蔡雷 李巖

2016年，國家出臺多個文件，對虛擬現(xiàn)實技術的應用給予明確的政策支持，被業(yè)界稱為虛擬現(xiàn)實元年。正是在這一年，北京市第六十五中學虛擬現(xiàn)實實驗室建成并投入使用，而后逐步發(fā)展為集虛擬現(xiàn)實、3D打印、移動學習技術于一體的北京市高中開放式重點實驗室。

作為全國首家在中學建立的虛擬現(xiàn)實實驗室，自建立以來，一系列問題擺在了我們面前：虛擬現(xiàn)實技術在教育領域，尤其是中學如何應用？切入點是什么？怎樣才能為學生提供更為豐富的教育資源？……基于以上問題，我們從學科融合角度，對中學階段虛擬現(xiàn)實技術課程的建設路徑與方法進行了研究探索。

概念界定

虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality）技術指綜合運用計算機圖形（CG）技術、計算機仿真技術、傳感技術、顯示技術、網(wǎng)絡并行處理等技術，生成逼真的虛擬三維環(huán)境，人通過硬件和軟件，對虛擬的環(huán)境進行體驗和交互。人在位置移動時，電腦可以立即進行復雜的運算，將精確的3D影像傳回，使人產(chǎn)生身臨其境的感覺。

虛擬現(xiàn)實技術有三個特征，分別是沉浸感（Immersion）、交互性（Interaction）和構想性（Imagination）。虛擬現(xiàn)實中的“現(xiàn)實”泛指在物理意義上或功能意義上存在于世界上的任何事物或環(huán)境，“虛擬”則是指由電腦生成的意思。 虛擬現(xiàn)實中的“現(xiàn)實”（虛擬的環(huán)境）大致可分為三種情況：第一種情況是真實世界中的環(huán)境，如虛擬故宮;第二種情況是人類主觀構造的環(huán)境，即用于影視制作或電子游戲的三維動畫，如電影《盜夢空間》;第三種情況則是模仿真實世界中的人類不可見的環(huán)境，如分子的結構，空氣速度、溫度和壓力的分布等。

課程建設

作為北京市科技教育示范校、北京市金鵬科技團學校和“翱翔計劃”課程基地校，我校一直致力于拔尖創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。在此過程中我們發(fā)現(xiàn)，人才培養(yǎng)對探究能力和創(chuàng)新能力的要求越來越高，對先進教育技術手段，特別是虛擬現(xiàn)實技術與學校教育相融合的需求越來越大。虛擬現(xiàn)實技術相關課程的建設為學校拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)提供了良好的物質條件。

虛擬現(xiàn)實技術能夠構建出高度仿真的虛擬教學環(huán)境，讓教師和學生在其中開展實驗與探究，不僅能夠豐富教學內容、提升教學效果，更重要的是能夠促進教師教學方式與學生學習方式的變革。與此同時，基于虛擬現(xiàn)實技術的實踐操作還可降低實驗耗材的成本以及某些爆炸性、危險性實驗的風險，能夠真正實現(xiàn)“綠色實驗”教學的改革與創(chuàng)新。

課程定位

創(chuàng)新人才的培養(yǎng)一定是依托創(chuàng)新課程實現(xiàn)的。調查可知，目前中小學階段依托虛擬現(xiàn)實技術開發(fā)的課程，多是虛擬汽車模擬駕駛、模擬飛行等初級體驗類課程，與各學科課程相結合的虛擬現(xiàn)實課程非常稀缺。我校的虛擬現(xiàn)實課程建設，注重學生的創(chuàng)新環(huán)境、活動體驗、知識探究與創(chuàng)新實踐，采取普及與提高相結合的思路：一方面為開展初高中科技與創(chuàng)新課程提供普及性實驗課程，另一方面面向熱愛動手實踐和具有科技創(chuàng)新潛質的學生開展深層次的培優(yōu)性課程，以“適合學生發(fā)展的課程”來引導學生自由發(fā)展，從而滿足學生個性發(fā)展的需求，實現(xiàn)創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

