于占江

摘要實(shí)驗(yàn)是科學(xué)教學(xué)中必不可少的環(huán)節(jié)，而當(dāng)實(shí)驗(yàn)條件達(dá)不到或微觀情景難以呈現(xiàn)時，就需要借助現(xiàn)代信息技術(shù)手段輔助教學(xué)。以“沉浸式教育”為特征的全息交互技術(shù)的出現(xiàn)，可以很好地解決科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的一系列問題。文章正是探討了全息交互技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 實(shí)驗(yàn) 沉浸式教育 全息交互技術(shù)

中圖分類號：G424文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.30.041

Innovating Experimental Teaching by Using Holographic Interactive Technology

YU Zhanjiang

（Tsbrina Electronics Co.， Ltd， Beijing 100041）

Abstract： Experiment is an essential link in science teaching. When the experimental conditions are not met or the micro scene is difficult to present， it is necessary to assist teaching with the help of modern informa？ tion technology. The emergence of holographic interactive technology characterized by "immersion education" can well solve a series of problems in scientific experiment teaching. This paper discusses the application of holo？ graphic interaction technology in experimental teaching.

Keywords： experiment； immersion education； holographic interaction technology

《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》明確指出：提高教師應(yīng)用信息技術(shù)水平，更新教學(xué)觀念，改進(jìn)教學(xué)方法，提高教學(xué)效果，鼓勵學(xué)生利用信息手段主動學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)，增強(qiáng)運(yùn)用信息技術(shù)分析解決問題的能力，加快全民信息技術(shù)普及和應(yīng)用。

教育部辦公廳關(guān)于《2017—2020年開展示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)的通知》中指出：緊緊圍繞立德樹人根本任務(wù)，適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會快速發(fā)展對人才培養(yǎng)的新要求、信息化時代教育教學(xué)的新規(guī)律，以提高學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神為核心，以現(xiàn)代信息技術(shù)為依托，以完整的實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目為基礎(chǔ)，建設(shè)示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，推動學(xué)校積極探索線上線下教學(xué)相結(jié)合的個性化、智能化、泛在化實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式，支撐教育教學(xué)質(zhì)量全面提高。

21世紀(jì)是全球信息數(shù)字化、學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)化的時代，以互聯(lián)網(wǎng)為核心的現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展日新月異，教育信息化特征也日益凸顯。隨著科技的發(fā)展，從原始的板圖板畫，到Flash動畫、視頻，教師在不斷地探索前行。教育信息化未來的發(fā)展方向?qū)膶W(xué)習(xí)環(huán)境的改善或?qū)W習(xí)工具的改進(jìn)，轉(zhuǎn)變到更高層次的學(xué)習(xí)體驗(yàn)的提升，“沉浸式教育”正逐漸成為新標(biāo)桿。

實(shí)驗(yàn)是科學(xué)教學(xué)中必不可少的環(huán)節(jié)，而當(dāng)實(shí)驗(yàn)條件達(dá)不到或微觀情景難以呈現(xiàn)時，就需要借助現(xiàn)代信息技術(shù)手段輔助教學(xué)。以“沉浸式教育”為特征的全息交互技術(shù)的出現(xiàn)，可以很好地解決科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的一系列問題。

利用全息交互技術(shù)教學(xué)的優(yōu)勢

全息交互技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)，對于教育來說是一次意義重大的飛躍。不同于通過教學(xué)來帶動學(xué)習(xí)的傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式，全息交互與教育的結(jié)合，是為了給學(xué)生提供自主學(xué)習(xí)的機(jī)會與資源，使學(xué)習(xí)和教育不再受限于時空的限制，讓教育更為“平易近人”，讓學(xué)習(xí)更為方便。

科學(xué)教學(xué)的特點(diǎn)之一是有一定的抽象性，很多知識點(diǎn)的情境建構(gòu)的要求比較高，由于時間、場地以及安全性等條件的限制，學(xué)生不能切身感受實(shí)驗(yàn)情境，預(yù)期的教學(xué)效果很難達(dá)到。全息交互技術(shù)利用計算機(jī)生成一種模擬環(huán)境，將多源信息進(jìn)行融合，實(shí)現(xiàn)交互式的三維動態(tài)視景和實(shí)體行為，在仿真環(huán)境中，學(xué)生能夠沉浸其中。利用全息交互技術(shù)能夠彌補(bǔ)教學(xué)過程的不足，既能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和改善學(xué)習(xí)質(zhì)量，又能促進(jìn)他們的學(xué)習(xí)積極性和主動性。

