论VR技术在中小学教学中的作用

2018-11-30广东省湛江市第二中学524000卢皓玮

中小学实验与装备 2018年1期

广东省湛江市第二中学(524000) 卢皓玮

随着社会的进步,教育教学的方式应该与时俱进。在教育部课改宏观政策的指导下,教育系统逐步认识到传统课堂教学方式已经不能满足当今教育改革的要求。我国大部分的农村中学也在使用多媒体技术来进行辅助教学,因为借助多媒体技术进行教学,可以有效地提高学生在课堂上的学习兴趣,从而更好地提高教学质量。VR技术具有图、文、声并茂的特点,这些技术为课程教学的改革提供了良好的条件。VR技术具有形象性、直观可视性、内容丰富性,较传统教学方式更能调动学生的学习积极性。在教育中引入VR技术,既符合计算机技术、传感技术和互联网技术的发展目标,也适应我国教育事业发展的需求。

1 VR技术简介

上世纪80年代,美国VRL公司的拉尼尔基于计算机技术、软件技术和传感器技术的反战提出了VR的概念。VR技术的原理是利用计算机图形系统和各种现实及控制等接口设备,生成虚拟的、可交互的三维环境,给用户提供沉浸感觉。VR技术的本质是创建和体验虚拟环境的计算机环境仿真系统。该环境仿真系统融合多源信息,利用软件和硬件形成交互式立体动态视景,模拟实体行为,使用户体验到沉浸在真实环境中的感觉。目前,VR技术在训练、游戏等领域的应用已经非常广泛。

教学中普遍应用的多媒体技术是利用计算机对文本、图形、图像、声音、动画、视频等多种信息综合处理、建立逻辑关系和人机交互作用的技术。VR技术与多媒体技术有明显的区别,VR具有更强的交互性和体验感,使人沉浸其中。

1.1 VR技术的基本特征

VR技术有沉浸感、交互性、多感知性和想象力等三大基本特征。

1.1.1 沉浸感

让学生身临其境的学习,一直是教育理论的重要思想之一,比如孔子就强调在社会中学习在实践中学习的理念。传统课堂教学限于环境条件,一般只能利用文字、静止的图片以及简单的教具给学生讲授知识,很难让学生体验到真实的环境。虚拟现实技术的出现恰恰弥补了课堂教学的短板。VR技术根据人类生理心理的特点,利用计算机产生仿真的直观立体图像。学生戴上特制的可视化头盔和数据化手套等交互设备,利用这些交互设备与计算机生成的虚拟环境进行数字化的信息沟通和交流,就好像在现实环境中一样。用户通过移动头部转移视线时,眼中看到的虚拟环境即时变化;可以像在真实环境里一样用手拿起物体,物体也可以跟随手的移动。传统教学中,学生是被动的观察者,而借助VR技术学生成为主动的参与者。

1.1.2 交互性

传统多媒体技术具有图像、视频以及声音等表现方法,已经成为传统课堂教学的重要补充,也已经为大多数教师所掌握。它的主要缺点是缺乏交互性。虚拟现实技术恰恰可以提供优质的交互性体验。如前所述,学生可以观察和操作虚拟物体,也可以从虚拟环境中获得近乎自然的交互信息反馈。比如植物摇摆、流动的水、鸟虫鸣叫等。抓住虚拟环境中的实体,其感受与真实环境极为相似。交互性的实现有赖于强大的反馈设备支持,比如键盘、鼠标、数据手套、特殊头盔等。在VR技术中,计算机根据用户的视觉、触觉、运动、味觉等传感系统,利用特殊的算法调整VR系统的图像及声音,这样学生就可以考察或操作虚拟环境中的对象,并获得相应的反馈。

1.1.3 多感知性和想象力

如前所述,VR系统构想性十分开放,具有听觉、视觉、味觉、触觉和动觉的传感及反应设备。因此,学生可以获得上述多种感知,从而融入其中。VR技术可以扩充学生的想象空间,激发学习兴趣,提高学习效率。

1.2 VR系统的三种类型

1.2.1 沉浸型 VR系统

该系统比较复杂,必须利用传感跟踪装置,比如头盔和数据手套,才能与虚拟环境交互。该系统将自然外界隔离在使用者感觉之外,使用者能够排除干扰,沉浸在虚拟现实中。

1.2.2 简易型 VR系统

该系统其实是一套算机系统和软件。利用软件与虚拟环境交互。如Quick Time VR系统,采用特殊摄像机拍摄360°全景图像,从而生成逼真的虚拟情景,使用者利用传统输入工具,比如鼠标和键盘,即可感受到真实的虚拟环境。

1.2.3 共享型 VR系统

该系统利用互联网络联结各地使用者,共享同一虚拟环境。每个使用者通过网络观察和操作虚拟环境,达到协同工作的目的。

2 VR技术改造传统教学的应用及趋势

VR技术具备逼真的视觉环境、听觉环境、触觉环境和运动环境,画面生动,色彩鲜艳。这种沉浸式交互体验,可以强烈地刺激大脑皮层,从而引起兴奋,集中学生学习的注意力,使学生对所学内容记忆深刻,并最终熟练掌握。

