信息技术视域下基于VR的线上线下混合式教学模式的实践研究

张玉霞，刘艳辉，张志刚

（邯郸学院 a.信息工程学院 b.电子信息工程实验与实训中心，河北 邯郸056005）

一、引言

2020年新冠肺炎疫情的影响给各行各业带来了巨大的冲击，也给新兴行业带来了机遇。教育行业也因此发生了重大改变，为了保障教学进度，各大高校积极创设网络学习环境，纷纷利用雨课堂、超星学习通、大学慕课等各类网络教学平台以及钉钉、QQ、腾讯会议等直播平台等多种平台的综合使用开展线上教学。这种线上教学模式为学生提供更大的自由和时间空间，更广泛的资源池，更多样的学生与教师、学生与学生、学生与教学资源的互动关系。学生的自由度更大，自主性和领导性更突出，加快了以学生为中心的学习框架的形成。但是由于学生学习能力和自主能力水平不一，部分学生缺乏自律性，自我约束能力差，加之线上教学或直播教学的互动性较差、线上学习过程监管力度薄弱等多种因素，导致线上教学的效果不是很理想。如今，在新冠肺炎疫情防控常态化的背景下，随着学生分批返校复课，线下教学将陆续开展，但是信息技术与教育教学深度融合的趋势不会改变。“线上+线上”混合式教学模式更能体现学生的主导性和发展性，比单纯的线上或者线下教学模式学习效果更好，并且常态化疫情防控更是需求学生拥有更灵活、高效、便捷的学习模式。如何将“线上+线下”教学模式深度融合，提升学生线上线下混合式学习效果是未来高效大规模应用混合式教学模式的重点和难点。

随着技术发展的日新月异，以大数据、云计算和虚拟现实技术为代表的新一代信息技术在教育领域得到广泛应用，也为教育行业的发展带来了新的机遇。虚拟现实技术（Virtual Reality Technology），简称VR 技术，基于VR 技术可为学习者提供以计算机等高科技设备为载体的集“嗅觉”“听觉”“触觉”和“视觉”等多种体验为一体的虚拟交互环境。与传统教学媒体形式相比，VR 技术具有典型的“3I”特征，即 Interactivity 性、Immersion 性和 Imagination 性。由此能够为学习者创造逼真、身临其境的教学虚拟环境，并起到个性化教学、增强学习体验、激发学生学习动机的作用。因此将虚拟现实技术应用在教育领域，将颠覆教学内容的学习方式，能够让学生在虚拟的环境中参与教学内容互动，解决传统课堂中互动性、情境性、沉浸性不强的问题，在高等教育的实践教学中将具有广阔的应用前景。

二、虚拟现实技术应用到线上线下教学实践活动中

（一）线上线下混合式教学模式的特点

线上线下混合式教学模式，其实就是将基于互联网的线上优质学习资源与传统的课堂教学相结合的一种教学模式。学习者可以通过网络及时获取不同的最新的课程资源，可以随时随地在可以接入网络的前提下获取教学资源，完成自主学习与预习等，同时结合课堂上教师的面对面讲授更深入理解课程内容。这种教学模式要求教师在课前完成在线平台上教学资源准备工作，包括视频录制或者选择其他优质视频、题库建设、作业建设、测验建设等工作，同时设置好时间节点按时发布到网络教学平台上，并在教学设计中明确制定线上线下的教学内容，上课前完成线上平台的资源学习和作业，课堂上完成面对面难度较高的知识点讲解与检验，开展作业、实验、测验等活动。因此这样的教学方式让全国乃至全球范围内的学生实现了一定程度上知识共享与自主交流，是一种有发展前景的教学模式。但是该种模式学习环境单一，线上学习以视频为主，媒体资源不够丰富，互动方式单一也不及时，对学生的管束较少，学生自我约束能力直接影响到学习的质量；而线下学习仍以教师讲授为主，虽然能够完成互动，但不能很好的实现以学生为中心的教学目标。因此需要结合新技术或者学习工具，引入到线上线下混合式教学过程中，将线上学习视频和线下课堂讲授的知识进行具象展示的辅助工具，虚拟现实技术的发展给这一难题带来了解决途径。

