高等數(shù)學(xué)慕課教學(xué)中引入VR的必要性

李麗萍

摘要：隨著科技的發(fā)展，慕課、VR等新興事物被引入高校課堂教學(xué)中，它們改變了高校學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了高校的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：高等數(shù)學(xué)；慕課；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

隨著科技的發(fā)展，越來(lái)越多的新興事物在對(duì)大學(xué)課堂沖擊的同時(shí)，也使高校學(xué)生的學(xué)習(xí)方式變得多樣化。高校合理利用慕課、VR等教學(xué)方式和技術(shù)，對(duì)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，改善教學(xué)效果有重要作用。

一、高等數(shù)學(xué)課程的教學(xué)現(xiàn)狀

高等數(shù)學(xué)課程是大學(xué)工學(xué)、理學(xué)等學(xué)科最重要的必修基礎(chǔ)理論課。高等數(shù)學(xué)教學(xué)的主要目的是培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維能力、邏輯推理能力、空間想象能力、創(chuàng)造性思維能力、熟練運(yùn)算能力，以及運(yùn)用數(shù)學(xué)思維分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，為學(xué)生的深入學(xué)習(xí)打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。在傳統(tǒng)的教學(xué)過(guò)程中，高等數(shù)學(xué)教學(xué)面臨著許多問(wèn)題，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1.內(nèi)容復(fù)雜，課時(shí)相對(duì)較少。高等數(shù)學(xué)主要由微積分、向量代數(shù)、空間解析幾何、常微分方程等知識(shí)構(gòu)成，內(nèi)容非常復(fù)雜。以同濟(jì)大學(xué)編寫(xiě)的《高等數(shù)學(xué)》（第七版）為例，上下兩冊(cè)共12章，上冊(cè)427頁(yè)，下冊(cè)358頁(yè)。學(xué)生需要在兩個(gè)學(xué)期內(nèi)學(xué)完所有內(nèi)容，共192個(gè)學(xué)時(shí)，這使得部分學(xué)生很難在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)對(duì)高等數(shù)學(xué)知識(shí)有深刻的了解。

2.生源復(fù)雜，學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)差異大。大部分高校面對(duì)全國(guó)招生，但每個(gè)省的教學(xué)資源不一樣，學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)存在差異。即使是同一個(gè)省份的學(xué)生，由于個(gè)體差異，其基礎(chǔ)也有差別。高等數(shù)學(xué)作為基礎(chǔ)課，一般采用大班教學(xué)，教師在講課時(shí)雖然會(huì)根據(jù)學(xué)生的反饋調(diào)整教學(xué)的進(jìn)度，但不可能滿足所有學(xué)生的需求。

3.枯燥的教學(xué)內(nèi)容導(dǎo)致學(xué)生喪失學(xué)習(xí)動(dòng)力。高等數(shù)學(xué)的內(nèi)容復(fù)雜煩瑣，如果教師的教學(xué)方式單一，只講解教材的定理及理論知識(shí)，容易導(dǎo)致部分學(xué)生參與性不高，學(xué)習(xí)壓力加大，喪失學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。

二、高等數(shù)學(xué)教學(xué)中慕課的應(yīng)用

慕課（MOOC），即大規(guī)模開(kāi)放式在線課程。慕課使人們?cè)谌魏螘r(shí)間、任何地點(diǎn)都能學(xué)到想要學(xué)習(xí)的任何知識(shí)。由于慕課是在線課程，學(xué)生可以自主調(diào)整學(xué)習(xí)時(shí)間及內(nèi)容，并且可以利用零碎的時(shí)間進(jìn)行學(xué)習(xí)。同時(shí)，由于網(wǎng)絡(luò)和手持設(shè)備終端（平板和手機(jī)等）的普及，學(xué)生可以在多種環(huán)境下進(jìn)行學(xué)習(xí)，而不再局限于固定的課堂和時(shí)間，解決了課程學(xué)習(xí)時(shí)間相對(duì)較少的問(wèn)題。

慕課由于其開(kāi)放性，課程的主講教師都是此門(mén)課程中教學(xué)能力較強(qiáng)的教授，他們長(zhǎng)期活躍在教學(xué)和科研一線，對(duì)課程的深度和廣度把握較好。以“中國(guó)大學(xué)MOOC”為例，有同濟(jì)大學(xué)的殷俊鋒、張華隆等教授和國(guó)防科技大學(xué)的朱健民、李建平、黃建華、王曉、周敏等教授參與教學(xué)視頻的錄制。在講授過(guò)程中，教授們利用豐富的教學(xué)資料和深入淺出的教學(xué)方式，大大提高了學(xué)生的興趣，解決了由于學(xué)生基礎(chǔ)不一難以跟上整體學(xué)習(xí)進(jìn)度的問(wèn)題。

慕課有許多優(yōu)點(diǎn)，但并不能完全代替高等數(shù)學(xué)的課堂教育。因?yàn)槟秸n是開(kāi)放的，在方便之余也對(duì)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力提出了很高的要求。當(dāng)前高校教育已經(jīng)從精英教育向通識(shí)化教育發(fā)展，相應(yīng)的高校學(xué)生的狀態(tài)變得難以掌控，某些學(xué)生的學(xué)習(xí)的態(tài)度和目標(biāo)也變得功利化。根據(jù)賓夕法尼亞大學(xué)對(duì)幾百萬(wàn)名學(xué)生的追蹤調(diào)查發(fā)現(xiàn)，注冊(cè)課程的學(xué)員中有50%的在網(wǎng)絡(luò)上聽(tīng)過(guò)課，而最終全部學(xué)完課程的僅有4%。這說(shuō)明，高校學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力較為薄弱，需要外在的力量對(duì)其進(jìn)行約束。而傳統(tǒng)的課堂教育與慕課的結(jié)合可以有效解決這一問(wèn)題。

