論VR技術(shù)在中小學(xué)教學(xué)中的作用

廣東省湛江市第二中學(xué)(524000) 盧皓瑋

隨著社會(huì)的進(jìn)步,教育教學(xué)的方式應(yīng)該與時(shí)俱進(jìn)。在教育部課改宏觀政策的指導(dǎo)下,教育系統(tǒng)逐步認(rèn)識(shí)到傳統(tǒng)課堂教學(xué)方式已經(jīng)不能滿足當(dāng)今教育改革的要求。我國(guó)大部分的農(nóng)村中學(xué)也在使用多媒體技術(shù)來進(jìn)行輔助教學(xué),因?yàn)榻柚嗝襟w技術(shù)進(jìn)行教學(xué),可以有效地提高學(xué)生在課堂上的學(xué)習(xí)興趣,從而更好地提高教學(xué)質(zhì)量。VR技術(shù)具有圖、文、聲并茂的特點(diǎn),這些技術(shù)為課程教學(xué)的改革提供了良好的條件。VR技術(shù)具有形象性、直觀可視性、內(nèi)容豐富性,較傳統(tǒng)教學(xué)方式更能調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。在教育中引入VR技術(shù),既符合計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展目標(biāo),也適應(yīng)我國(guó)教育事業(yè)發(fā)展的需求。

1 VR技術(shù)簡(jiǎn)介

上世紀(jì)80年代,美國(guó)VRL公司的拉尼爾基于計(jì)算機(jī)技術(shù)、軟件技術(shù)和傳感器技術(shù)的反戰(zhàn)提出了VR的概念。VR技術(shù)的原理是利用計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)和各種現(xiàn)實(shí)及控制等接口設(shè)備,生成虛擬的、可交互的三維環(huán)境,給用戶提供沉浸感覺。VR技術(shù)的本質(zhì)是創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬環(huán)境的計(jì)算機(jī)環(huán)境仿真系統(tǒng)。該環(huán)境仿真系統(tǒng)融合多源信息,利用軟件和硬件形成交互式立體動(dòng)態(tài)視景,模擬實(shí)體行為,使用戶體驗(yàn)到沉浸在真實(shí)環(huán)境中的感覺。目前,VR技術(shù)在訓(xùn)練、游戲等領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛。

教學(xué)中普遍應(yīng)用的多媒體技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)對(duì)文本、圖形、圖像、聲音、動(dòng)畫、視頻等多種信息綜合處理、建立邏輯關(guān)系和人機(jī)交互作用的技術(shù)。VR技術(shù)與多媒體技術(shù)有明顯的區(qū)別,VR具有更強(qiáng)的交互性和體驗(yàn)感,使人沉浸其中。

1.1 VR技術(shù)的基本特征

VR技術(shù)有沉浸感、交互性、多感知性和想象力等三大基本特征。

1.1.1 沉浸感

讓學(xué)生身臨其境的學(xué)習(xí),一直是教育理論的重要思想之一,比如孔子就強(qiáng)調(diào)在社會(huì)中學(xué)習(xí)在實(shí)踐中學(xué)習(xí)的理念。傳統(tǒng)課堂教學(xué)限于環(huán)境條件,一般只能利用文字、靜止的圖片以及簡(jiǎn)單的教具給學(xué)生講授知識(shí),很難讓學(xué)生體驗(yàn)到真實(shí)的環(huán)境。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的出現(xiàn)恰恰彌補(bǔ)了課堂教學(xué)的短板。VR技術(shù)根據(jù)人類生理心理的特點(diǎn),利用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生仿真的直觀立體圖像。學(xué)生戴上特制的可視化頭盔和數(shù)據(jù)化手套等交互設(shè)備,利用這些交互設(shè)備與計(jì)算機(jī)生成的虛擬環(huán)境進(jìn)行數(shù)字化的信息溝通和交流,就好像在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中一樣。用戶通過移動(dòng)頭部轉(zhuǎn)移視線時(shí),眼中看到的虛擬環(huán)境即時(shí)變化;可以像在真實(shí)環(huán)境里一樣用手拿起物體,物體也可以跟隨手的移動(dòng)。傳統(tǒng)教學(xué)中,學(xué)生是被動(dòng)的觀察者,而借助VR技術(shù)學(xué)生成為主動(dòng)的參與者。

