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        新工科視域下基于BOPPPS教學模式的虛擬現(xiàn)實技術課程教學改革實踐研究

        2025-08-19 00:00:00王艷敏朱珂涵李澤瑜
        大學·教學與教育 2025年7期
        關鍵詞:工科建模教學模式

        中圖分類號:G642 文獻標識碼:A 文章編號:1673-7164(2025)20-0059-04

        在全球科技革命和產業(yè)變革的背景下,工程教育迎來了前所未有的挑戰(zhàn)與機遇。國家在“一帶一路”創(chuàng)新驅動發(fā)展、“中國制造2025”及“互聯(lián)網(wǎng) +, 行動計劃等戰(zhàn)略下,明確提出了新工科建設要求。1新工科的提出旨在培養(yǎng)具備創(chuàng)新能力、實踐能力和國際競爭力的高素質復合型人才,新工科建設不僅需要改革傳統(tǒng)的課程體系,更需要引入先進的教學模式和技術手段,以實現(xiàn)教育的現(xiàn)代化與信息化。隨著虛擬現(xiàn)實技術在各行各業(yè)的廣泛應用,市場對具備虛擬現(xiàn)實開發(fā)能力的專業(yè)人才需求日益增加,虛擬現(xiàn)實技術課程教學改革迫在眉睫。

        一、理論基礎

        (一)新工科建設內涵

        在國家教育強國建設、科技強國、人才強國建設背景下,對工科類人才需要越來越高,傳統(tǒng)工科教育模式主要側重于理論知識的傳授,往往忽視學生實踐能力和創(chuàng)新精神的培養(yǎng),已無法滿足現(xiàn)代科技和工業(yè)發(fā)展的需求。[2]新工科建設提出了系統(tǒng)性的改革方案,從課程體系、教學方法、師資隊伍和教育資源等多個維度進行全面創(chuàng)新。其一,新工科強調跨學科融合,旨在打破學科壁壘,通過多學科交叉、融合,形成多元化的課程體系。例如將人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算、區(qū)塊鏈等新興技術融入傳統(tǒng)工科課程,培養(yǎng)學生的綜合素質和跨學科應用能力。其二,新工科建設注重實踐教學和工程訓練,強調學生在實際工程項目中的應用能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。通過引入虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實、數(shù)字孿生等先進技術,構建現(xiàn)代化的實驗室和實踐基地,為學生提供真實的工程環(huán)境和實踐機會。

        (二)BOPPPS教學模式概述

        BOPPPS教學模式源自加拿大的教師技能培訓工作坊(Instructional SkillsWorkshop,ISW),是一種系統(tǒng)化、以學生為中心的教學設計與實施框架。[3]其核心在于通過結構化的教學流程和反饋機制,提升教師的教學質量和學生的學習效果。BOPPPS模式由六個關鍵環(huán)節(jié)組成:導人(Bridge-in)、目標(Objective)前測(Pre-assessment)參與式學習(ParticipatoryLearning)、后測(Post-assessment)和總結(Summary)。[4]BOPPPS教學模式的優(yōu)勢在于其結構化的設計和閉環(huán)式的反饋機制,使教學過程更加有序、透明和高效,通過明確教學目標和持續(xù)評估反饋,教師可以及時調整教學策略,滿足學生的學習需求,提高教學質量。BOPPPS模式不僅強調知識的傳授,更注重學生學習能力和自主學習能力的培養(yǎng),符合現(xiàn)代教育注重學生全面發(fā)展的理念。在信息技術迅速發(fā)展的今天,BOPPPS模式可以結合多媒體教學工具和在線學習平臺,進一步提升教學的互動性和參與度,為教育現(xiàn)代化提供新思路。

        二、虛擬現(xiàn)實技術課程教學現(xiàn)狀

        (一)教學實踐與資源配置

        虛擬現(xiàn)實技術對硬件設備的要求較高,如VR頭顯、運動捕捉設備、高性能計算機等,然而,很多高校在這方面的投入不足,設備資源相對匱乏。學生在實際操作中缺乏足夠的設備支持和實踐機會,無法全面體驗虛擬現(xiàn)實技術,直接影響了學生對技術的實際應用能力和操作能力的培養(yǎng)。虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展速度極快,教材和教學內容更新滯后,無法及時反映最新的技術發(fā)展和行業(yè)應用現(xiàn)狀,教師在教學過程中面臨很大的挑戰(zhàn),需要不斷自我更新和學習,以便能夠教授最新的技術內容。然而,很多教師由于工作負擔重,缺乏系統(tǒng)的培訓和學習機會,難以及時掌握最新的技術動態(tài),影響了教學內容的前沿性和實用性,也使學生難以接觸到最新的技術應用案例和項目,局限了他們的視野和知識面。

