虚拟现实技术课程混合式教学模式研究

摘要：传统虚拟现实技术课程存在教学资源不足、教学设计脱离产业需求、教学跟踪困难等问题。本研究提出为虚拟现实技术课程引入混合式教学模式，从学习者分析、树立课程学习目标、设计课程内容、确定教学方法和策略等方面构建教学设计，从教学资源准备、教学工具选择、课程计划实施、学习者进度管理以及教学策略调整等方面实施教学，以“常规教学任务+现场实践演示”等方法评估学习者学习成果和能力，通过案例实践解决上述问题。

关键词：虚拟现实技术；混合式教学；翻转课堂

中图分类号：G642 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2024）23-0142-03

开放科学（资源服务）标识码（OSID）

0 引言

虚拟现实技术（Virtual Reality，简称VR） ，强调在虚拟空间对真实世界的模拟与体验，是推动元宇宙发展愿景的核心技术之一。自2016年“虚拟现实元年”以来，众多高校开设了虚拟现实技术课程，旨在培养具备扎实知识、技能、素养的虚拟现实技术专业人才。传统的虚拟现实技术课程，在实际教学中存在教学资源不足、教学设计脱离产业需求、教学跟踪困难等问题，影响课程教学效果。因此，本研究基于上述背景，提出一种面向虚拟现实技术课程的混合式教学模式，以期对类似问题提供解决方案。

1 现状分析

混合式教学，是将线上线下结合的一种新型教学模式，可有效联结面对面教室授课与在线平台远程授课，尤其在新冠疫情期间为教学活动的顺利开展提供了重要支持。何克抗认为，混合式教学是一种可预见的教育变革趋势，是传统学习与网络在线学习的结合，对混合式教学的核心特征进行了总结[1]。Govaerts认为，在大教室中将社交媒体整合进课堂教学可以增强教学资源的丰富性[2]。Yang认为，将线上学习、小组讨论、实践实验工作、自我激励等多模块构成翻转混合式学习，可以提高学习者的参与度，有助于提升学习者逻辑思维以及分析和创造性思维[3]。Rasheed认为，通过在混合式教学的在线组成部分中添加基于同伴学习的自我调节策略框架，可激励学习者充分参与小组讨论与合作，减少无效学习[4]。Alonso提出，在教学中部署远程学习系统，采用温和的建构主义策略，可以较好地开展混合式教学并进行有效的跟踪管理[5]。由此可见，混合式教学在增加教学资源丰富性、提高学习者参与的积极性、促进教学设计的合理性以及改善教学跟踪管理的有效性等方面可以起到一定的积极作用。

虚拟现实技术课程，是一门技术性较强的专业课程，与当下前沿的元宇宙建设需求关联密切。由于教材、微课等配套教学资源的建设存在一定滞后性，同时新技术的迭代升级速度较快，在实际教学过程中易产生教学资源缺乏的现象。虚拟现实技术课程，也是一门基于项目开发性质的应用型课程，教学产出需要满足XR（Extended Reality， 扩展现实）产业的实际需求，因此对于教学设计提出较高的要求。由于相关师资的培育需要时间周期，任课教师对技术细节以及产业需求的不熟悉容易造成对教学的不自信，在实验项目设计时无法兼顾项目开发的完整性与实用性，读念幻灯片等现象并不鲜见，影响课程教学效果。此外，由于虚拟现实技术课程的知识点之间逻辑联系紧密，一旦某个章节知识点脱节，将会影响整个学期的学习进展，因此对于课程教学记录的跟踪也提出了较高的要求[6]。上述现象意味着教师需要在课程教学设计、教学实施、教学评价等方面持续进行改革，提升教学质量。

2 课程教学设计

本研究以浙江树人学院虚拟现实技术课程作为案例，从课程的学习者分析、树立课程学习目标、设计课程内容、确定教学方法和策略等角度阐述课程设计思路，从教学设计着手提升项目设计的完整性与实用性，加强与产业需求的对接。

2.1 学习者分析

虚拟现实技术课程的前置课程需求为C#程序设计语言、3D建模技术，需要学习者掌握C#基础编程语法和小型程序编写能力，以及3ds Max、Maya等主流建模软件的使用方法。3D建模技术可以支持XR项目的资源设计与管理，C#可以支持XR项目的交互功能开发，上述前置课程需求分别对接虚拟现实技术课程的设计与开发环节，可满足学习者的基本起点水平要求。针对有前置课程学习基础的学习者，课程设计可以安排进阶的难度曲线，利于分层教学与个性化学习开展。针对缺乏前置课程学习经验或者对前置课程内容遗忘较快的学习者，课程设计可以在前期安排基础内容开展复习，设计平缓增长的难度曲线，以此满足最大比例学习者的需求。同时，课程结合学习通平台，设计足量的教学资源以匹配难度曲线，满足不同层次学习者的需求。

