建設(shè)AR/VR課堂 開展沉浸體驗(yàn)課程

李波 郎洪篤 趙浩如

[摘 ? 要]為進(jìn)一步落實(shí)教育信息化改革，四川省成都市錦江區(qū)選擇試點(diǎn)學(xué)校，嘗試將信息技術(shù)與課程建設(shè)進(jìn)行深度融合，將AR/VR技術(shù)引入小學(xué)課堂，開展了沉浸式體驗(yàn)課程，取得了一定成效，并總結(jié)了課程設(shè)計(jì)與實(shí)施的經(jīng)驗(yàn)，成為教育信息化建設(shè)中突破創(chuàng)新的“奮進(jìn)之筆”和“得意之作”。

[關(guān)鍵詞]AR/VR;小學(xué);信息技術(shù);沉浸式;體驗(yàn)課程

一、實(shí)施背景

2017年，《國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)國(guó)家教育事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃的通知》提出“要全力推動(dòng)信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合”。2018年，教育部明確將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)列入教育信息化的年度重點(diǎn)工作任務(wù)。為豐富多元化教學(xué)方式，促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量提升，四川省成都市錦江區(qū)探索新技術(shù)應(yīng)用，開展沉浸體驗(yàn)課程建設(shè)，將AR/VR引入課堂，使學(xué)生可通過(guò)虛擬觀察，借助體驗(yàn)教室的虛擬場(chǎng)景和體感交互功能，開展模擬消防演練、知識(shí)奪寶等沉浸體驗(yàn)課程[1]。根據(jù)區(qū)電教館前期的調(diào)研成果，確定在信息化應(yīng)用程度較高的錦江區(qū)鹽道街小學(xué)和天涯石小學(xué)兩所學(xué)校開展試點(diǎn)工作。這兩所學(xué)校均有能力在項(xiàng)目執(zhí)行推廣中總結(jié)研究成果，體現(xiàn)以學(xué)生為中心，實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)的方式方法，通過(guò)技術(shù)手段和應(yīng)用策略，做好相應(yīng)資源的累積與準(zhǔn)備，為下一階段的推廣工作奠定基礎(chǔ)。

二、設(shè)計(jì)方法

1.總體設(shè)計(jì)

此次建設(shè)覆蓋虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的所有環(huán)節(jié)，涉及教學(xué)資源、教學(xué)計(jì)劃、教案開發(fā)、學(xué)生成績(jī)、系統(tǒng)管理等方面（見圖1）。

一是云VR教學(xué)綜合管理平臺(tái)及多媒體素材庫(kù)。利用先進(jìn)的云端3D及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)所打造的綜合管理平臺(tái)，幫助教師及相關(guān)課程管理人員對(duì)課程、教學(xué)資源等進(jìn)行統(tǒng)一管理。多媒體素材庫(kù)則包括VR課程包、VR教師教學(xué)教案、學(xué)生VR課堂效果記錄（成績(jī)?cè)u(píng)估）。

二是教師端課堂組織。教師可以利用該系統(tǒng)全面、準(zhǔn)確地把控課程進(jìn)度，組織課堂討論、互動(dòng)游戲、課堂小測(cè)驗(yàn)等VR平臺(tái)教學(xué)活動(dòng)，還可以對(duì)一定范圍內(nèi)的學(xué)生端進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控，利用云平臺(tái)提供的功能與學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)式提問(wèn)等。

三是學(xué)生端VR互動(dòng)學(xué)習(xí)。作為傳統(tǒng)課堂的升級(jí)，VR互動(dòng)能夠幫助學(xué)生全方位了解知識(shí)點(diǎn)。利用3D可視化、語(yǔ)音、視頻及交互等技術(shù)及VR交互硬件設(shè)備（傳統(tǒng)）實(shí)現(xiàn)知識(shí)的多媒體展示與教學(xué)。這一學(xué)習(xí)過(guò)程通過(guò)任課教師統(tǒng)一發(fā)起教學(xué)和學(xué)生小組學(xué)習(xí)兩種模式進(jìn)行。

四是學(xué)科VR教學(xué)課程包。作為教學(xué)資源及教學(xué)工具的升級(jí)，要針對(duì)中小學(xué)不同課程，開發(fā)相應(yīng)教學(xué)內(nèi)容的課程包。

