基于VR技术的“面对面”课堂

王锐　陈彧　马欣彤

摘 要：虚拟现实技术可以创建一个高度逼真的学习情境，这种新兴技术为虚拟教学中的学习者提供了极大的兴趣，使传统的教学过程同时具备资源共享和远程协作的特点。基于VR技术的“面对面”课堂，利用虚拟实验系统在支持多用户在线共同学习的同时，在一定程度上改善了传统教学资源不足的缺点。通过使用虚拟仪器、模拟仪器实现远程实践教学过程，形成知识、学习和实践相结合的新型教育体系。

关键词：虚拟现实;VR;虚拟教学

近几年，随着科学技术的日新月异，传统的教师现场授课，学生到教室去听课的教学模式已不能满足当前知识量庞大的大数据时代，与此同时虚拟现实技术的成熟发展可以为辅助教学提供有力手段，教师可以通过360度全景摄像机等新兴设备将自己的授课过程录制成一个完整的VR视频，再将录制的视频按照内容知识点进行划分发布到网络平台，这样学生就可以根据自身状态，按需选择所学内容，足不出户就可以学习了。这不但解决了传统模式下教师授课时间、空间的限制，同时也节约了大量的授课成本，学生也能在不受地理空间和时间限制的情况下进行与传统课堂效果一样的课程学习，使师生的教学和交互更加直观、方便。由此看来，将虚拟现实技术引入课堂教学，已成为未来教学发展变革的必要趋势。

1 虚拟现实技术

虚拟现实技术（Virtual Reality，VR）是一种通过集合3D摄影技术、虚拟成像技术和计算机领域相关的知识内容，对现实环境进行数据分析和处理，通过虚拟现实设备再次将数据特征点和数据集还原的一种新兴技术。这种技术的特征是，它具备沉浸性、交互性和思想性。虚拟世界中的对象很多，层次结构比较复杂，通过捕捉各种类型的真实数据建模、三维可视化和虚拟现实场景。三维建模需要使用从现实生活中采集到的数据对整个视频内容所涉及的场景进行重新建模[1]。数据采集是在CAD绘图对象的基础上，根据对象建模的标准图进行绘制，然后导入3DMAX，这样可以减少建模对象在发生错误时的复杂度，不但能够提高建模效率，还能达到精准有效的目的。虚拟场景的建模过程是比较复杂的，在模型建立完成之后，需要进行物理建模，物理建模包括构建模型的材质、形状、纹理和运动等[2]。场景渲染和模型构建与虚拟场景的比例决定了重现虚拟场景空间的大小，虚拟场景渲染时的帧速率也会直接影响到用户的友好体验，这里要做到尽量有高水平的虚拟场景和模型渲染做用户在不开机侦测的情况下，场景中帧数刷新率应该超过每秒20帧。

2 基于VR技术的“面对面”课堂

目前，虚拟现实技术已广泛应用于军事训练、航空仿真、教育、娱乐等各个领域。通过虚拟现实技术建立VR教室，提供与现实无差别的综合教学管理功能，实现虚拟仪器和动画过程演示，使学生在网上完成相关课程，改进传统的枯燥乏味的课堂教学。虚拟授课以其良好的灵活性和复杂的硬件资源优势等优势，针对于虚拟现实教学的优势，授课教师可以根据实际授课内容进行更新，随时更新所授专业动态资源库，进而实现远程资源共享;与此同时，通过虚拟教学，也可以实现教学活动的在线交流、评估和评价。慕课教学的教育理念是通过在线方式展示优质教育资源的低成本。慕课教育具有规模性、开放性、线性、参与自主性等特点[3]。本文通过VR“面对面”授课平台，将教学课程、互动、考核等方面从教室中释放出来，这样做不仅可以极大程度上降低教学成本，也可以直接面向授课群体提高教学质量。VR课堂的建立促进了慕课平台建设的完善，避免了在线教学教学平台的断点现象，从一定程度上实现了优质教学资源的共享。

VR课堂为学生们提供了安全、舒适、不受限制的开放式教学环境，授课过程还原了现实的的教室和授课内容，具有硬件资源少、交互性好等优点，深受网络教学的青睐。结合慕课的授课理念与经验，充分利用授课教师与教学资源，构建开放、交互、共享的虚拟教学平台。在完成授课目标的整个过程中，授课群体的学习变得更为沉浸，课程内容变得更加直观，帮助他们深入浅出了解学习内容，用戶体验有了质的提高。

改革传统教学模式，应用虚拟现实技术建设开放式教室授课，利用慕课优质资源共享这一理念，实现教学资源共享，学生全面发展的目的。在教学过程中利用课堂互动的优势，为学生创造“自主学习”和多样化、实用化、个性化的实践环境，充分发挥学生的主体地位和教师的主体地位，学生可以选择网上授课课程和章节进行学习，实现全开放的自主教学。利用虚拟授课教学，将相关课程的教学环节整合，优化慕课理念，制定课程目标，完善评价体系，以待解决问题（任务）→如何解决问题（教学）→归纳分析（总结改进）→拓展创新梯度递进式组织教学内容，结合实际应用和行业动态设计开发学生教学内容，分阶段培养学生的认知能力和创新能力，把课程教学变成一项有趣、富有挑战性和实践性的工作。使学生熟练掌握虚拟现实设备，通过网络等相关信息技术来自主学习和培训熟练学生解决问题的意识和能力，提高学生的信息素养。通过虚拟教学系统，将教师科研的新成果应用到实验教学中，在课程内容中加入新技术，加强设计性、综合性、创新性教学。通过开放课程资源，鼓励和吸引更多的学生参与大学生的研究性学习和创新性实验项目。这种教学模式符合实践教学过程中学生操作和教师指导的特点，为实践教学网络化改革提供了科学合理的教学体系。

3 结语

虚拟现实技术、网络通信技术和互联网远程控制的飞速扩张是VR课堂实现的硬件基础。慕课环境下虚拟现实技术与传统模式教学相结合，改善了传统教学环境，优化了实际教学过程，提升了学生的学习兴趣和参与度[4]。在授课教师的指导下，学生可以有选择的自主学习、自由学习、合作学习、不限时间与空间的多元化发展。这种新兴授课方式，一方面，推进了教学改革，也侧面的引导了学生接触新技术、新知识，了解社会动态，更好地适应现实社会，实现应用型人才培养目标;另一方面，让更多的学生间接参与课堂内容，提高实际教学质量。跨学科研究的意识和创新能力，最大限度地共享传统学校的教学资源。

参考文献：

[1]姜洋.VR技术在艺术设计教学中的应用与研究[J].大众文艺，2019（19）：215-216.

[2]李加贝.基于VR的沉浸式在戏曲教学中的运用[J/OL].黄河之声，2019（18）：70-71.

[3]陈雨霞.VR技术在教学中的应用[J].计算机产品与流通，2019（09）：220.

[4]展俊娟.VR技术在初中生物教学中的应用[J].课程教育研究，2019（37）：163.

课题：本课题由吉林省吉林市北华大学大学生创新创业项目（编号：201811923086）资助