2.2 树立课程学习目标

虚拟现实技术课程学习目标，需要学习者能够描绘对虚拟现实技术在新基建的正确价值认知，能够表述虚拟现实技术的各项基本概念，能够列举虚拟现实技术所服务的各类数字化应用场景，能够独立配置虚拟现实的开发环境，能掌握至少一项虚拟现实工程项目的模型资源管理、仿真场景中的常见交互脚本编写技巧，能够正确发布包括Windows、Android、Web主流平台在内的虚拟现实应用程序。上述课程学习目标，基于情感、知识、技能维度为学习者树立了学习方向，确定了新工科人才培育的路径，既为学习者自主学习设定了依据，也便于教师对课程的量化考核，能较好地适配于混合式教学环境，符合产业需求。

2.3 设计课程内容

虚拟现实技术课程内容设计遵循了项目式学习（Project Based Learning） 原则，以完成一项标准XR项目为目标，设计对应的学习内容。如图1所示，课程内容的设计逻辑是基于项目工程开发的流程时间线：首先，学习者通过网络引擎、数据库检索虚拟现实技术的概念、分类、常用工具、应用领域以及在各类数字化应用场景的典型案例。该项内容主要对应XR项目的立项阶段，内容以XR项目的可行性分析为主，要求学习者通过各类途径主动调研XR项目在技术、工程、经济等方面是否合理可行。其次，学习者对Unity引擎的Android SDK、Java SDK环境进行配置，构建Android移动端的调试与发布环境。该项内容主要对应XR项目的配置阶段，内容以XR项目从正常构建到发布的流程规律为主，首要满足Android移动端的环境稳定性。再次，学习者对3D模型资源、刚体动画、骨骼动画等对象进行管理，填充虚拟现实项目工程的设计层面资源。学习者基于C#语言对工程对象的常规交互动作进行编程，包含对象的旋转、缩放、拖拽、查找、导航以及音视频控制等，满足用户常规操控功能要求。另外，学习者在前述基础之上，分别采用Vuforia与Cardboard技术开发增强现实（Augmented Reality，简称AR） 、虚拟现实功能。该项内容主要对应XR项目的设计与开发阶段，分别将资源应用到场景界面设计、常规交互设计以及XR功能开发，将学习者的创作构思予以实现。最后，学习者将各个模块功能予以完善，并进行整合，最终发布为一项综合性的XR成果[7]。该项内容对应XR的检验阶段，内容主要包含对项目风险的分析、项目质量的监督、项目成果的验收等，考验学习者对项目的总结能力。上述内容设计，符合XR项目开发的过程管理规律，利于项目组的工作任务分配，能较好地对接各类创新创业、科技竞赛实践活动，体现出较强的实用性与完整性。

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图1 课程内容结构

2.4 确定教学方法和策略

虚拟现实技术课程所采用的教学方法，主要为翻转课堂教学法、项目教学法、体验式教学法。其中，翻转课堂基于学习通平台，教师课前提前发布若干预习任务，引导学习者自学基本概念与背景知识，课中以理论和实践结合的案例引导学习者了解项目技术流程，课后发布作业驱动学习者理解技术细节与问题解决办法。项目教学法，以学期为时间跨度分解技术环节并整合为一项综合性XR项目，学习者在课程的学习阶段可以建构较为完整的XR项目经验与知识，同时也便于教师对教学进程的模块化管理。体验式教学法，将虚拟现实头盔、混合现实眼镜等硬件设备提供给学习者调试课程作业，学习者可以检验XR项目的成果，一方面相较仿真调试更易发现可能存在的问题，利于现场的快速调试修改，另一方面也可加深学习者的临境感体验，培养创作自信。

教学策略方面，主要采用了先行组织者策略、行为练习策略、自我管理策略。其中，先行组织者策略的实施步骤是，教师在学习通平台预备元宇宙等案例材料并设计实践任务，在任务开展中不断呈现案例，通过学习通的问卷词频引导学习者对概念进行总结，并在任务实践中予以强化。行为练习策略的实施步骤是，教师结合课程内容结构，设计程序化的任务目标，以学习通的时间限制功能驱动学习者在任务点自学以及独立练习掌握新技能。自我管理策略的主要实施步骤是，教师对虚拟现实技术在数字化应用场景中的案例进行分析，配合学习者的综合项目设计任务，引导学习者在应对社会需求、培养正确价值观等方面形成完善的自我决断、自我指导计划，改善不良的随机行为。

