廣東省湛江市第二中學(524000) 盧皓瑋

隨著社會的進步,教育教學的方式應該與時俱進。在教育部課改宏觀政策的指導下,教育系統(tǒng)逐步認識到傳統(tǒng)課堂教學方式已經(jīng)不能滿足當今教育改革的要求。我國大部分的農(nóng)村中學也在使用多媒體技術(shù)來進行輔助教學,因為借助多媒體技術(shù)進行教學,可以有效地提高學生在課堂上的學習興趣,從而更好地提高教學質(zhì)量。VR技術(shù)具有圖、文、聲并茂的特點,這些技術(shù)為課程教學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)教學方式更能調(diào)動學生的學習積極性。在教育中引入VR技術(shù),既符合計算機技術(shù)、傳感技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展目標,也適應我國教育事業(yè)發(fā)展的需求。

1 VR技術(shù)簡介

上世紀80年代,美國VRL公司的拉尼爾基于計算機技術(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)的原理是利用計算機圖形系統(tǒng)和各種現(xiàn)實及控制等接口設(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)建和體驗虛擬環(huán)境的計算機環(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態(tài)視景,模擬實體行為,使用戶體驗到沉浸在真實環(huán)境中的感覺。目前,VR技術(shù)在訓練、游戲等領(lǐng)域的應用已經(jīng)非常廣泛。

教學中普遍應用的多媒體技術(shù)是利用計算機對文本、圖形、圖像、聲音、動畫、視頻等多種信息綜合處理、建立邏輯關(guān)系和人機交互作用的技術(shù)。VR技術(shù)與多媒體技術(shù)有明顯的區(qū)別,VR具有更強的交互性和體驗感,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

讓學生身臨其境的學習,一直是教育理論的重要思想之一,比如孔子就強調(diào)在社會中學習在實踐中學習的理念。傳統(tǒng)課堂教學限于環(huán)境條件,一般只能利用文字、靜止的圖片以及簡單的教具給學生講授知識,很難讓學生體驗到真實的環(huán)境。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的出現(xiàn)恰恰彌補了課堂教學的短板。VR技術(shù)根據(jù)人類生理心理的特點,利用計算機產(chǎn)生仿真的直觀立體圖像。學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)備與計算機生成的虛擬環(huán)境進行數(shù)字化的信息溝通和交流,就好像在現(xiàn)實環(huán)境中一樣。用戶通過移動頭部轉(zhuǎn)移視線時,眼中看到的虛擬環(huán)境即時變化;可以像在真實環(huán)境里一樣用手拿起物體,物體也可以跟隨手的移動。傳統(tǒng)教學中,學生是被動的觀察者,而借助VR技術(shù)學生成為主動的參與者。

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)課堂教學的重要補充,也已經(jīng)為大多數(shù)教師所掌握。它的主要缺點是缺乏交互性。虛擬現(xiàn)實技術(shù)恰恰可以提供優(yōu)質(zhì)的交互性體驗。如前所述,學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、流動的水、鳥蟲鳴叫等。抓住虛擬環(huán)境中的實體,其感受與真實環(huán)境極為相似。交互性的實現(xiàn)有賴于強大的反饋設(shè)備支持,比如鍵盤、鼠標、數(shù)據(jù)手套、特殊頭盔等。在VR技術(shù)中,計算機根據(jù)用戶的視覺、觸覺、運動、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,這樣學生就可以考察或操作虛擬環(huán)境中的對象,并獲得相應的反饋。

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、觸覺和動覺的傳感及反應設(shè)備。因此,學生可以獲得上述多種感知,從而融入其中。VR技術(shù)可以擴充學生的想象空間,激發(fā)學習興趣,提高學習效率。

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)實中。

1.2.2 簡易型 VR系統(tǒng)

該系統(tǒng)其實是一套算機系統(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,比如鼠標和鍵盤,即可感受到真實的虛擬環(huán)境。

1.2.3 共享型 VR系統(tǒng)

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

2 VR技術(shù)改造傳統(tǒng)教學的應用及趨勢

VR技術(shù)具備逼真的視覺環(huán)境、聽覺環(huán)境、觸覺環(huán)境和運動環(huán)境,畫面生動,色彩鮮艷。這種沉浸式交互體驗,可以強烈地刺激大腦皮層,從而引起興奮,集中學生學習的注意力,使學生對所學內(nèi)容記憶深刻,并最終熟練掌握。

VR技術(shù)現(xiàn)已經(jīng)應用到教育教學領(lǐng)域。據(jù)相關(guān)資料介紹,圣澤維爾學校利用VR技術(shù)講授有關(guān)太陽系的天文知識。在教學過程中,學生駕駛虛擬的太空飛船在太陽系中旅行,“親身”體驗太陽系中每一個星球的內(nèi)部環(huán)境。通過這種教學方式,極大地提高了學生的學習熱情,紛紛表示虛擬現(xiàn)實體驗讓他們學到了很多知識,這種教學方式非常有趣。

虛擬現(xiàn)實從單純科學研究、軍事應用等專業(yè)領(lǐng)域逐漸進入了日常教育教學活動中,出現(xiàn)了“虛擬教學”的新局面。這些應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物場景,并在這個場景中實現(xiàn)物體的動態(tài)交互感知,同時結(jié)合網(wǎng)絡技術(shù)實現(xiàn)虛擬場景的傳播和共享。