2.技術(shù)路線

系統(tǒng)包括客戶層、應(yīng)用層與數(shù)據(jù)庫(kù)層?？蛻魧永肁JAX框架實(shí)現(xiàn)整體客戶層的建立。應(yīng)用層又分為控制層、業(yè)務(wù)邏輯層及基礎(chǔ)服務(wù)層。控制層主要完成有關(guān)控制、參數(shù)解析及會(huì)話管理等任務(wù);業(yè)務(wù)邏輯層通過(guò)跨終端APP技術(shù)實(shí)現(xiàn)，具體完成個(gè)人中心、教學(xué)后臺(tái)及學(xué)生信息平臺(tái)等處理工作;基礎(chǔ)服務(wù)層實(shí)現(xiàn)VR展示、時(shí)間服務(wù)、消息服務(wù)、成績(jī)管理及VR課堂日志管理等任務(wù)。

3.場(chǎng)景設(shè)計(jì)

在課堂上，通過(guò)一體機(jī)的教師端和學(xué)生端APP，可以實(shí)現(xiàn)多人同時(shí)在線交互。教師能與50名學(xué)生身處同一個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)空間，這一過(guò)程中，教師可以控制VR實(shí)驗(yàn)的進(jìn)度，與學(xué)生在虛擬環(huán)境內(nèi)互動(dòng)，監(jiān)控并協(xié)同監(jiān)督學(xué)生對(duì)APP的使用。互動(dòng)場(chǎng)景的設(shè)計(jì)讓學(xué)生得以從枯燥、靜態(tài)、單向的知識(shí)記憶進(jìn)入生動(dòng)、交互的3D虛擬現(xiàn)實(shí)中學(xué)習(xí)。VR設(shè)備間配置如表1所示。

三、課堂實(shí)施的前提

1.課堂教學(xué)應(yīng)用的理論基礎(chǔ)

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，學(xué)習(xí)不是教師向?qū)W生單向傳遞知識(shí)，而是由學(xué)生以個(gè)體原有的認(rèn)知為基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)新信息并編碼，主動(dòng)建構(gòu)自己的理解，豐富自己的認(rèn)知的過(guò)程[2]。學(xué)習(xí)是發(fā)生在一定情境中的變化的過(guò)程，適宜的情景可以提升學(xué)習(xí)效率，改善學(xué)習(xí)效果。當(dāng)現(xiàn)實(shí)生活中的情景無(wú)法完全滿足多樣化學(xué)習(xí)的需求時(shí)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)成為重要工具。

2.基于VR的課堂教學(xué)策略

為將VR新技術(shù)運(yùn)用于小學(xué)課堂，學(xué)校進(jìn)行了大量探索，努力使教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)策略相匹配。

（1）VR情境教學(xué)策略。新課改強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體地位，重視學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)正是促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的新工具。一是創(chuàng)設(shè)情境，激趣引入（VR創(chuàng)設(shè)情境—獲得體驗(yàn)—引發(fā)思考）。如教學(xué)小學(xué)科學(xué)（教科版）六年級(jí)下冊(cè)“太陽(yáng)系”一課時(shí)，關(guān)于太陽(yáng)系的天體，學(xué)生通過(guò)前期查閱資料已有一定的了解，但對(duì)于太陽(yáng)系各天體的大小、位置、形狀、運(yùn)動(dòng)方式等缺乏感性認(rèn)識(shí)。于是教師在學(xué)生交流所收集的資料后，再讓學(xué)生戴上VR眼鏡，使其置身于太空視角，觀看VR技術(shù)所呈現(xiàn)的太陽(yáng)系各天體的形狀、顏色和相對(duì)位置，為下一步制作太陽(yáng)系模型奠定基礎(chǔ)。二是主動(dòng)思考，相互印證（創(chuàng)設(shè)情境—提出假說(shuō)—?jiǎng)邮謱?shí)驗(yàn)—VR驗(yàn)證結(jié)果）。如教學(xué)“月相變化”一課時(shí)，教師先讓學(xué)生根據(jù)教材內(nèi)容自己動(dòng)手設(shè)計(jì)模擬實(shí)驗(yàn)，然后再讓學(xué)生利用VR技術(shù)觀看月相成因，與自己的模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)比，尋找設(shè)計(jì)中的不足并加以改進(jìn)。

（2）VR體驗(yàn)式教學(xué)策略。VR技術(shù)可以吸引學(xué)生積極探索與參與，有效開展積極的建構(gòu)性活動(dòng)從而激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，增強(qiáng)學(xué)習(xí)體驗(yàn)。如小學(xué)生的安全課程，可以通過(guò)VR技術(shù)直觀地呈現(xiàn)各種自然災(zāi)害的場(chǎng)景。如“火場(chǎng)逃生”一課，包括“知識(shí)講解—技能示范—鞏固練習(xí)（VR）—?dú)w納總結(jié)”的過(guò)程。教師首先展示各種火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)錄，講解基本的自救措施。然后再利用VR技術(shù)，虛擬火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)，學(xué)生如身臨其境，利用交互手段，完成火場(chǎng)逃生，從而掌握基本技能。