        (二)教學模式與方法

        當前,虛擬現(xiàn)實技術課程教學模式主要以傳統(tǒng)的理論講授為主,雖然能夠系統(tǒng)地傳授基礎知識,但由于缺乏與實際應用的緊密結合,難以激發(fā)學生對虛擬現(xiàn)實技術的濃厚興趣。在課堂教學中,教師往往注重知識點的覆蓋和理論體系的完整性,但忽略了學生的參與和互動,學生在學習過程中缺乏主動性和探究精神,難以將理論知識與實際操作結合,削弱了學習的實效性和趣味性。在一些案例和項目的引入上,現(xiàn)有課程內容較為單一,缺乏針對虛擬現(xiàn)實技術應用場景的實際案例分析和項目實踐,且虛擬現(xiàn)實技術涉及多個領域和復雜的應用場景,僅靠理論講解無法使學生全面理解其應用價值和技術實現(xiàn)過程。當前的教學方法難以滿足學生對虛擬現(xiàn)實技術多樣化、實踐性強的學習需求,學生在學習過程中往往難以形成對虛擬現(xiàn)實技術的整體認知和深度理解。

        (三)評價體系與學生發(fā)展

        當前,虛擬現(xiàn)實技術課程的評價體系主要依賴傳統(tǒng)的考試和筆試,側重于理論知識測試,忽視了對學生實踐技能、項目開發(fā)能力以及創(chuàng)新思維的考核,無法全面、客觀地衡量學生在實際操作中的表現(xiàn),學生在項目實踐中的能力和貢獻未能得到充分的認可和評價。此外,傳統(tǒng)考試往往限制了學生的創(chuàng)造力和獨立思考能力,難以激發(fā)他們在虛擬現(xiàn)實技術應用中的創(chuàng)新潛力和探索精神。另外,評價體系過于注重期末考試和最終成績,忽視對學生學習過程的評價,無法提供關于學生學習進程的實時反饋,教師難以在教學過程中及時調整教學策略,以滿足學生的個性化需求。

        三、新工科視域下基于BOPPPS教學模式的虛擬現(xiàn)實技術課程教學改革實踐路徑

        (一)加強基礎設施建設,完善課程內容

        在新工科視域下,基于BOPPPS教學模式的虛擬現(xiàn)實技術課程教學改革,應著力加強基礎設施建設,提供優(yōu)質的硬件和軟件支持。[5在硬件設施方面,配備高性能計算機、VR頭顯、運動捕捉設備及其他必要的虛擬現(xiàn)實技術工具,以確保學生能夠在高質量的技術環(huán)境中進行學習和實踐。此外,學校應積極與技術企業(yè)合作,建立虛擬現(xiàn)實技術實驗室和實踐基地,通過引入企業(yè)真實項目,使學生在校期間就能接觸前沿技術和應用案例,增強實踐操作能力和創(chuàng)新意識。在軟件方面,學校需及時更新和引入最新的三維建模、渲染和虛擬現(xiàn)實開發(fā)軟件,如Unity、UnrealEngine、Maya、3DMax等,為學生提供系統(tǒng)的技術培訓,確保他們能夠熟練使用這些軟件進行項目開發(fā)和技術實踐。

        在完善課程內容方面,課程設計應緊密結合虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展前沿和實際應用需求,構建系統(tǒng)化、模塊化的課程體系。一方面,課程內容應涵蓋虛擬現(xiàn)實技術的基本原理和核心技術,包括三維建模、渲染技術、交互設計、運動捕捉和虛擬環(huán)境構建等,確保學生在理論上有扎實的基礎。[6另一方面,課程內容應與時俱進,及時引入虛擬現(xiàn)實技術的最新成果和應用案例。通過分析和討論前沿技術案例,如虛擬現(xiàn)實在醫(yī)療、教育、娛樂、建筑等領域的應用,使學生了解虛擬現(xiàn)實技術的廣泛應用和發(fā)展趨勢,激發(fā)他們的學習興趣和創(chuàng)新思維。課程還應加強跨學科融合,結合計算機科學、工程、設計、心理學等多個領域的知識,培養(yǎng)學生的綜合素質和跨學科應用能力。