1.1.2 交互性

傳統(tǒng)多媒體技術(shù)具有圖像、視頻以及聲音等表現(xiàn)方法,已經(jīng)成為傳統(tǒng)課堂教學(xué)的重要補(bǔ)充,也已經(jīng)為大多數(shù)教師所掌握。它的主要缺點(diǎn)是缺乏交互性。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)恰恰可以提供優(yōu)質(zhì)的交互性體驗(yàn)。如前所述,學(xué)生可以觀察和操作虛擬物體,也可以從虛擬環(huán)境中獲得近乎自然的交互信息反饋。比如植物搖擺、流動(dòng)的水、鳥蟲鳴叫等。抓住虛擬環(huán)境中的實(shí)體,其感受與真實(shí)環(huán)境極為相似。交互性的實(shí)現(xiàn)有賴于強(qiáng)大的反饋設(shè)備支持,比如鍵盤、鼠標(biāo)、數(shù)據(jù)手套、特殊頭盔等。在VR技術(shù)中,計(jì)算機(jī)根據(jù)用戶的視覺、觸覺、運(yùn)動(dòng)、味覺等傳感系統(tǒng),利用特殊的算法調(diào)整VR系統(tǒng)的圖像及聲音,這樣學(xué)生就可以考察或操作虛擬環(huán)境中的對(duì)象,并獲得相應(yīng)的反饋。

1.1.3 多感知性和想象力

如前所述,VR系統(tǒng)構(gòu)想性十分開放,具有聽覺、視覺、味覺、觸覺和動(dòng)覺的傳感及反應(yīng)設(shè)備。因此,學(xué)生可以獲得上述多種感知,從而融入其中。VR技術(shù)可以擴(kuò)充學(xué)生的想象空間,激發(fā)學(xué)習(xí)興趣,提高學(xué)習(xí)效率。

1.2 VR系統(tǒng)的三種類型

1.2.1 沉浸型 VR系統(tǒng)

該系統(tǒng)比較復(fù)雜,必須利用傳感跟蹤裝置,比如頭盔和數(shù)據(jù)手套,才能與虛擬環(huán)境交互。該系統(tǒng)將自然外界隔離在使用者感覺之外,使用者能夠排除干擾,沉浸在虛擬現(xiàn)實(shí)中。

1.2.2 簡(jiǎn)易型 VR系統(tǒng)

該系統(tǒng)其實(shí)是一套算機(jī)系統(tǒng)和軟件。利用軟件與虛擬環(huán)境交互。如Quick Time VR系統(tǒng),采用特殊攝像機(jī)拍攝360°全景圖像,從而生成逼真的虛擬情景,使用者利用傳統(tǒng)輸入工具,比如鼠標(biāo)和鍵盤,即可感受到真實(shí)的虛擬環(huán)境。

1.2.3 共享型 VR系統(tǒng)

該系統(tǒng)利用互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)各地使用者,共享同一虛擬環(huán)境。每個(gè)使用者通過網(wǎng)絡(luò)觀察和操作虛擬環(huán)境,達(dá)到協(xié)同工作的目的。

2 VR技術(shù)改造傳統(tǒng)教學(xué)的應(yīng)用及趨勢(shì)

VR技術(shù)具備逼真的視覺環(huán)境、聽覺環(huán)境、觸覺環(huán)境和運(yùn)動(dòng)環(huán)境,畫面生動(dòng),色彩鮮艷。這種沉浸式交互體驗(yàn),可以強(qiáng)烈地刺激大腦皮層,從而引起興奮,集中學(xué)生學(xué)習(xí)的注意力,使學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容記憶深刻,并最終熟練掌握。

VR技術(shù)現(xiàn)已經(jīng)應(yīng)用到教育教學(xué)領(lǐng)域。據(jù)相關(guān)資料介紹,圣澤維爾學(xué)校利用VR技術(shù)講授有關(guān)太陽(yáng)系的天文知識(shí)。在教學(xué)過程中,學(xué)生駕駛虛擬的太空飛船在太陽(yáng)系中旅行,“親身”體驗(yàn)太陽(yáng)系中每一個(gè)星球的內(nèi)部環(huán)境。通過這種教學(xué)方式,極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,紛紛表示虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)讓他們學(xué)到了很多知識(shí),這種教學(xué)方式非常有趣。

