(yè)（10%），實驗成績（20%）。而期末成績采用分組完成作品項目，提交項目書，制作答辯PPT，最后采用集體答辯的方式給出每組成員的期末成績。這種考核方式有利于提高學生的學習積極性，并強調了學生的動手實踐能力。

4 總結

虛擬現(xiàn)實技術是一門高年級綜合應用的核心課程，主要培養(yǎng)學生的工程實踐項目能力，針對傳統(tǒng)教學的以老師為主的教學模式，忽略了學生的個體差異，提出了翻轉課堂教學模式，強調以學生為主體，課堂完成知識內化，本文從課程的教學目標、教學內容、翻轉課堂，考核方式四個方面對該門課程的教學改革應用進行了初探。實踐證明，學生的學習效果和學習的積極性得到了一定提高。

接下來的研究工作包括課前微課的準備，課后的鞏固和評測需要進一步完善，同時對自覺性較差的學生如何督促完成課前和課后的學習是下一步需要進行研究的重點。

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