        (二)結合BOPPPS教學模式,優(yōu)化教學設計

        1.導入(Bridge-in)

        在虛擬現(xiàn)實技術課程的導入部分,教師的主要任務是通過生動、直觀的方式激發(fā)學生對虛擬現(xiàn)實(VR)技術的興趣,并為接下來的學習做好鋪墊。教師可以播放一段展示VR技術在實際生活中應用的視頻,如VR游戲、虛擬博物館、醫(yī)療手術模擬、虛擬現(xiàn)實教育等,讓學生直觀地感受VR技術的先進性和廣泛的應用前景,激發(fā)學生的好奇心和探索欲望,讓他們初步了解VR技術在各個領域中的重要作用。在視頻播放完畢后,教師可以提出一些引導性問題,鼓勵學生參與討論,讓他們結合實際體驗和感受,進一步加深對VR技術的理解。

        2.目標(Objective)

        明確學習目標不僅能為教師的教學提供清晰的指導,也能幫助學生明確學習方向,集中精力在關鍵知識點和技能上,確保教學活動有的放矢,提升整體學習效果。對虛擬現(xiàn)實技術課程而言,目標設定要結合課程內容特點和學生實際情況,確保學生在課程結束后能夠全面掌握虛擬現(xiàn)實技術的基礎知識和應用技能。例如,教師可以設定學習目標如下:(1)掌握虛擬現(xiàn)實建模的基礎知識,學生應理解虛擬現(xiàn)實建模的基本概念和原理,包括多邊形建模、樣條線生成三維模型、曲面建模等;(2)掌握多邊形建模的方法和技巧,學生應能應用多邊形建模的基本原理和技術,創(chuàng)建復雜的三維模型,并了解布線原則和建模技巧。教師應在設定學習目標時,考慮學生的基礎水平和學習能力,逐步提高難度,幫助學生在逐步掌握基礎知識的同時,不斷挑戰(zhàn)自我。在明確學習目標的基礎上,教師應將這些目標分解到具體的教學環(huán)節(jié)中。例如,在講解多邊形建模的方法和技巧時,可以設定具體的階段性目標,如掌握多邊形基本操作、理解多邊形布線原則、能夠創(chuàng)建復雜的多邊形模型等。通過逐步達成這些階段性目標,學生可以循序漸進地掌握整個學習目標,提升學習效果。

        3.前測(Pre-assessment)

        前測可以采用多種形式,包括在線問卷、課堂測試、討論交流等。在線問卷是一個便捷且高效的方法,教師可以設計一系列與虛擬現(xiàn)實技術基礎知識相關的問題,通過問卷調查學生的知識掌握情況。例如,問卷可以包含以下問題:“請簡要描述虛擬現(xiàn)實技術的基本原理”“列舉幾種常用的三維建模軟件”“你是否了解多邊形建模的基本概念\"等。在課堂測試方面,教師可以在課程開始前,安排一場簡短的測驗,測試學生對關鍵概念和基本技能的掌握情況。測驗題自可以涵蓋虛擬現(xiàn)實技術的核心知識點,如三維建模的基本方法、常見的渲染技術、標準燈光布置等,幫助教師了解班級整體的知識水平。

        4.參與式學習(ParticipatoryLearning)

        這一階段是課程的核心部分,采用參與式學習的方法,通過互動和實踐活動,幫助學生掌握所學知識和技能。一是講解與演示,教師首先需詳細講解虛擬現(xiàn)實建模的基本原理和多邊形建模的方法,并進行現(xiàn)場演示。例如,教師可以在計算機上操作三維建模軟件,展示如何創(chuàng)建一個簡單的三維模型,并解釋每一步操作及其背后的原理。二是小組討論與實踐,學生分組進行實踐操作,利用三維建模軟件進行建模練習。教師可以設計一些具體的任務,例如創(chuàng)建一個簡單的虛擬現(xiàn)實場景或一個復雜的多邊形模型,讓小組成員互相討論,解決在操作中遇到的問題。三是案例分析與應用,教師引導學生分析一些實際應用中的案例,探討虛擬現(xiàn)實技術在不同領域的應用,以及虛擬現(xiàn)實技術的實際應用場景和技術實現(xiàn)方法,從而將所學知識與實際應用相結合。

        5.后測(Post-assessment)