虛擬現(xiàn)實(shí)從單純科學(xué)研究、軍事應(yīng)用等專業(yè)領(lǐng)域逐漸進(jìn)入了日常教育教學(xué)活動(dòng)中,出現(xiàn)了“虛擬教學(xué)”的新局面。這些應(yīng)用也是教育高科技的展示,是教育信息化、現(xiàn)代化的具體體現(xiàn)。實(shí)踐證明,通過VR技術(shù)可構(gòu)建一種沉浸感、想象力、交互性的三維虛擬實(shí)物場(chǎng)景,并在這個(gè)場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)物體的動(dòng)態(tài)交互感知,同時(shí)結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)虛擬場(chǎng)景的傳播和共享。

就現(xiàn)階段而言,VR教育的機(jī)會(huì)與挑戰(zhàn)并存。由于VR教育還處于起步期,無論是設(shè)備技術(shù)的成熟程度,消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品的受市場(chǎng)認(rèn)可程度還是注入內(nèi)容的豐富程度,都與大規(guī)模的推廣還有一定距離。但是隨著技術(shù)不斷的發(fā)展,在硬件性能趨同的背景下,內(nèi)容的交互將構(gòu)成差異化競(jìng)爭(zhēng)力,“VR＋教育”產(chǎn)業(yè)聯(lián)動(dòng),將會(huì)有更好的發(fā)展趨勢(shì)。

3 VR技術(shù)在中小學(xué)教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)

中小學(xué)生的特點(diǎn)是年齡小、好動(dòng)、求知欲旺盛、興趣廣泛。中小學(xué)教學(xué)必須針對(duì)學(xué)生的特點(diǎn)開展教學(xué)活動(dòng)。目前中小學(xué)教學(xué)的主要問題是“灌鴨式”教學(xué),這種教學(xué)模式具有體系完整,知識(shí)掌握度比較高的優(yōu)點(diǎn)。但其無視學(xué)生的個(gè)體差異,扼殺學(xué)生創(chuàng)造性的問題被廣為詬病。畢竟,教學(xué)的首要目的是讓學(xué)生成為一個(gè)獨(dú)立的正常的人,而不是培養(yǎng)掌握了很多知識(shí)的機(jī)器。提高素質(zhì)和掌握知識(shí)很重要,但方式方法卻有很多,應(yīng)該根據(jù)學(xué)生自己的特點(diǎn)來組織學(xué)習(xí),所謂因材施教,而不是批量化生產(chǎn)。中小學(xué)生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣,有賴于長(zhǎng)期的培養(yǎng),其中學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)至關(guān)重要。

另外,不同的教學(xué)課程也有各自的特點(diǎn),但是目前的教學(xué)方法主要以課堂教學(xué)為主,再輔之以一定的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。因?yàn)闂l件的限制,實(shí)操性的教學(xué)以及在真實(shí)環(huán)境中的教學(xué)非常少。

基于這兩個(gè)特點(diǎn),VR技術(shù)對(duì)于改革傳統(tǒng)教學(xué)方式具有明顯的優(yōu)勢(shì),主要體現(xiàn)在以下3點(diǎn)。

3.1 利用虛擬技術(shù),創(chuàng)設(shè)真實(shí)情景,實(shí)現(xiàn)形象化教學(xué)

以中小學(xué)中主要課程為例,分別闡述VR技術(shù)在教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)及實(shí)現(xiàn)途徑。

漢語(yǔ)言的重要特點(diǎn)包含有文字的象形性、語(yǔ)句的韻律感和蘊(yùn)含的畫面感。這些特點(diǎn)與圖像、情境和聲音密切相關(guān)。設(shè)想學(xué)生在學(xué)習(xí)生字的時(shí)候,有圖像予以輔助;學(xué)唐詩(shī)宋詞時(shí),有融入其中的音樂和情境予以輔助,學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性一定會(huì)熱情高漲,也更符合漢語(yǔ)言教學(xué)的藝術(shù)性以及美學(xué)性要求。

數(shù)學(xué)教學(xué)中需要很多直觀的圖片加以說明,VR技術(shù)可以提供更加真實(shí)和逼真的圖像、視頻,也可以設(shè)計(jì)很多虛擬的數(shù)學(xué)應(yīng)用場(chǎng)景,更利于學(xué)生的學(xué)習(xí)。