VR技术现已经应用到教育教学领域。据相关资料介绍,圣泽维尔学校利用VR技术讲授有关太阳系的天文知识。在教学过程中,学生驾驶虚拟的太空飞船在太阳系中旅行,“亲身”体验太阳系中每一个星球的内部环境。通过这种教学方式,极大地提高了学生的学习热情,纷纷表示虚拟现实体验让他们学到了很多知识,这种教学方式非常有趣。

虚拟现实从单纯科学研究、军事应用等专业领域逐渐进入了日常教育教学活动中,出现了“虚拟教学”的新局面。这些应用也是教育高科技的展示,是教育信息化、现代化的具体体现。实践证明,通过VR技术可构建一种沉浸感、想象力、交互性的三维虚拟实物场景,并在这个场景中实现物体的动态交互感知,同时结合网络技术实现虚拟场景的传播和共享。

就现阶段而言,VR教育的机会与挑战并存。由于VR教育还处于起步期,无论是设备技术的成熟程度,消费级产品的受市场认可程度还是注入内容的丰富程度,都与大规模的推广还有一定距离。但是随着技术不断的发展,在硬件性能趋同的背景下,内容的交互将构成差异化竞争力,“VR＋教育”产业联动,将会有更好的发展趋势。

3 VR技术在中小学教学中的优势

中小学生的特点是年龄小、好动、求知欲旺盛、兴趣广泛。中小学教学必须针对学生的特点开展教学活动。目前中小学教学的主要问题是“灌鸭式”教学,这种教学模式具有体系完整,知识掌握度比较高的优点。但其无视学生的个体差异,扼杀学生创造性的问题被广为诟病。毕竟,教学的首要目的是让学生成为一个独立的正常的人,而不是培养掌握了很多知识的机器。提高素质和掌握知识很重要,但方式方法却有很多,应该根据学生自己的特点来组织学习,所谓因材施教,而不是批量化生产。中小学生养成良好的学习习惯,有赖于长期的培养,其中学习兴趣的培养至关重要。

另外,不同的教学课程也有各自的特点,但是目前的教学方法主要以课堂教学为主,再辅之以一定的实验教学。因为条件的限制,实操性的教学以及在真实环境中的教学非常少。

基于这两个特点,VR技术对于改革传统教学方式具有明显的优势,主要体现在以下3点。

3.1 利用虚拟技术,创设真实情景,实现形象化教学

以中小学中主要课程为例,分别阐述VR技术在教学中的优势及实现途径。

汉语言的重要特点包含有文字的象形性、语句的韵律感和蕴含的画面感。这些特点与图像、情境和声音密切相关。设想学生在学习生字的时候,有图像予以辅助;学唐诗宋词时,有融入其中的音乐和情境予以辅助,学生的学习积极性一定会热情高涨,也更符合汉语言教学的艺术性以及美学性要求。

数学教学中需要很多直观的图片加以说明,VR技术可以提供更加真实和逼真的图像、视频,也可以设计很多虚拟的数学应用场景,更利于学生的学习。

英语的口语教学一直是教学中的难点,尤其在农村学校中。通过VR技术可以设计一些国外的生活场景,让学生置身于其中,与外国人在虚拟的场景进行交流沟通,锻炼学生的口语交流能力。

物理、化学和生物实验教学一般都很枯燥,如果利用VR技术将这些科学实验进行虚拟现实,再辅助以著名科学家实验时的视频,让学生与科学家进行跨时空交互沟通。

VR技术可以突破时空限制,能够把历史“立体重现”在学生面前,让学生看得见、听得见,甚至可以摸得着,从而获得身临其境的感受和体会。比如学生能够“亲自”走进中世纪城堡,领略那份神秘与惊险;学生能够漫步观赏虚拟历史博物馆中,看到甚至触摸珍贵的历史文物;学生还能够“亲身”去参与、指挥并赢得战争。

3.2 利用VR技术进行仿真教学,促进学生创新思维能力的培养

虚拟现实技术可以虚拟人物形象和各种场景、模型。比如,物理课教学中,可以设计一些伟大的物理学家与学生进行互动探究。VR技术还可以仿真各种历史模型,创设逼真的场景,使学生沉浸其中。通过利用VR技术使知识的传递变得有趣,课堂充满了诱惑力,促进学生进行探索学习,有利于激发学生的创造性思维,培养学生的创新能力。

3.3 VR技术的应用能够实现学生学习方式、教师教学方式以及师生互动方式的改变

传统教育模式中学生的学习是被动的,教师传授知识,学生接受知识,学生学习时必须紧跟教师的思路,问题的答案都是标准的。学生只能根据教师的语言和课本文字进行再现想象。这样就容易抑制学生的主观能动性,使学生表现出消极和厌学的情绪。

VR技术的应用,使教师成为学习的指导者、参与者和合作者,甚至成为学习伙伴。教师只需要注意教学生如何“学”,指导学生如何获取知识、掌握学习工具和处理信息的方法,使学生“学会学习”。真正实现由“以教师为中心”向“以学生为中心”转变,促使学生提高学习的主动性,促使学生个性化发展。教学方式的改变,也将改变师生和生生之间的互动模式,更方便、更直接、更灵活、更有针对性。