        在課程結束時,教師通過后測評估學生的學習效果。后測可以采用多種形式,一是小測驗,通過選擇題、填空題或簡答題,測試學生對課程內容的掌握情況。二是實踐操作考核,要求學生完成一個具體的建模任務,考察他們在實際操作中的技能水平。三是項自展示與評估,學生展示自己的項目成果,教師和同學共同評估,給予反饋和改進建議。后測的結果不僅可以幫助教師了解學生的學習效果,也可以為學生提供反饋,幫助他們發(fā)現(xiàn)不足并進一步改進。

        6.總結(Summary)

        在課程結束時,教師帶領學生回顧本節(jié)課的主要內容,總結學習收獲和經(jīng)驗。教師可以通過提問、討論和分享的方式,引導學生思考和總結。例如教師可以提問:“今天你學到了哪些新知識?”“在建模過程中遇到了哪些困難,是如何解決的?\"通過總結,使學生鞏固所學知識,并提升其對課程內容的整體理解和掌握。

        (三)以學生全面發(fā)展為目標,健全考核評價

        一是引入項目式評估方法,將學生在虛擬現(xiàn)實技術課程中的學習成果通過具體項目展示出來。為保證考核評價體系的科學性和公平性,教師還需要制訂明確的評價標準和細則,對每一項評價內容進行量化和細化。教師可以設計多個層次的項目,從基礎的三維建模任務到復雜的虛擬現(xiàn)實應用開發(fā),讓學生在完成這些項目的過程中,逐步提升自己的技術水平和創(chuàng)新能力。例如,學生可以分組完成一個虛擬現(xiàn)實場景的設計與實現(xiàn),教師要觀察項目的進展情況、學生的實際操作和最終成果,全面評估他們的學習效果。在此過程中,要注重過程性評價,強調學生在學習過程中的持續(xù)努力和進步情況。教師可以設立階段性小測驗、課堂互動環(huán)節(jié)和實踐作業(yè),了解學生的學習進度和理解程度,并給予及時反饋和指導,從而幫助學生發(fā)現(xiàn)自己的不足,及時改進學習方法,激發(fā)他們的學習主動性和積極性,增強他們的自信心和成就感。二是引人自評與互評機制,培養(yǎng)學生的自我反思能力和團隊合作精神。在自評環(huán)節(jié),學生對自己的學習過程和學習成果進行評價,反思自己的學習方法和學習態(tài)度,發(fā)現(xiàn)自身的優(yōu)勢和不足;在互評環(huán)節(jié),學生對小組成員的表現(xiàn)進行評價,提出建設性的意見和建議。

        四、結語

        新工科視域下基于BOPPPS教學模式的虛擬現(xiàn)實技術課程教學改革,不僅回應了國家戰(zhàn)略和社會需求,也為高等教育教學模式創(chuàng)新提供了有益探索,通過系統(tǒng)化的教學設計與實踐,不斷提升課程教學質量,全面培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新思維,從而為培養(yǎng)具有國際競爭力的高素質工程技術人才,推動新工科建設和現(xiàn)代教育改革提供理論基礎和實踐經(jīng)驗,為國家和社會的發(fā)展貢獻智慧和力量。

        參考文獻:

        [1]劉巖,康麗,侯強華,等.虛擬現(xiàn)實技術在實踐教學課程中的應用[J].高師理科學刊,2023,43(12):99-101+106.

        [2]張永強.新工科背景下虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術在智慧教學中的應用研究[J].湖南郵電職業(yè)技術學院學報,2023,22(01):87-90.

        [3]胡明芳,鄭屹峰.基于BOPPPS教學模式下的虛擬現(xiàn)實技術在醫(yī)學影像診斷教學中的運用研究[J].全科醫(yī)學臨床與教育,2024,22(06):540-542.

        [4]丁圣剛,宮晨,朱玉林,等.情景模擬教學法、VR技術聯(lián)合BOPPPS教學模式在兒科臨床教學中的應用[J].河西學院學報,2022,38(05):111-116.

        [5]金晶.基于BOPPPS的三維虛擬情景教學模式設計與實踐:以動效設計課程為例[J].現(xiàn)代職業(yè)教育,2021(23):80-81.

        [6]張莉娜,劉珍丹.新工科背景下《虛擬現(xiàn)實技術》課程“一體兩翼\"教學模式構建與實踐[J].電腦知識與技術,2022,18(11):171-172+175.

        (薦稿人:趙曉亮,數(shù)字媒體技術教研室主任,副教授)(責任編輯:邵秋露)

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