在教學(xué)中，全息交互技術(shù)的知識具象化可以幫助學(xué)生建立動態(tài)圖景，幫助他們理解科學(xué)原理和分析實(shí)驗(yàn)過程。通過實(shí)物和全息交互信息技術(shù)結(jié)合，讓學(xué)生能夠直接感知在實(shí)際生活中無法觀察到的自然現(xiàn)象或事物的變化過程，獲得生動逼真的各種感性材料，同時學(xué)生還可以利用全息交互技術(shù)走進(jìn)微觀世界，領(lǐng)略微觀世界與宏觀世界的差異，加深學(xué)生對抽象概念及規(guī)律的理解，有助于他們解決學(xué)習(xí)中的知識難點(diǎn)。全息交互技術(shù)在教學(xué)中的運(yùn)用，使微觀世界宏觀化、平面世界立體化、抽象世界具體化，解決和突破了傳統(tǒng)教學(xué)中的難點(diǎn)和瓶頸。

全息交互技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

隨著信息技術(shù)的發(fā)展和教育理念及教學(xué)思維的轉(zhuǎn)變，全息交互技術(shù)在教育改革等方面產(chǎn)生了重大而深遠(yuǎn)影響。應(yīng)用全息交互技術(shù)使教育更加直觀化、信息化，是一種未來教育發(fā)展趨勢，全息交互技術(shù)應(yīng)用于科學(xué)教學(xué)中，為科學(xué)教育提供一種新的發(fā)展思路。因?yàn)槿⒔换ゼ夹g(shù)在科學(xué)教學(xué)中具有不可比擬的優(yōu)勢，能夠?qū)茖W(xué)教學(xué)活動起到非常直接的促進(jìn)作用。全息交互教學(xué)融合小學(xué)科學(xué)教學(xué)、為學(xué)生營造體驗(yàn)、自主探究、主動合作的學(xué)習(xí)空間，注重學(xué)思結(jié)合，知行統(tǒng)一，突出以學(xué)生為主體的問題式、啟發(fā)式、探究式、參與式、互動式、合作式等學(xué)習(xí)方式的滲透，因材施教，優(yōu)化、豐富教與學(xué)的方式，實(shí)現(xiàn)“知識結(jié)構(gòu)化”“學(xué)習(xí)動機(jī)明確化”“解決復(fù)雜問題能力化”，努力適應(yīng)和滿足學(xué)生多樣化、個性化的需求，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的核心素養(yǎng)。建構(gòu)主義、情境認(rèn)知、體驗(yàn)學(xué)習(xí)等先進(jìn)的教育思想理念，構(gòu)建以深度融合智能技術(shù)為特點(diǎn)的教學(xué)學(xué)習(xí)輔助體系。

1.實(shí)體化課本知識，讓學(xué)生更加直觀地感受到知識的存在

傳統(tǒng)科學(xué)課程教師在課堂上解釋科學(xué)知識和技能。學(xué)生只需要聽和記住教材中的知識點(diǎn)，并且教學(xué)活動中知識的展現(xiàn)主要是通過黑板板書、PPT等形式進(jìn)行，這些方式只是單純地將課本中的文字換了一種表現(xiàn)形式，并沒有對其實(shí)現(xiàn)升級。應(yīng)用全息交互技術(shù)，就可以把刻板的理論描述和課本教學(xué)通過計算機(jī)的數(shù)字化處理，用動手實(shí)驗(yàn)的方式展現(xiàn)出來，讓平?？床灰姟⒚恢臇|西變得直觀、易懂。

2.促進(jìn)思維發(fā)展，有效提升學(xué)生的綜合素質(zhì)