就現(xiàn)階段而言,VR教育的機會與挑戰(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,消費級產(chǎn)品的受市場認可程度還是注入內(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)成差異化競爭力,“VR＋教育”產(chǎn)業(yè)聯(lián)動,將會有更好的發(fā)展趨勢。

3 VR技術(shù)在中小學教學中的優(yōu)勢

中小學生的特點是年齡小、好動、求知欲旺盛、興趣廣泛。中小學教學必須針對學生的特點開展教學活動。目前中小學教學的主要問題是“灌鴨式”教學,這種教學模式具有體系完整,知識掌握度比較高的優(yōu)點。但其無視學生的個體差異,扼殺學生創(chuàng)造性的問題被廣為詬病。畢竟,教學的首要目的是讓學生成為一個獨立的正常的人,而不是培養(yǎng)掌握了很多知識的機器。提高素質(zhì)和掌握知識很重要,但方式方法卻有很多,應該根據(jù)學生自己的特點來組織學習,所謂因材施教,而不是批量化生產(chǎn)。中小學生養(yǎng)成良好的學習習慣,有賴于長期的培養(yǎng),其中學習興趣的培養(yǎng)至關(guān)重要。

另外,不同的教學課程也有各自的特點,但是目前的教學方法主要以課堂教學為主,再輔之以一定的實驗教學。因為條件的限制,實操性的教學以及在真實環(huán)境中的教學非常少。

基于這兩個特點,VR技術(shù)對于改革傳統(tǒng)教學方式具有明顯的優(yōu)勢,主要體現(xiàn)在以下3點。

3.1 利用虛擬技術(shù),創(chuàng)設(shè)真實情景,實現(xiàn)形象化教學

以中小學中主要課程為例,分別闡述VR技術(shù)在教學中的優(yōu)勢及實現(xiàn)途徑。

漢語言的重要特點包含有文字的象形性、語句的韻律感和蘊含的畫面感。這些特點與圖像、情境和聲音密切相關(guān)。設(shè)想學生在學習生字的時候,有圖像予以輔助;學唐詩宋詞時,有融入其中的音樂和情境予以輔助,學生的學習積極性一定會熱情高漲,也更符合漢語言教學的藝術(shù)性以及美學性要求。

數(shù)學教學中需要很多直觀的圖片加以說明,VR技術(shù)可以提供更加真實和逼真的圖像、視頻,也可以設(shè)計很多虛擬的數(shù)學應用場景,更利于學生的學習。

英語的口語教學一直是教學中的難點,尤其在農(nóng)村學校中。通過VR技術(shù)可以設(shè)計一些國外的生活場景,讓學生置身于其中,與外國人在虛擬的場景進行交流溝通,鍛煉學生的口語交流能力。

物理、化學和生物實驗教學一般都很枯燥,如果利用VR技術(shù)將這些科學實驗進行虛擬現(xiàn)實,再輔助以著名科學家實驗時的視頻,讓學生與科學家進行跨時空交互溝通。

VR技術(shù)可以突破時空限制,能夠把歷史“立體重現(xiàn)”在學生面前,讓學生看得見、聽得見,甚至可以摸得著,從而獲得身臨其境的感受和體會。比如學生能夠“親自”走進中世紀城堡,領(lǐng)略那份神秘與驚險;學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;學生還能夠“親身”去參與、指揮并贏得戰(zhàn)爭。

3.2 利用VR技術(shù)進行仿真教學,促進學生創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以虛擬人物形象和各種場景、模型。比如,物理課教學中,可以設(shè)計一些偉大的物理學家與學生進行互動探究。VR技術(shù)還可以仿真各種歷史模型,創(chuàng)設(shè)逼真的場景,使學生沉浸其中。通過利用VR技術(shù)使知識的傳遞變得有趣,課堂充滿了誘惑力,促進學生進行探索學習,有利于激發(fā)學生的創(chuàng)造性思維,培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。

3.3 VR技術(shù)的應用能夠?qū)崿F(xiàn)學生學習方式、教師教學方式以及師生互動方式的改變

傳統(tǒng)教育模式中學生的學習是被動的,教師傳授知識,學生接受知識,學生學習時必須緊跟教師的思路,問題的答案都是標準的。學生只能根據(jù)教師的語言和課本文字進行再現(xiàn)想象。這樣就容易抑制學生的主觀能動性,使學生表現(xiàn)出消極和厭學的情緒。

VR技術(shù)的應用,使教師成為學習的指導者、參與者和合作者,甚至成為學習伙伴。教師只需要注意教學生如何“學”,指導學生如何獲取知識、掌握學習工具和處理信息的方法,使學生“學會學習”。真正實現(xiàn)由“以教師為中心”向“以學生為中心”轉(zhuǎn)變,促使學生提高學習的主動性,促使學生個性化發(fā)展。教學方式的改變,也將改變師生和生生之間的互動模式,更方便、更直接、更靈活、更有針對性。

4 結(jié)論

嶄新的技術(shù),會帶給我們嶄新的教育思維。結(jié)合了益智游戲、情景化學習、協(xié)作學習、遠程教育等多種特性的VR技術(shù),將會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,這也是我國教育現(xiàn)代化的標志之一。

傳統(tǒng)教育模式中的學習是被動的,教師傳授知識,學生接受知識,學生學習時必須緊跟教師的思路,問題的答案都是標準的。學生只能根據(jù)教師的語言和課本文字進行再現(xiàn)想象。這樣就容易抑制學生的主觀能動性,表現(xiàn)出消極和厭學的情緒。

在國內(nèi)VR技術(shù)的探索之路還很長,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。