应用全息交互技术创新实验教学

于占江

摘要实验是科学教学中必不可少的环节，而当实验条件达不到或微观情景难以呈现时，就需要借助现代信息技术手段辅助教学。以“沉浸式教育”为特征的全息交互技术的出现，可以很好地解决科学实验教学中的一系列问题。文章正是探讨了全息交互技术在实验教学中的应用。

关键词 实验 沉浸式教育 全息交互技术

中图分类号：G424文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.30.041

Innovating Experimental Teaching by Using Holographic Interactive Technology

YU Zhanjiang

（Tsbrina Electronics Co.， Ltd， Beijing 100041）

Abstract： Experiment is an essential link in science teaching. When the experimental conditions are not met or the micro scene is difficult to present， it is necessary to assist teaching with the help of modern informa？ tion technology. The emergence of holographic interactive technology characterized by "immersion education" can well solve a series of problems in scientific experiment teaching. This paper discusses the application of holo？ graphic interaction technology in experimental teaching.

Keywords： experiment； immersion education； holographic interaction technology

《國家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》明确指出：提高教师应用信息技术水平，更新教学观念，改进教学方法，提高教学效果，鼓励学生利用信息手段主动学习、自主学习，增强运用信息技术分析解决问题的能力，加快全民信息技术普及和应用。

教育部办公厅关于《2017—2020年开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知》中指出：紧紧围绕立德树人根本任务，适应经济社会快速发展对人才培养的新要求、信息化时代教育教学的新规律，以提高学生实践能力和创新精神为核心，以现代信息技术为依托，以完整的实验教学项目为基础，建设示范性虚拟仿真实验教学项目，推动学校积极探索线上线下教学相结合的个性化、智能化、泛在化实验教学新模式，支撑教育教学质量全面提高。

21世纪是全球信息数字化、学习网络化的时代，以互联网为核心的现代信息技术发展日新月异，教育信息化特征也日益凸显。随着科技的发展，从原始的板图板画，到Flash动画、视频，教师在不断地探索前行。教育信息化未来的发展方向将从学习环境的改善或学习工具的改进，转变到更高层次的学习体验的提升，“沉浸式教育”正逐渐成为新标杆。

实验是科学教学中必不可少的环节，而当实验条件达不到或微观情景难以呈现时，就需要借助现代信息技术手段辅助教学。以“沉浸式教育”为特征的全息交互技术的出现，可以很好地解决科学实验教学中的一系列问题。

利用全息交互技术教学的优势

全息交互技术应用于教学，对于教育来说是一次意义重大的飞跃。不同于通过教学来带动学习的传统学习方式，全息交互与教育的结合，是为了给学生提供自主学习的机会与资源，使学习和教育不再受限于时空的限制，让教育更为“平易近人”，让学习更为方便。

科学教学的特点之一是有一定的抽象性，很多知识点的情境建构的要求比较高，由于时间、场地以及安全性等条件的限制，学生不能切身感受实验情境，预期的教学效果很难达到。全息交互技术利用计算机生成一种模拟环境，将多源信息进行融合，实现交互式的三维动态视景和实体行为，在仿真环境中，学生能够沉浸其中。利用全息交互技术能够弥补教学过程的不足，既能激发学生的学习兴趣和改善学习质量，又能促进他们的学习积极性和主动性。

在教学中，全息交互技术的知识具象化可以帮助学生建立动态图景，帮助他们理解科学原理和分析实验过程。通过实物和全息交互信息技术结合，让学生能够直接感知在实际生活中无法观察到的自然现象或事物的变化过程，获得生动逼真的各种感性材料，同时学生还可以利用全息交互技术走进微观世界，领略微观世界与宏观世界的差异，加深学生对抽象概念及规律的理解，有助于他们解决学习中的知识难点。全息交互技术在教学中的运用，使微观世界宏观化、平面世界立体化、抽象世界具体化，解决和突破了传统教学中的难点和瓶颈。