課程結構

虛擬現(xiàn)實技術通過構建虛擬學習情境來促進學生自主學習，從而實現(xiàn)核心素養(yǎng)的全面提升。基于此，依托虛擬現(xiàn)實技術的課程建設就需要以學生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)為核心目標。我校構建了基礎類、拓展類和研究類三類課程——

基礎類課程為普及性課程，通過校內教師自主編寫的校本教材，滿足全體學生對于VR技術的了解與一般運用的需求，著重培養(yǎng)學生掌握虛擬現(xiàn)實技術的核心知識和基本素養(yǎng)。

拓展類課程主要是將各學科與虛擬現(xiàn)實技術進行有機融合，滿足全體學生的個性需求，利用虛擬現(xiàn)實技術的虛擬場景優(yōu)勢，安排高成本、有危險的實驗內容，讓學生身臨其境地體驗平時無法觀察到的實驗效果，從而進一步培養(yǎng)學生探究與綜合運用知識的能力。

研究類課程則面向對科技創(chuàng)新有濃厚興趣、想深入發(fā)展的學生，將VR與3D打印、人工智能等高科技技術相結合，用以滿足部分學生深入研究的需要，著重培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。

三類課程從易到難、由淺入深循序漸進，每一個層次的受眾不同、內容不同，最后的課程目標也不同。這樣設置課程的好處在于，教師和學生都有一個學習，且是共同學習的過程。

課程實施與管理

虛擬現(xiàn)實課程體系的構建和實施貫穿中學學段全過程?；A類必修課通過初中信息技術、勞動技術，以及高中信息技術和通用技術等課程實施，在完成教學任務的基礎上讓學生體驗虛擬現(xiàn)實技術并掌握虛擬現(xiàn)實設備的基本操作。拓展類課程通過各學科的日常教學來呈現(xiàn)，教師可以借助虛擬現(xiàn)實設備和虛擬現(xiàn)實案例來設置教學環(huán)境，改變傳統(tǒng)的教學方式，讓學生在虛擬的環(huán)境中實現(xiàn)知識的學習和應用。研究類課程通過校本選修課和社團活動課的方式進行，學校根據(jù)實際情況，使用校本教材指導學生開展深入的學習和探究。

虛擬現(xiàn)實課程的管理通過建立專門的管理平臺來完成。教學管理部門可以構建虛擬現(xiàn)實課程超市，形成集課程發(fā)布、學生選課、課程過程記錄、學習評價以及課程資源開發(fā)于一體的綜合性課程管理平臺。

課程評價

我校構建的虛擬現(xiàn)實課程為教師的教學和學生的學習帶來了巨大的變化——

2016年，中考語文作文題《奇妙的實驗室》涉及虛擬現(xiàn)實技術。由于我校學生從入學開始就能夠接觸和使用虛擬現(xiàn)實設備，走出考場時，他們非常高興地說：“這道題是白送分的，把咱們學校實驗室的環(huán)境、設備及基礎素養(yǎng)課程寫出來就是一篇生動的文章了?！痹诟咧械耐ㄓ眉夹g課上，當教師講到斗拱的內容時，學生不僅能夠看到著名古建筑所使用的經(jīng)典斗拱結構，還能夠根據(jù)需要進行建筑結構的分解觀察，充分感受經(jīng)典建筑結構設計的無窮魅力;每天中午及放學后，熱衷于科技探究的學生會來到實驗室體驗和觀察發(fā)動機拆裝、空間站場景、航空母艦模型等虛擬現(xiàn)實案例。學生可以自己確定研究方向，再通過使用虛擬現(xiàn)實設備，在虛擬的環(huán)境中進行觀察、思考和討論，并將自己的創(chuàng)意用三維軟件設計出來，進行3D打印，最終實現(xiàn)創(chuàng)意到現(xiàn)實的轉化。

實踐發(fā)現(xiàn)，借助虛擬現(xiàn)實技術構建的特色課程可以開闊學生視野，真正激發(fā)學生的探究欲和主動學習的熱情，有效提升學生的創(chuàng)造能力和動手實踐能力，為學校、教師和學生帶來了實實在在的改變。

【本文系北京市教育科學規(guī)劃課題“中學虛擬現(xiàn)實（VR）課程開發(fā)研究”（課題編號：CDHB17348）的研究成果】

責任編輯：周麗