（二）虚拟教学空间的构建

针对目前线上线下混合教学模式的不足，设想通过虚拟现实技术构建一个虚拟教学空间，即利用计算机、网络、多媒体、虚拟现实设备等信息技术构建一种类似传统“现实课堂”的虚拟教学空间。教师和学生在“虚拟空间”开展各种教学活动，虚拟空间以两种形式展示，虚拟课堂空间和虚拟学习空间。虚拟学习空间直接以WEB形式接入到在线教学平台中，在虚拟学习空间内，可以实现在线视频的中间问答环节，比如视频讲解过程中，设置任务点，以虚拟学习空间的方式，让学生接入，学生以手机作为外部接入设备，以角色模拟的方式实现问答环节，同时可以添加游戏化的元素到虚拟学习空间中，让学生以游戏的状态完成角色任务，增加在线资源的吸引度和游戏性；而虚拟教学空间是在具备虚拟现实外设设备条件的高校中，诸如头盔、手柄、眼镜等接入设备，在线下面对面教学中，采用虚拟现实技术模拟一个教学过程，让学生以沉浸式的方式融入到虚拟课堂空间中，学生选择虚拟角色，参与听课，讨论与互动，以此完成线下教学活动，提高学生参与的积极性和兴趣，加强以学生为中心的教学实践。

同时虚拟空间也具有课程介绍、课程学习大纲、学习指导、参考资料等所有现实课堂应有的教学文件，帮助学生完成线下预习与复习。该空间还具有在线自测、线上答疑、实验仿真、导师一对一互答等功能模块，提高学生自主学习能力。虚拟空间从时间、空间上形成一种虚拟的立体教学模式， 该方式支持多方向、深层次、远距离、跨国域的师生和生生互动，打破了传统教学在时间、地域、次数、进度甚至语言障碍的限制，形成一种虚实结合的全新教学活动，即将现实课堂融入到虚拟环境中，学生可以不受空间、语言的约束，自由言谈与交流，实时解决疑问，完成教学内容。

再次，教师可以根据个人专项开设自己的虚拟空间，学生可以实时选择自己的课程导师，并可以根据自己的学习情况和水平选取名师教学。高校教师可以设置自己的虚拟教学空间，制定授课时间和授课内容，线上通知到自己的学生，学生只需按时加入虚拟教学空间即可完成相应的教学。名师也可以设置自己的技能专项辅导和时间，开设虚拟空间，线上通知学生，学生按时加入，然后进行教学活动，和导师实时互动，和学生实时交流，完成教学活动。

（三）基于虚拟现实的混合教学模式的实施与实践应用

基于虚拟教学空间的线上线下混合式教学模式主要包括四个阶段：（1）线上+虚拟学习阶段。该阶段主要是学生通过网络教学平台进行线上学习，包括知识预习、视频学习、思维导图建立等内容，并且在学习过程中通过虚拟学习空间完成知识问答与智能答疑的环节，巩固线上学习的掌握程度。（2）线下课堂+虚拟课堂的学习阶段。该阶段通过传统课堂的面对面讲授、互动、提问等环节，解决重难点知识点的讲授与练习，并通过虚拟课堂空间，让学生和教师通过穿戴虚拟外设设备以沉浸式的方式进入虚拟教学活动中，完成重难点知识的学习，提高课堂体验感和课堂活跃度，提高课堂教学吸收效果。（3）线上线下+虚拟拓展学习阶段。该阶段学生需要完成线上拓展作业、测验、虚拟实验等任务，巩固所学知识点，教师可以设置智能答疑（虚拟空间完成），个性化教学等，学生可以利用线上虚拟教学空间完成和教师的实时交流与问题解决，完成拓展学习，当然，学习者也可以探索、访问其他感兴趣的课程或者教师，选择性学习，扩展自己的知识面。（4）评价反馈阶段。此阶段教师可以通过问卷调查、讨论、座谈等形式，了解学生线上自学情况和课下知识巩固情况，根据学生学习的数据记录以及反馈意见，掌握学生的学习状态和实时需求，对学生制定个性化指导与交互，及时调整教学内容与方式方法，进行再实践、再改进。基于虚拟现实的混合式教学模式的实施如图所示。

图.基于虚拟现实的线上线下混合式教学模式

三、基于虚拟现实的高校教学改革应用与教学效果

虚拟现实技术作为一种新媒体引入到线上线下混合式实践教学中，其交互性、沉浸式的身临其境的体验特征，能调动学生的学习的积极性和主动性，提高了学生自主学习的能力，为教师与学生、学生与学生之间提供了一个不受时间空间限的交互学习平台，即实现了传统课堂上“教师、媒体、学生”三位一体的全方位互动，又增加了线上课程学习过程的趣味性，具体应用效果包括以下几个方面：

