基于智慧学习的虚拟现实课程教学模式研究

訾玲玲，丛鑫

（辽宁工程技术大学电子与信息工程学院，葫芦岛　125105）

基于智慧学习的虚拟现实课程教学模式研究

訾玲玲，丛鑫

（辽宁工程技术大学电子与信息工程学院，葫芦岛125105）

0　引言

随着信息技术的不断发展与成熟及其在教育领域不断的应用，教育模式和学习方式的改变成为必然趋势，智慧学习正是转变的一个重要方向［1～2］。智慧学习采用智慧信息技术实现学习者自我指导，体现“学习需求无处不在、学习无时无刻不在发生”的理念［3］。虚拟现实课程涉及心理学、认知科学、计算机图形学、仿真技术、多媒体技术等，具有学科交叉性、综合性强，基础知识要求高，工程应用突出等特点［4］。但是，运用传统的教学方式讲授本课程，存在以下几个方面的不足：①对虚拟现实中的基本理论讲授强调“原理”，忽视“应用”。例如真实感绘制技术，以基本的算法原理阐述为主，使得学生对于这项技术的应用比较迷茫；②对虚拟现实系统的多种建模软件逐一介绍，使得学生对每个软件使用掌握得不扎实，且单一教学手段造成学生对于三维建模的学习仍然属于模仿阶段，没有发挥学生的主观能动性；③对虚拟现实系统的开发缺乏统一的管理，更多的是单兵教练，不能提高学生的协作能力和创新能力。

基于此，本文设计了一种基于智慧学习的教学模式，该模式的核心思想为“自主式、分享式、自助式、协作式、探究式”。对于虚拟现实课程中的基本理论采用自主式的学习模式，加强学生对该课程理论的理解与掌握；对于经典算法的讲解，采用分享式的课堂交流，加深对算法本质的理解；对于建模软件的使用，采取构建工具使用资源超市，学生根据自己的需求进行重点学习；对于虚拟系统的开发，智能环境会感知学生的需求并自动构建团队，并进行智能分工，从而共同开展合作；对于开发过程遇到的问题，采用探究式的问题解决模式，提高学生解决问题、应用问题的能力。以上提出的教学模式满足了学生的多元化、个性化、智慧化的发展需求，从而培养了学生的自主学习能力，提高了学生的实践创新能力。

1　基于智慧学习的教学模式设计原则

基于智慧学习的教学模式设计应该满足以下三条原则。

（1）有利于学生的学习需求。智慧环境通过情境感知技术预知学生的学习需求，并主动推送感兴趣的资源，使得学生自己选择感兴趣的知识进行学习，从而满足学习者的个性需求，激发学生的学习兴趣。

（2）有利于学生对知识的理解与掌握。智慧学习营造具有感知性、自然性的智慧环境，学生可以实时享受便捷的学习服务。学生可以灵活地选择学习资源，安排学习时间，不受传统教学模式中的教学进度的限制，从而更好地理解与掌握虚拟现实技术的相关知识。

（3）有利于提高学生的实践能力。智慧学习通过云计算、物联网、大数据构建的智慧环境中开展学习活动，方便学习者深入虚拟情景进行系统开发，从而大幅度提高学生的分析问题、解决问题和实际应用的能力。相比于传统的非情景教学模式，提高了学生知识迁移的能力。

2　基于智慧学习的教学模式

基于智慧学习的教学模式主要包括五个部分：自主式基本理论学习；分享式经典算法学习；自助式建模软件使用；协作式系统开发；探究式问题解决。其中前四个部分分别针对虚拟现实课程的四个大的教学单元，最后的探究式问题解决方法是贯穿整个的虚拟现实教学内容。

（1）自主式基本理论学习。在学习某一知识点前，教师发布教学任务，学习者带着这个教学任务进入情境，智慧环境及时感知学生的学习需求，并采用多种方式提供信息资源。学生根据资料进行学习，并提出问题，教师及时为学生答疑，并进行知识点的强化。此后，智慧环境提供身临其境的环境，将学到的知识点进行实践应用，加深对知识点的掌握。学生的学习过程被自动储存到云平台中，用于进行智能分析，并将此分析结果反馈给教师，用于评测学生对知识点学习情况的掌握。

（2）分享式经典算法学习。智慧环境根据学生的个人兴趣和需要，推送大量的虚拟现实算法知识，学生根据推送的内容进行自主学习。教师在课堂上组织教学，开展讨论式的学习方式，将学生学习得到的算法与大家分享，并及时解答学习算法过程中遇到的问题。课程结束时，教师检验学生的学习成果，并要求所有学习者进行自评和互评。

（3）自助式建模软件使用。智慧环境中的云平台存储大量的建模软件信息资源，学习者可以根据自己的喜好选择任意建模工具进行学习，并依据智慧环境提供的学习目标，自己制定学习任务。在此过程中，教师可以起到引导作用和咨询作用。当学生确定学习目标后，智慧环境推送满足学习目标的最优学习资源，节省海量查找资料的时间，可以使得学生高效率地进行软件工具学习。

（4）协作式系统开发。智慧环境快速感知学习者的个体特征信息，并根据群组构建策略进行开发团队组建。采用云平台提供的智能分析功能，建立统一的系统开发目标，根据获取的开发目标，团队成员进行协商讨论，制定合理的开发进度。云平台结合团队成员的个体特征及能力素质，科学合理地对开发任务进行分工。在此过程中，智慧环境会实时监控系统开发情况，及时发现问题并给予反馈建议。

（5）探究式问题解决。在虚拟现实理论学习和应用实践过程中，学生在智慧环境中独立地发现问题，进行实验，并得出结果或结论。智慧环境提供的多种信息手段，为学生验证结果提供了强有力的保障。这种解决问题的方法是倡导学生对学习的主动参与性，改变了传统的以教师为主导的学习方式。探究式问题解决方式，提倡学生的探索精神和实践创新能力的提高。