全息交互技术在实验教学中的应用

随着信息技术的发展和教育理念及教学思维的转变，全息交互技术在教育改革等方面产生了重大而深远影响。应用全息交互技术使教育更加直观化、信息化，是一种未来教育发展趋势，全息交互技术应用于科学教学中，为科学教育提供一种新的发展思路。因为全息交互技术在科学教学中具有不可比拟的优势，能够对科学教学活动起到非常直接的促进作用。全息交互教学融合小学科学教学、为学生营造体验、自主探究、主动合作的学习空间，注重学思结合，知行统一，突出以学生为主体的问题式、启发式、探究式、参与式、互动式、合作式等学习方式的渗透，因材施教，优化、丰富教与学的方式，实现“知识结构化”“学习动机明确化”“解决复杂问题能力化”，努力适应和满足学生多样化、个性化的需求，进而实现学生的深度学习，提高学生的核心素养。建构主义、情境认知、体验学习等先进的教育思想理念，构建以深度融合智能技术为特点的教学学习辅助体系。

1.实体化课本知识，让学生更加直观地感受到知识的存在

传统科学课程教师在课堂上解释科学知识和技能。学生只需要听和记住教材中的知识点，并且教学活动中知识的展现主要是通过黑板板书、PPT等形式进行，这些方式只是单纯地将课本中的文字换了一种表现形式，并没有对其实现升级。应用全息交互技术，就可以把刻板的理论描述和课本教学通过计算机的数字化处理，用动手实验的方式展现出来，让平常看不见、摸不着的东西变得直观、易懂。

2.促进思维发展，有效提升学生的综合素质

学生是学习的主体，是国家未来的建设者和接班人，其科学素养的水平决定了未来社会及公民的科学素养水平。全息交互协技术融入课堂教学可以为学生提供立体感较强的逼真影像，将用语言难以描述的实物栩栩如生地展现在学生面前，给予他们大量直观的感知，有利于他们突破学习的重难点，更加高效地在头脑中建构科学概念，促进有意义学习的发生。同时，给学生提供人机互动体验的机会，帮助学生在做中学，大幅提高学生的信息素养。此外，新技术的融入，立体图像的呈现，打破传统教学中的死记硬背模式，将学习的主动权交还给学生，有利于提高学生的学习兴趣，激发学生科学探究的欲望，更好地让学生爱上科学。因此，全息交互技术融入教学，可以给学生一个自由创造的空间，培养他们的创新能力和动手能力，激发其想象力，使他们在科学知识、科学能力及科学态度上都能获得发展，整体提升他们的科学素养。

3.节省材料准备时间，提高教学效率

理想的科学探究过程需要准备大量的探究材料让学生动手动脑完成，但在实际教学中，由于学生人数多，实验操作不容易控制，个别探究过程花费太长时间等原因，40分钟的课堂时间往往无法完成探究任务，科学课经常出现拖堂或者直接取消学生动手环节的情形。但是，依托全息交互技术的科学知识内容是交互式的、可操作的和具有经验性的，如增强现实体感操作、触摸屏操作等。通过全息交互技术，师生可以节约材料准备时间和不必要的等待时间，将更多的精力用在教学中。

4.转变教师角色，提供发展平台

受教育者、教育者和教育中介共同组成了教育活动，教育活动的发生，教育者占据着重要的一环。随着教育中介由传统的粉笔、黑板等向新兴技术——全息交互技术的转变，教育者的角色不再是简单的科学知识传授者，教师也不再仅仅把知识的传授作为主要任务和目的，而被赋予更多角色，由教学生“学”转向如何有效运用科技信息设备帮助学生“学会学习”，全息交互协技术的信息化教学设备在课堂中的应用，给教师的创新思维和创造能力的发展提供了崭新的平台。

5.融合小学科学教学，实现教学新突破

中共中央、国务院印发的《中国教育现代化2035》，要求加快信息化时代教育变革，利用现代技术加快推动人才培养模式，将新技术引入教育教学领域，为新时代教育现代化的进一步发展奠定基础。全息交互技术融入教育领域，是信息技术与教育的全新尝试，全息交互协技术的可交互裸眼3D影像優势，会给人才培养的方法带来新的突破，势必会在科学教学方法乃至新教育理念等方面变得更加多元化，给科学教育带来全新的教学环境，让科学教育更加形象化、情境化、多元化和智能化，从而能够更好地提升学生的科学素养，为未来社会输送符合时代要求的人才，同时也为信息技术融入教育领域提供新的模式与方向。