四、實(shí)施成效

1.創(chuàng)建全新教育手段

錦江區(qū)AR/VR教室建設(shè)項(xiàng)目為學(xué)校提供了全新的教育手段，解決了傳統(tǒng)課堂與在線課堂中沉浸性不足的問(wèn)題，將課堂環(huán)境、講學(xué)教師、知識(shí)影像、動(dòng)手實(shí)驗(yàn)等內(nèi)容，整合至一個(gè)完整的虛擬時(shí)空?qǐng)鼍?，有利于在教學(xué)過(guò)程中突破時(shí)間與空間的局限，將抽象的概念與知識(shí)用形象直觀的形式呈現(xiàn)，為教師提供更自由的教學(xué)空間。

2.提升教學(xué)效果

該項(xiàng)目從趣味性、視覺性以及信息性三方面提升了教學(xué)成效。一是讓學(xué)生更關(guān)注課堂，對(duì)教學(xué)內(nèi)容更感興趣，從而提升課堂的粘性。二是改變知識(shí)教學(xué)的枯燥性，尤其是對(duì)于美術(shù)、音樂(lè)等特色教育，能以更直觀的視覺化方式實(shí)施教學(xué)，顯著提升了教學(xué)效果;三是利用虛擬現(xiàn)實(shí)中影像與信息的無(wú)限制疊加，讓學(xué)生能夠更自然地將知識(shí)與實(shí)際場(chǎng)景結(jié)合，從而提升學(xué)習(xí)效果。

3.變革教育理念

該項(xiàng)目通過(guò)前沿技術(shù)的引用，實(shí)現(xiàn)了教育理念的變革。以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為教學(xué)工具，將傳統(tǒng)的應(yīng)試教育理念逐漸引向素質(zhì)教育、快樂(lè)教育和技能教育的層面。

4.打造裝備亮點(diǎn)

作為國(guó)內(nèi)將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與課堂教育結(jié)合的實(shí)踐應(yīng)用的先驅(qū)引導(dǎo)，發(fā)揮了錦江區(qū)作為成都文化中心與科技創(chuàng)新中心的優(yōu)勢(shì)，建立了示范性教學(xué)課堂，在全省范圍內(nèi)起到了示范作用。

五、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

在課堂教學(xué)應(yīng)用中幾點(diǎn)思考

1.對(duì)教師教學(xué)設(shè)計(jì)能力和教學(xué)能力的挑戰(zhàn)

基于VR的課堂與傳統(tǒng)課堂存在明顯的差異，教師教學(xué)設(shè)計(jì)能力和教學(xué)能力的水平對(duì)VR技術(shù)在課堂中的實(shí)效具有重要影響[3]。首先，教師要更新自身知識(shí)結(jié)構(gòu)，了解并熟練使用新技術(shù)。其次，教師應(yīng)轉(zhuǎn)變自己的角色，成為學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者和課程的開發(fā)者，應(yīng)學(xué)會(huì)根據(jù)不同教學(xué)目標(biāo)挑選合適的設(shè)備和軟件系統(tǒng)，對(duì)教學(xué)計(jì)劃進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和規(guī)劃，并及時(shí)反思，實(shí)現(xiàn)技術(shù)與教學(xué)的深度融合。

2.避免新技術(shù)帶來(lái)的不良反應(yīng)

對(duì)于虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備后帶來(lái)的體驗(yàn)，部分學(xué)生會(huì)有不適應(yīng)，在使用設(shè)備前，應(yīng)學(xué)生身體情況進(jìn)行了解，對(duì)設(shè)備和軟件進(jìn)行評(píng)估，做好安全保障措施，指導(dǎo)學(xué)生正確使用，避免消極影響。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在課堂教學(xué)中的運(yùn)用帶來(lái)了全新的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。學(xué)校應(yīng)當(dāng)依據(jù)教育規(guī)律，借助VR技術(shù)構(gòu)建技術(shù)平臺(tái)下的新型教學(xué)模式，將更好的教育帶給學(xué)生。

參考文獻(xiàn)

[1]張春華，吳莎莎.沉浸式學(xué)習(xí)背景下虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的教育應(yīng)用[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2018（20）：68-72.

[2]江雪清，宋萬(wàn)琚.建構(gòu)主義理論下探究性學(xué)習(xí)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(shù)賦能勞動(dòng)教育融合課程的開發(fā)與實(shí)踐[J].教育科學(xué)論壇，2020（32）：30-33.

（責(zé)任編輯 郭向和 ? 校對(duì) 姚力寧）

作者簡(jiǎn)介：李波，四川省成都市錦江區(qū)馬家溝小學(xué)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(xué)高級(jí)教師，E-mail：22261274@qq.com（四川成都，610021）

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