英語(yǔ)的口語(yǔ)教學(xué)一直是教學(xué)中的難點(diǎn),尤其在農(nóng)村學(xué)校中。通過VR技術(shù)可以設(shè)計(jì)一些國(guó)外的生活場(chǎng)景,讓學(xué)生置身于其中,與外國(guó)人在虛擬的場(chǎng)景進(jìn)行交流溝通,鍛煉學(xué)生的口語(yǔ)交流能力。

物理、化學(xué)和生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)一般都很枯燥,如果利用VR技術(shù)將這些科學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí),再輔助以著名科學(xué)家實(shí)驗(yàn)時(shí)的視頻,讓學(xué)生與科學(xué)家進(jìn)行跨時(shí)空交互溝通。

VR技術(shù)可以突破時(shí)空限制,能夠把歷史“立體重現(xiàn)”在學(xué)生面前,讓學(xué)生看得見、聽得見,甚至可以摸得著,從而獲得身臨其境的感受和體會(huì)。比如學(xué)生能夠“親自”走進(jìn)中世紀(jì)城堡,領(lǐng)略那份神秘與驚險(xiǎn);學(xué)生能夠漫步觀賞虛擬歷史博物館中,看到甚至觸摸珍貴的歷史文物;學(xué)生還能夠“親身”去參與、指揮并贏得戰(zhàn)爭(zhēng)。

3.2 利用VR技術(shù)進(jìn)行仿真教學(xué),促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以虛擬人物形象和各種場(chǎng)景、模型。比如,物理課教學(xué)中,可以設(shè)計(jì)一些偉大的物理學(xué)家與學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)探究。VR技術(shù)還可以仿真各種歷史模型,創(chuàng)設(shè)逼真的場(chǎng)景,使學(xué)生沉浸其中。通過利用VR技術(shù)使知識(shí)的傳遞變得有趣,課堂充滿了誘惑力,促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行探索學(xué)習(xí),有利于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

3.3 VR技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式、教師教學(xué)方式以及師生互動(dòng)方式的改變

傳統(tǒng)教育模式中學(xué)生的學(xué)習(xí)是被動(dòng)的,教師傳授知識(shí),學(xué)生接受知識(shí),學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)必須緊跟教師的思路,問題的答案都是標(biāo)準(zhǔn)的。學(xué)生只能根據(jù)教師的語(yǔ)言和課本文字進(jìn)行再現(xiàn)想象。這樣就容易抑制學(xué)生的主觀能動(dòng)性,使學(xué)生表現(xiàn)出消極和厭學(xué)的情緒。

VR技術(shù)的應(yīng)用,使教師成為學(xué)習(xí)的指導(dǎo)者、參與者和合作者,甚至成為學(xué)習(xí)伙伴。教師只需要注意教學(xué)生如何“學(xué)”,指導(dǎo)學(xué)生如何獲取知識(shí)、掌握學(xué)習(xí)工具和處理信息的方法,使學(xué)生“學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)”。真正實(shí)現(xiàn)由“以教師為中心”向“以學(xué)生為中心”轉(zhuǎn)變,促使學(xué)生提高學(xué)習(xí)的主動(dòng)性,促使學(xué)生個(gè)性化發(fā)展。教學(xué)方式的改變,也將改變師生和生生之間的互動(dòng)模式,更方便、更直接、更靈活、更有針對(duì)性。

4 結(jié)論

嶄新的技術(shù),會(huì)帶給我們嶄新的教育思維。結(jié)合了益智游戲、情景化學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)、遠(yuǎn)程教育等多種特性的VR技術(shù),將會(huì)解決很多以前無法解決的教育問題,讓我們感受到全方位的大教育,這也是我國(guó)教育現(xiàn)代化的標(biāo)志之一。

傳統(tǒng)教育模式中的學(xué)習(xí)是被動(dòng)的,教師傳授知識(shí),學(xué)生接受知識(shí),學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)必須緊跟教師的思路,問題的答案都是標(biāo)準(zhǔn)的。學(xué)生只能根據(jù)教師的語(yǔ)言和課本文字進(jìn)行再現(xiàn)想象。這樣就容易抑制學(xué)生的主觀能動(dòng)性,表現(xiàn)出消極和厭學(xué)的情緒。

在國(guó)內(nèi)VR技術(shù)的探索之路還很長(zhǎng),相信在未來,這些新興的教育形技術(shù)和式必將因其優(yōu)越的一面在未來的教育領(lǐng)域中占有重要的一席之地。