三、高等數(shù)學(xué)慕課教學(xué)中引入VR的優(yōu)勢(shì)

VR（虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)），是利用信息科學(xué)技術(shù)創(chuàng)造一個(gè)三維虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，為使用者提供聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)、觸覺(jué)等感官方面的模擬。使用者通過(guò)穿戴或者操控虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備能夠直接查看、控制、觸摸、勘測(cè)虛擬場(chǎng)景中人物的四周環(huán)境和事物的改變，并且可以與其進(jìn)行一定的行為交互，使自己與虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境很好地融為一體，產(chǎn)生身臨其境旳感覺(jué)。通過(guò)VR，教師可以構(gòu)建一個(gè)平臺(tái)（課堂），讓學(xué)生在同一個(gè)教室（課程）上課，但接受到的內(nèi)容進(jìn)度可能不同。將VR運(yùn)用于慕課，會(huì)帶來(lái)傳統(tǒng)課堂教學(xué)難以達(dá)到的效果，其優(yōu)勢(shì)具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1.參與感（沉浸感）

目前，大多數(shù)的慕課教學(xué)給人的感覺(jué)就像看2D電影，而加入VR的慕課教學(xué)則是3D的。由于加入VR的慕課在編寫(xiě)時(shí)虛擬創(chuàng)造了一個(gè)三維虛擬現(xiàn)實(shí)的課堂，其產(chǎn)生的效果與真實(shí)課堂的教學(xué)差不多，可以給學(xué)生很強(qiáng)的帶入感和參與感。在這個(gè)課堂上，學(xué)生可以以第一視角無(wú)干擾地接受教育，還可以完整地看到教師引入問(wèn)題、剖析問(wèn)題、解決問(wèn)題并延展出概念和定理的完整過(guò)程。與此同時(shí)，學(xué)生自己也在進(jìn)行思考和計(jì)算，并且可以重復(fù)學(xué)習(xí)重點(diǎn)和難點(diǎn)。

2.雙向互動(dòng)性（交互性）

在現(xiàn)實(shí)的課堂中，教師可以通過(guò)學(xué)生的反饋判斷學(xué)生對(duì)知識(shí)的了解程度。例如，教師可以在學(xué)生疲憊時(shí)引用部分實(shí)例吸引學(xué)生的注意力；也可以根據(jù)學(xué)生的即時(shí)反饋調(diào)整授課方式及教學(xué)進(jìn)度。這種情況是慕課教師無(wú)法做到的。但將VR引入慕課，通過(guò)合適的手段，就可以實(shí)現(xiàn)這一效果。例如，在學(xué)生感到疲憊時(shí)，學(xué)生可以取下“VR”頭盔或者眼鏡；對(duì)某部分知識(shí)不了解時(shí)可以重復(fù)播放；對(duì)某些共性的問(wèn)題可以直接翻出菜單查看；對(duì)難度較大的問(wèn)題，學(xué)生可以與課堂中其他學(xué)生進(jìn)行虛擬交流，如果仍然得不到解答，還可以與任課教師直接溝通。

3.構(gòu)想性

高等數(shù)學(xué)起源于人類的生產(chǎn)活動(dòng)，是人類對(duì)未知世界探索的結(jié)晶。因此在高等數(shù)學(xué)概念的引入過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)使用實(shí)際案例。比如導(dǎo)數(shù)的定義，在同濟(jì)大學(xué)編寫(xiě)的《高等數(shù)學(xué)》中，其引入時(shí)就采取了運(yùn)動(dòng)瞬時(shí)速度問(wèn)題和求切線的問(wèn)題。而在VR慕課中，教師可以引入3D電影的某些片段，增強(qiáng)課程的觀賞性和實(shí)時(shí)感，設(shè)計(jì)合適的問(wèn)題讓學(xué)生解決。這樣既激發(fā)了學(xué)生的興趣，又與實(shí)際問(wèn)題結(jié)合起來(lái)，培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

4.約束性

信息技術(shù)在方便師生的同時(shí)，也給傳統(tǒng)課堂及慕課帶來(lái)了很大的麻煩。由于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容豐富，吸引力較強(qiáng)，許多學(xué)生沉迷于網(wǎng)絡(luò)電影、電子小說(shuō)和網(wǎng)絡(luò)游戲，荒廢了學(xué)業(yè)。但引入VR的慕課可以有效解決這一問(wèn)題。在學(xué)習(xí)過(guò)程中，只要取下VR設(shè)備而未能在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)回歸課堂就會(huì)被扣分。因此，學(xué)生除了接觸課堂內(nèi)容并完成作業(yè)外不能做任何事情，這樣會(huì)對(duì)部分學(xué)習(xí)自覺(jué)性差的學(xué)生形成約束，強(qiáng)制學(xué)生認(rèn)真完成課程的學(xué)習(xí)。

綜上所述，加入“VR”的慕課將更有可參與性、約束力、趣味性，還能培養(yǎng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，完全可以作為學(xué)生預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)、開(kāi)闊視野、提高學(xué)習(xí)興趣的重要工具。隨著技術(shù)的進(jìn)步，某些通識(shí)性的課程在引入人工智能虛擬課堂后，將有可能完全代替現(xiàn)實(shí)的課堂教學(xué)。

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