（一）在时间空间不限的范围内推动优质资源共享

虚拟现实技术应用到高效教学活动中带来了巨大的变革，教师和学生可以在不受时间空间限制的情况下进行教与学。各高校教师都可以开设线上虚拟教学空间，而学生也可以根据自己的兴趣爱好选择合适的课程参与学习；学生可以选择名师，可以选择名课堂，教师也可以双向选择学生；同时虚拟教学空间实现了学生与教师的智能互动。这在很大程度上推动了各高校实现教学资源共享，实现学生随时随地学习和愿意参与学习的目标。

（二）游戏化设计，增强课堂参与度

虚拟教学空间增加了游戏化元素设计，学习者可以选择角色，以模拟角色的身份参与教学活动和任务闯关等。这让学生体会到了以学生为中心的主体性，提高了个人成就感，增强了学生参与的热情和主动学习的积极性。

（三）虚实结合，提高教学活动体验度

传统的课堂教学以教师讲授学生听课的方式，不仅缺乏交互性，形式单一枯燥，学生积极性差。通过将虚拟教学空间应用到课堂教学中，实现虚实结合的教学方式，以虚拟现实技术辅助课堂教学过程，利用其沉浸式的学习情境，尤其是实践性比较强的课程，让学生“身临其境”，从而大大地提高学习效率。加上个性化的个人线上智能虚拟辅导，针对不同学生的掌握情况，实现因材施教。因此将课堂教学与虚拟现实技术有效融合在一起，相辅相成，才能够发挥该教学模式的最大效果。

（四）推动教学模式信息化改革的发展

在这个信息化飞速发展的时代，知识、技术更新速度极快，因此必须让信息化走入课堂，丰富教学内容，提高教学灵活性，使得课堂冲破时空限制。高校应当以学生为基础，构建优质的教学环境，明确新技术新媒体等信息化手段对专业培养的推动作用，并以信息化技术为辅助，完善现阶段的教学理念和教学模式，引导学生自主性和创新性，保证教学内容生动化与多样化，进一步激发学生主观学习的能动性，提高学生学习的质量，保障高校教学的水平和质量，以推动信息化技术在高等教育中的应用。

（五）推动人才队伍建设

教师作为教育的引导者，是教育改革的倡导者与执行者。教师教学水平的提高，除了引进优秀人才之外，还要培养具有潜力的在职人员。因此创建良好的教学团队是保障教学改革顺利实施和持续改进的关键因素。虚拟现实技术引入线上线下教学活动中，不仅要求教师掌握实践操作能力，还需要掌握虚拟现实技术开发的软件研发与维护能力。因此该教学模式的实施需要建设这样的团队，既要经验丰富的课堂教学人才，有需要懂得技术掌握实操的应用人才，同时还要具备研发、维护和持续改进软件能力的技术人才。这样的团队建设可以有效保障高校教学研究和改革的良性循环，有助于多类型教师形成互帮团队，融合多技术人才，保障人才队伍的先进性和稳定性，进而推动高等教育与现代信息技术的深度融合。

综合来看，这种教学模式对现有的主流教学模式进行了补充与改良。将多种教学模式进行对比，对比情况如下表所示：从对比的内容中可以看出，虚拟现实融合混合式教学模式不仅在教学资源以及教学方式上发生了改变，在互动与交流方面也发生很大的改变，而这些改变恰恰适应了学生对于创新性学习的要求，也在很大程度上提高了学生的参与度和积极性。

表.多种教学模式对比结果

四、结束语

随着科学技术的发展，虚拟现实技术的发展对未来高校教学将产生深远影响。在本研究中，通过采用“虚拟教学空间+线下课堂”相结合的混合式教学，将基础知识线上化，重点知识精确化、难点知识课堂化、实践知识体验化，让学生在虚拟现实的情境中开展实践知识的学习与交流，实时互动，同时改变了传统课堂教师讲授为主的方法，体现了以学生为中心，教师为辅导的教育理念，重新设计教学内容，丰富教学素材与教学方式，以前所未有的虚拟教学方式，引导学生融入线上线下混合式教学过程中，提高了学生学习的兴趣和动力，提高了学习效率，充分发挥了学生的自主学习和管理能力。因此开展基于虚拟现实的混合式教学模式改革，实现虚实结合，优化和创新了现有的教学模式，实现了提高人才培养质量的目标，为学生可持续发展奠定了基础，对高校教学改革具有较强的实践参考意义。