虚拟现实技术在智慧课堂中的应用

刘建

摘 要 教师在智慧课堂中开展教育教学活动，有利于学生个性化学习、自主学习和交互性合作学习。同时，虚拟现实技术拓宽了人们的视界，打破了传统条件的限制，越来越多无法观察的事物被清楚地观察、研究。教师可以借助其优势，构建虚拟教学环境和虚拟实验室，让学生从感官上接触书本上的知识，大大提高学生学习的兴趣。新技术的应用是对教育教学方式的支撑，在智慧课堂中借助虚拟现实技术开展教学活动，兼顾了智慧课堂和虚拟现实技术的优势，可以更好地完成教学目标。

关键词 虚拟现实技术；智慧课堂；智慧教室；实验室；虚拟学习环境；微课；教学云平台

中图分类号：G434 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2018）09-0036-02

1 虚拟现实技术以及应用优势

虚拟现实技术的概念与特征 虚拟现实（Virtual Re-ality，简称VR）就是利用计算机和其他设备构建一个三维动画，给人以身临其境的模拟仿真环境。人们借助虚拟现实技术可以与虚拟世界中的事物进行交互，即使嗅觉、听觉、触觉等感官也有不一样的感受。

虚拟现实技术是众多学科技术高度交叉融合的技术，借助它，人们可以改变现有的空间感。它具有三个最突出的特征[1]，即沉浸性（Immersion）、交互性（Interactivity）和构想性（Imagination）。

虚拟现实技术应用于教育教学领域的优势 利用虚拟现实设备开展教育教学活动，教师可以将晦涩难懂的教学内容可视化、形象化、直观化，降低备课和授课的难度；学生在虚拟环境中学习、做实验，可以身临其境地感受事物变化，大大增强对抽象事物和不可见事物的感知能力，降低学习的难度，提高学习效率，增强兴趣，同时有利于发散思维和创新能力的培养。

相较于传统的实验室，在虚拟环境中做实验，实验所需的环境、器材、物品以及数据的采集、处理都是在计算机的处理下完成的，实验可以反复多次进行[2]，不受实验器材、物品多少的影响。实验前，教师不再需要提前准备实验器材、物品。对于破坏性实验，如中学物理实验电路短路、小灯泡被烧毁等，不但可以达到同样的实验效果，而且不需要考虑实验器材浪费的问题。同时，在虚拟环境中做一些会产生有毒物质或有毒物质参加的化学实验，除了可以达到相同的实验效果外，还可以避免因不当操作而产生的不良后果。

2 虚拟现实技术在教学中的应用

传统的教学方法是通过声音、图像、文字、动画、视频的形式传授知识。在小学教育阶段，学生的抽象思维能力相对较弱，对于某些知识的理解能力较差，如小学科学课中的太阳系。在中学教育阶段，一些重要的知识点的学习需要学生具有很强的抽象思维能力和理解能力，如物理学科中的天体运动、化学反应过程中化学元素最外层电子的变化过程、生物学科中的基因片段结构、数学学科中的立体几何等，教师需要花费很大心思，不断重复讲授这些知识点，而学生可能还是不明白。那么，就可以借助虚拟现实设备，构建出一个模拟真实物理世界的三维虚拟学习环境来解决种种难题。

虚拟学习环境[3]可以给学生非常好的真实体验，让学生感知到书本中的内容。教师借助虚拟学习环境开展教育教学活动，就是一个寓教于乐的过程，不但可以让学生触摸到书本中的内容，而且可以进行互动。虚拟学习环境的构建在一定程度上改变了教师的教学方式、学生的学习方式。借助虚拟现实设备构建的三维虚拟学习环境，教师可以很轻松地开展教学活动，将难以理解的知识点直观、形象地展现在学生面前，让学生能够在很短的时间内掌握重难点。如小学科学学科中关于太阳系的知识点，就可以让学生通过佩戴头戴式虚拟现实设备来遨游太空。虚拟现实设备把学生从现实世界带到浩瀚的太空，让他们近距离多角度观察行星的运行轨迹、地表形状、内部结构等，有利于想象力的发挥。