3　基于智慧学习的教学实践

结合几年来讲授本科计算机科学与技术专业的虚拟现实技术课程，对基于智慧学习的虚拟现实理论、实践与应用，进行详尽探讨与研究，并取得一定成果。

3.1课程目标设定

虚拟现实技术主要从计算机科学与技术、控制科学与技术、机械工程科学与先进制造技术等学科中孕育并实现跨越，逐步发展成熟。该课程涉及心理学、认知科学、计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术等多学科且综合性强。因而，在课程目标设定时要充分考虑到。基于课程特点，智慧学习的教学模式以独立的教学模块为单位进行学习，将课程内容分为4个教学模块，每个教学模块由知识单元构成。具体课程目标设定内容如表1所示。

表1　虚拟现实课程目标设定

3.2教学实施

依据上述提出的虚拟现实课程目标设定，构建科学有效的教学方法并加以实施是教学过程的首要问题，结合课程内容及智慧学习的教学模式设计如图1所示。

图1　基于智慧学习的虚拟现实教学模式实施

其中，教学模块1以虚拟现实技术的特性为例，阐述了这个模块的虚拟现实特点讲授实施流程，重点突出“自主式”的学习特点；教学模块2以实时绘制技术为例，强调分享式的算法教学模式和探究式的问题解决教学模式；教学模块3以建模软件使用为例，强调自助式的教学模式；教学模块4以校园3D场景漫游系统开发为例，强调协作式系统开发的教学特点。

3.3教学效果评价

经过几个周期虚拟现实课程的教学，对2010级计算机科学技术专业的两个班55名学生进行了教学效果的评价问卷调查。问卷调查主要从以下6个方面进行：①对虚拟现实学习结果的满意度；②开发能力提高度；③自主学习能力提高度；④讲授方法满意度；⑤解决问题提高度；⑥创新能力提高度。评价等级满分为5分。其中1分表示非常不满意；2分表示不满意；3分表示基本满意；4分表示很满意；5分表示非常满意。调查结果如表2所示。

表2　学生满意度调查情况表

从调查结果来看，学生对虚拟现实课程学习结果的满意度中，不满意的占11%，大多数学生对学习结果是满意的；从系统开发能力提高情况来看，有68%的学生认为自己的开发能力有较大的提高；从自主学习能力情况来看，只有15%的学生认为学习能力的自主性没有提高；从讲授方法的满意度来看，大多数的学生对此教学模式还是满意的；从解决问题能力和创新能力提高方面，分别只有20%和13%的学生认为能力没有提高。总体上讲，从以上各个方面的调查情况来看，基于智慧学习的教学模式的教学方法是可行的、教学效果有明显提高。

4　结语

虚拟现实技术一直是信息领域研究开发和应用的热点方向之一。虚拟现实课程立足于虚拟现实的“3I”特性，从技术和应用两个方向全面系统地讲授基础理论和实践技能。针对虚拟现实课程特点，本文构建基于智慧学习的教学模式，就是打破传统的以教师为主导、“满堂灌”的陈旧教学方法。而基于智慧学习的教学模式，就是充分发挥学生的主体地位，提高学生的学习兴趣和积极性，提高学生的自主学习能力和创新能力。该模式应用在虚拟现实技术课程的教学中，取得了一定的教学效果。虚拟现实技术课程是一门涉及知识面广，教学内容丰富、应用广泛、发展迅速的专业课程。如何讲授好该课程必须在实践中不断探讨、研究总结和提高。在学习虚拟现实技术理论知识同时，还要充分利用实验室的研究环境、软硬件资源，加强虚拟现实课程的实践教学环节，利用虚拟现实技术更好解决工程实际问题。

［1］Lee M S，Son Y E.A study on the adoption of SNS for smart learning in the“creative activity”［J］.International Journal of Educationand learning，2012（3）:1-18.

［2］杨现民.信息时代智慧教育的内涵与特征［J］.中国电化教育，2014（1）:29-34.

［3］陈琳.高校课程立体学习资源建设研究——促进学习方式转变的视角［J］.中国电化教育，2013（11）:95-97.

［4］黄荣怀，杨俊锋，胡永斌.从数字学习环境到智慧学习环境［J］.开放教育研究，2012（1）:75-84.

Smart Learning；Virtual Reality；Teaching Mode；Smart Education

Research on Virtual Reality Teaching Mode Based on Smart Learning

ZI Ling-ling，CONG Xin
（School of Electronic and Information Engineering，Liaoning Technical University，Huludao 125105）

1007-1423（2015）19-0028-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.19.007

訾玲玲（1981-），女，辽宁阜新人，博士，讲师，研究方向为图形图像及多媒体

2015-03-24

2015-06-15

智慧学习是在云计算、大数据、泛在网络等新一代信息技术推动下产生的新型学习方式，是一种以学习者为中心的、以提高学习者的创新能力为最终目标的新型学习范式。根据虚拟现实课程特点，设计基于智慧学习的新颖的教学模式。该模式已在虚拟现实课程中进行实践，并取得良好的学习效果。

智慧学习；虚拟现实；教学模式；智慧教育

辽宁工程技术大学生产技术问题调研基金（No.14-T-009）

丛鑫（1982-），男，辽宁阜新人，博士，讲师，研究方向为流媒体

Smart learning is a new learning mode which is promoted by cloud computing，big data and ubiquitous network.Centering the learners is the idea of teaching and improving，the innovation ability of the learner is the ultimate goal of this new learning paradigm.According to the characteristics of virtual reality course，designs the innovative teaching mode based on smart learning.This mode has been carried out in the virtual reality course and achieved good learning effects.