3 课程教学实施

虚拟现实技术课程的教学实施主要包含教学资源准备、教学工具选择、课程计划实施、学习者进度管理以及教学策略调整等环节，以此解决教学资源不足、教学记录难以跟踪等问题。

在教学资源准备环节，任课教师不断总结积累教学经验，借助学校所提供的软硬件资源，将案例制作微课视频进行分享。该微课视频一般按知识要点与实例操作两部分组成，知识要点主要针对课程内容不同章节的XR重点难点知识进行组织，按演示幻灯片形式进行设计，实例操作主要采用Unity引擎进行录屏剪辑，将重点难点知识结合案例演示予以体现。此外，课程组与企业开展产学合作协同育人项目，借助企业所提供的数字化应用开发软件资源构建学习环境，在实践教学中分发给学生进行操作验证与探索性任务实践，以此解决教学资源不足的问题。在教学工具选择环节，任课教师借助学校所建设的智慧教室、光纤校园网络以及学习通平台，可较好地满足线上线下混合式教学条件。其中，学习通平台满足线上环境要求，通过“章节”提供课件自学资源与驱动学习任务点，通过“作业”提供课后实践，通过“班级活动”满足个性化学习、讨论式学习等学习活动。智慧教室满足线下环境要求，借助全数字设备智慧投屏与多源信道满足多平台数据的灵活切换与快速展示，借助智慧白板开展知识表述、总结与建构，提升现场教学互动效率。光纤校园网络保证互联网+教学的稳定性，实现智能手机、平板电脑、个人电脑等多种学习设备的同步学习。

在课程计划实施环节，主要依据图1所示课程教学内容结构，将课程章节划分为7个教学单元，按照项目式学习原则循序推进，以教学资源满足学习环境构建，设计在线讨论、案例分析等教学活动引导学习者参与学习，并借助学习通的“作业”巩固所学。在学习者进度管理方面，主要基于学习者参与积极性、参与完成度、回答正确率等进度数据进行考查，任课教师借助学习通的教学活动数据分析学习者的积极性，借助“作业”“在线测试”的数据分析学习者的参与完成度与回答正确率，获知学习者的学习状态，并及时加以干预，解决学习进度跟踪困难的问题。在教学策略调整环节，任课教师基于学习者学习进度与学习状态，以最优化原则及时调整教学策略，保证整体学习进度的有效推进，如加入小组交叉策略激发学习者异质组合优势，提升有效学习。

4 课程教学评价

虚拟现实技术课程的操作要求较高，任课教师设计“常规教学任务+现场实践演示”的方法评估学习者学习成果和能力。其中，常规教学任务主要是基于学习通开展翻转课堂教学，通过大量的案例教程、在线测试、在线讨论等活动驱动学习者自主学习，教师则作为教学引导角色开展分析、解释、答疑、总结等工作。现场实践演示主要是配合课程作业，要求学习者主动将虚拟现实作业成果发布在Android手机，在实验课现场演示效果，以此来培养学习者的自我问题解决能力以及创作自信。上述评估内容作为课程的过程性评价，占据课程总成绩比例的50% [8]。此外，任课教师围绕课程的核心技术特征，结合社会经济需求设置诸如“文旅元宇宙”等实用性较强的主题作为期末作业要求，引导学习者在调研与创作过程中提升个人专业技能、弘扬爱国精神。

5 结论

本研究探讨了一种虚拟现实技术课程的混合式教学模式，依托案例从教学设计、教学实施、教学评价等方面全面阐述了线上线下结合的混合式教学思路，以产业需求为依据，遵循项目工程管理规律，提升课程的实用性、完整性及专业性；以翻转课堂为理念，为学习者提供充分的教学资源，设计符合学习规律的教学方法，开展有效的学习者进度管理，有效解决了教学资源不足、教学设计脱离产业需求、教学跟踪困难等问题。虚拟现实技术正在快速迭代发展，需要课程组不断与时俱进，优化混合式教学模式，培育虚拟现实技术专业人才，为元宇宙等数字化产业建设服务。

参考文献：

[1] 何克抗.从Blending Learning看教育技术理论的新发展（上）[J].电化教育研究，2004，25（3）：1-6.

[2] GOVAERTS S，HOLZER A，KOCHER B，et al.Blending digital and face-to-face interaction using a co-located social media app in class[J].IEEE Transactions on Learning Technologies，2018，11（4）：478-492.

[3] YANG S F，NEWMAN R.Rotational blended learning in computer system engineering courses[J].IEEE Transactions on Education，2019，62（4）：264-269.

[4] RASHEED R A，KAMSIN A，ABDULLAH N A.An approach for scaffolding students peer-learning self-regulation strategy in the online component of blended learning[J].IEEE Access，2021，9：30721-30738.

[5] ALONSO F，MANRIQUE D，MARTINEZ L，et al.How blended learning reduces underachievement in higher education：an experience in teaching computer sciences[J].IEEE Transactions on Education，2011，54（3）：471-478.

[6] 徐瑾.新工科背景下“三维一体多元融合” 的虚拟现实技术课程教学改革与实践[J].软件，2021，42（6）：6-8，34.

[7] 李海东，吴昊.基于全过程的混合式教学质量评价体系研究——以国家级线上线下混合式一流课程为例[J].中国大学教学，2021（5）：65-71，91.

[8] 张倩，马秀鹏.后疫情时期高校混合式教学模式的构建与建议[J].江苏高教，2021（2）：93-97.

【通联编辑：王 力】