除此之外，虚拟学习环境也可以让学生与虚拟化的国外学生进行口语交流练习[4]，或开展其他语种的教学活动[5]。

3 虚拟现实技术在智慧课堂中的应用案例

近年来，教师在智慧教室中开展教学活动已经逐步进入常态化，教师在智慧教室内利用移动教学终端和智慧课堂教学云平台，通过“拍、搜、评”等课堂互动，快速有效地实现课堂交流、小组协作、信息分享、实时反馈、数据分析[6-7]。在智慧教室中引入虚拟现实设备，可以更好地完成教學目标。下面就以小学科学课程“花、果实和种子”为例，谈一谈虚拟现实技术在智慧课堂中的具体应用。

在课程引导阶段，教师首先利用教学平板将一段描述花形成果实和种子的微课通过教学云平台推送给学生，让学生了解花形成果实和种子这一漫长的过程。通过微课引导学生思考花是如何形成种子和果实的，进一步引导学生思考花在形成果实和种子的过程中，哪些结构起到重要作用。要想让学生明白哪些结构起重要作用，就要鼓励学生通过解剖、观察的方式来寻找答案，并引导学生归纳总结花的结构特征以及各个结构的作用。

在观察、实验阶段，教师首先示范如何利用虚拟现实设备来解剖、观察花，然后引导学生以小组合作的方式展开解剖、观察实验。每个小组都配有新鲜的百合花以及相应的实验工具，除此之外，还配有三台虚拟现实设备，以供学生实验之用。教师要求学生不仅要动手解剖百合花，还要通过虚拟现实设备开展解剖观察实验（图1）。

实验结束之后，教师推送相应的视频资源、网站资源给学生，引导学生以小组为单位，根据这些资源找出所观察到的花的各个结构的特征、作用，并拍照上传至教学云平台，以供学生之间互相评价、留言讨论等，达到信息共享。

最后，教师推送随堂检测题目给学生，用来检测学生对所学内容掌握的程度。待学生提交答案后，教师会根据平板的统计结果来了解学生对知识点的掌握程度。如果某个学生对知识点掌握不好，教师就会推送相应的微课、题库等学习资料给他，以便于他开展个性化学习。

4 结论

在智慧课堂中，教师通过教学云平台的数据分析功能，可以实时、精准地掌握每个学生的学习情况，便于针对个别学生开展因材施教。学生将小组讨论的结果拍照、上传至教学云平台，其过程是课堂交流、小组协作、信息分享的过程。同时，采用传统实验方法与虚拟现实设备同时开展实验，可以大大提高学生学习的积极性和动手能力，利于学生更好地掌握课堂内容。

新技术是对多样化学习方式的支撑，虚拟现实技术支撑课堂，需要结合具体的学科、教学环节。目前，借助虚拟现实技术开展教学活动并能取得较好教学效果的学科有数学、化学、物理、生物、地理、科学、英语等。教师通过构建虚拟教学环境，把难以理解、抽象、看不见、摸不着的知识点直观、立体地展现在学生面前，学生还可以通过感官与之互动。同时，虚拟实验室的建立不仅避免了实验器材的浪费，也杜绝了学生因实验操作步骤不当引起危险的可能。

虽然虚拟现实技术在教育教学领域的应用具有很大的潜力与应用前景，但仍然存在技术瓶颈、相关教学资源不足等问题，需要抓紧解决这些问题，不断深化对虚拟现实技术的应用，提高教学质量[8]。

参考文献

[1]Burdea G， Coiffet P. Virtual Reality Technology[M].2 Ed. Hoboken： Wiley-IEEE Press，2003.

[2]郭勇陈，贾佳丽，王皎琳，等.VR技术在高校经管类实验教学中的应用研究[J].实验室科学，2016，19（2）：70-75.

[3]蔡苏，张晗.VR/AR教育应用案例及发展趋势[J].数字教育，2017，3（3）：1-10.

[4]Lucia A D， Francese R， Passero I， et al. Develop-ment and evaluation of a virtual campus on Second Life： The case of SecondDMI[J].Computers & Education，2009，52（1）：220-233.

[5]趙晶晶.虚拟现实在对外汉语教学中的应用：以“第二人生”为例[D].济南：山东大学，2015.

[6]徐紫，周梦瑜.智慧教室下“Smart”小学高年段英语教学模式的探讨[J].教育信息技术，2014（12）：24-25，30.

[7]黄荣怀，胡永斌，杨俊锋，等.智慧教室的概念及特征[J].开放教育研究，2012，18（2）：22-27.

[8]王同聚.虚拟和增强现实（VR/AR）技术在教学中的应用与前景展望[J].数字教育，2017，3（1）：1-10.