浅谈虚拟教学环境在教学中运用

文字:郭太章供稿:信息室图片:时间:2018-10-10点击数:111

 

虚拟现实(Virtual Reality,简称VR)技术近几年来飞速发展,被广泛应用于医学、娱乐、航天军事、室内设计等诸多领域。同时,增强现实技术(Augmented Reality,简称 AR) 也被广泛运用到各领域,例如在教育教学方面,迪士尼用 AR 革新儿童读物,使平面书本变得立体、人和物能栩栩如生、跃然纸上;美国宾夕法尼亚大学开发出用五颜六色的沙子来显现地形内部结构等信息的沙盒;在法国 London Book FairINDE 技术使莎士比亚实现了“复活” 。

基于沉浸式技术(包括AR/VR/3D等技术)的虚拟教学环境,是一种基于现实,又可超越现实、智能现实、预测将来的、突破传统教学面对面近距离的限制、地域和空间限制的教学交流环境。它的技术特性,决定了其在教育领域的发展前景必将广阔,表现在以下几个方面:

1)兴趣性(Interest

多样化的视觉呈现,可以更形象地展示学习内容和抽象思维,使得学生更容易理解问题本质。AR/VR 能够在某种程度上变通为游戏和娱乐,实现寓教于乐,帮助学习者克服现实倦怠、跨越学习障碍,并让这种强于真实学习环境的体验深化、持久。

2)智能性(Intelligence

成为了新型的人机接口和仿真工具,通过提供智能的引导,充分调动大数据、云计算等服务,将数据分析和服务推送工作前置,不仅能够给学习者提出合理的建议,而且能够协助学习者走出认知的误区,找出一条正确的学习之路。

3)自主性(Independence

过去的人机交互要去被动适应计算机,而使用AR/VR技术后,学习媒介更为丰富,学习通道更为宽阔,单一的课堂式学习转变为通过故事、移动APP、社交媒体等多样化工具加强知识的学习,学习者可以有更多办法与计算机交流。在教学实践中,主动观察与被动收看有着质的差别,亲身经历比空洞呆板的说教更具说服力。因此,AR/VR通过优化学习路径、丰富学习场景、实现流程重现、突破难度限制,不仅弥补了传统多媒体技术的不足,还提升了学习的边际收益。

4)共享性

当然,传统多媒体技术本身也带有共享性,如远程直播教学,教学资源平台等等,但是传统的技术毕竟有他的局限性,只能通过静态或视频(半动态的方式)参与到共享教学中去,以最典型的视频远程直播教学为例,最强的互动就是学生通过视频发问或回答问题。但是如果我们要在课堂上做实验,恐怕这些远程学生就只能看,而不能亲自动手参与其中。有了AR/VR教学,就可以突破这些限制,通过AR做物理实验,并不需要真实的教学道具,利用设计好的AR,无论学生身在何处,都能直接在智能设备上完成实验。

 

图中物理实验的道具都是AR虚拟出来的,非真实道具

 

在国外,沉浸式技术(包含虚拟现实、增强现实和混合现实)相关的应用正在快速增长,虚拟教学环境现在也正被应用。我国很多大学和部分中小学校为深入贯彻落实《教育信息化十年发展规划》,扎实推进信息技术与教育的深度融合,也以建设智慧校园为目标,在运用信息技术方面做出了大量勇敢的尝试,但真正在教学和教辅环境中应用新技术时,情况并不理想,尤其在虚拟教学环境应用于教学这一块少之又少,目前只能算是在探索的初期阶段。

国外对虚拟教学环境的研究可谓热闹非凡,WorldMapPortal这款应用,是一款混合现实地图,它集成了ARVR两种不同玩法。WorldMapPortal应用打开相机对准地图的某个国家或地区,就可以看到增强现实内容。增强现实内容类似可操作的360度视频,比如选择了长城,可以左右上下摆动手机查看不同的视角,效果很不错。

 

 

国外一家名为Curiscope的创业公司致力于将VRAR混合在一起,他们的VirtualiTee(虚拟T恤)允许用户在自己的胸腔内窥视自己的身体内部构造。

 

 

同时经过多年的累积,国外网站已经拥有了大量的免费3D资源,在软件方面,也累积了大量的开源3D/VR/AR的开源代码,为沉浸式虚拟教学环境提供了雄厚的基础。

反观我国各大教育行业的公司虽然已经看到了虚拟教学的未来,但由于利益短视的原因,大部分公司或个人并没有对沉浸式虚拟技术足够重视,不敢大步前进,更多的技术更新保留在原有的基础上的微不足道的进步。在教育装备展中,大部分是用于辅助传统教学的设备仪器,像AR/VR类的装备更是无处寻踪,也没有累积到相应的资源,反过来又抑制了一些有远见的教育者对新技术的尝试,形成了恶性循环。原因很简单,限于教学行业的保守性,各学校没有人敢牺牲当前的教学环境,去尝试一种完全不同的教学方法,因为这是一场大冒险,很可能会导致整个班或者整个学校的成绩大衰退,在我国现行的教育体制下是不允许出现这种失败的,尽管可能的成功会带来大量的荣誉。

 

 

如果仅凭以上例子就认为虚拟教学环境只能应用于部分特定学科教学中,并不能通用于其他学科,普及性不强,通用性不高,那就大错特错了。除了以上提到的生物、地理学科外,已经有人把AR引入了物理和数学的教学实验中。

AR在物理学习中的应用实验由我国台湾科技大学和新加坡国立大学的几名教师设计并完成,目的是研究AR仿真系统对学习者知识建构和知识内化过程的影响。实验将40名大学生分成AR实验组和AR对照组,每组20人。同时,通过先行测试确认两组学生在实验前对“弹性碰撞”的相关内容均不了解。 AR体验使用AR仿真系统(AR PhysicsSystem),AR对照组则直接开始实际操作。实验后对两个小组进行测试,结果表明:AR 实验组的成绩更加优秀。

AR在数学课中的应用实验由欧洲列支敦士登大学开展,将 AR 技术运用到数学展览中,对学习者的学习过程和结果进行衡量。实验将参与者任意分为两组,要求他们在平板电脑上使用 Aurasma 应用,通过触摸屏幕上的热点图像进入 AR 界面;所有平板电脑都配备了耳机,保证他们能够专心地收听内容讲解,但每个 AR 应用只允许其中一个小组体验。因此,对每个参展内容而言,只有一半的参与者能够接触到虚拟信息,另一半则通过真实接触的方式进行体验。实验结束后,组织者进行了严密的数据分析,发现:体验 AR 的参与者的测试成绩明显优于未体验者。

“上九天揽月,下五洋捉鳖”,都已不是幻想,沉浸式虚拟教学环境对深入教学所产生的身临其境效果明显惊人,甚至可能会有人深陷其中而不能自拔,这一点在ARVR游戏和3D电影等商业虚拟应用中可窥一斑。所以说,随着智能设备的普及和软件开发技术的更新,在可预见的未来,虚拟教学环境必将会为教育行业带来颠覆性的变革,成为教育教学的主要部分。但现在没有人敢冒着风险去做这种革命性的尝试,这样慢慢摸索的步伐可能会让教育行业失去一次弯道超车的机会。

 

参考文献 :

[1]沈兴山.交互式微课中的虚拟现实技术研究[M].长沙:教学与教育信息化,2018.

 

 

 

网友评论

  • 网友:我是网友  于 2018-10-10 16:35:47 发表评论  
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