學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，是國家未來的建設(shè)者和接班人，其科學(xué)素養(yǎng)的水平?jīng)Q定了未來社會及公民的科學(xué)素養(yǎng)水平。全息交互協(xié)技術(shù)融入課堂教學(xué)可以為學(xué)生提供立體感較強(qiáng)的逼真影像，將用語言難以描述的實(shí)物栩栩如生地展現(xiàn)在學(xué)生面前，給予他們大量直觀的感知，有利于他們突破學(xué)習(xí)的重難點(diǎn)，更加高效地在頭腦中建構(gòu)科學(xué)概念，促進(jìn)有意義學(xué)習(xí)的發(fā)生。同時，給學(xué)生提供人機(jī)互動體驗(yàn)的機(jī)會，幫助學(xué)生在做中學(xué)，大幅提高學(xué)生的信息素養(yǎng)。此外，新技術(shù)的融入，立體圖像的呈現(xiàn)，打破傳統(tǒng)教學(xué)中的死記硬背模式，將學(xué)習(xí)的主動權(quán)交還給學(xué)生，有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生科學(xué)探究的欲望，更好地讓學(xué)生愛上科學(xué)。因此，全息交互技術(shù)融入教學(xué)，可以給學(xué)生一個自由創(chuàng)造的空間，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力和動手能力，激發(fā)其想象力，使他們在科學(xué)知識、科學(xué)能力及科學(xué)態(tài)度上都能獲得發(fā)展，整體提升他們的科學(xué)素養(yǎng)。

3.節(jié)省材料準(zhǔn)備時間，提高教學(xué)效率

理想的科學(xué)探究過程需要準(zhǔn)備大量的探究材料讓學(xué)生動手動腦完成，但在實(shí)際教學(xué)中，由于學(xué)生人數(shù)多，實(shí)驗(yàn)操作不容易控制，個別探究過程花費(fèi)太長時間等原因，40分鐘的課堂時間往往無法完成探究任務(wù)，科學(xué)課經(jīng)常出現(xiàn)拖堂或者直接取消學(xué)生動手環(huán)節(jié)的情形。但是，依托全息交互技術(shù)的科學(xué)知識內(nèi)容是交互式的、可操作的和具有經(jīng)驗(yàn)性的，如增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)體感操作、觸摸屏操作等。通過全息交互技術(shù)，師生可以節(jié)約材料準(zhǔn)備時間和不必要的等待時間，將更多的精力用在教學(xué)中。

4.轉(zhuǎn)變教師角色，提供發(fā)展平臺

受教育者、教育者和教育中介共同組成了教育活動，教育活動的發(fā)生，教育者占據(jù)著重要的一環(huán)。隨著教育中介由傳統(tǒng)的粉筆、黑板等向新興技術(shù)——全息交互技術(shù)的轉(zhuǎn)變，教育者的角色不再是簡單的科學(xué)知識傳授者，教師也不再僅僅把知識的傳授作為主要任務(wù)和目的，而被賦予更多角色，由教學(xué)生“學(xué)”轉(zhuǎn)向如何有效運(yùn)用科技信息設(shè)備幫助學(xué)生“學(xué)會學(xué)習(xí)”，全息交互協(xié)技術(shù)的信息化教學(xué)設(shè)備在課堂中的應(yīng)用，給教師的創(chuàng)新思維和創(chuàng)造能力的發(fā)展提供了嶄新的平臺。

5.融合小學(xué)科學(xué)教學(xué)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)新突破

中共中央、國務(wù)院印發(fā)的《中國教育現(xiàn)代化2035》，要求加快信息化時代教育變革，利用現(xiàn)代技術(shù)加快推動人才培養(yǎng)模式，將新技術(shù)引入教育教學(xué)領(lǐng)域，為新時代教育現(xiàn)代化的進(jìn)一步發(fā)展奠定基礎(chǔ)。全息交互技術(shù)融入教育領(lǐng)域，是信息技術(shù)與教育的全新嘗試，全息交互協(xié)技術(shù)的可交互裸眼3D影像優(yōu)勢，會給人才培養(yǎng)的方法帶來新的突破，勢必會在科學(xué)教學(xué)方法乃至新教育理念等方面變得更加多元化，給科學(xué)教育帶來全新的教學(xué)環(huán)境，讓科學(xué)教育更加形象化、情境化、多元化和智能化，從而能夠更好地提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，為未來社會輸送符合時代要求的人才，同時也為信息技術(shù)融入教育領(lǐng)域提供新的模式與方向。