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淺談虛擬教學環境在教學中運用
發布時間:2018-10-10作者:郭太章供稿:信息室點擊數:575

 

虛擬現實(Virtual Reality,簡稱VR)技術近幾年來飛速發展,被廣泛應用于醫學、娛樂、航天軍事、室內設計等諸多領域。同時,增強現實技術(Augmented Reality,簡稱 AR) 也被廣泛運用到各領域,例如在教育教學方面,迪士尼用 AR 革新兒童讀物,使平面書本變得立體、人和物能栩栩如生、躍然紙上;美國賓夕法尼亞大學開發出用五顏六色的沙子來顯現地形內部結構等信息的沙盒;在法國 London Book FairINDE 技術使莎士比亞實現了“復活” 。

基于沉浸式技術(包括AR/VR/3D等技術)的虛擬教學環境,是一種基于現實,又可超越現實、智能現實、預測將來的、突破傳統教學面對面近距離的限制、地域和空間限制的教學交流環境。它的技術特性,決定了其在教育領域的發展前景必將廣闊,表現在以下幾個方面:

1)興趣性(Interest

多樣化的視覺呈現,可以更形象地展示學習內容和抽象思維,使得學生更容易理解問題本質。AR/VR 能夠在某種程度上變通為游戲和娛樂,實現寓教于樂,幫助學習者克服現實倦怠、跨越學習障礙,并讓這種強于真實學習環境的體驗深化、持久。

2)智能性(Intelligence

成為了新型的人機接口和仿真工具,通過提供智能的引導,充分調動大數據、云計算等服務,將數據分析和服務推送工作前置,不僅能夠給學習者提出合理的建議,而且能夠協助學習者走出認知的誤區,找出一條正確的學習之路。

3)自主性(Independence

過去的人機交互要去被動適應計算機,而使用AR/VR技術后,學習媒介更為豐富,學習通道更為寬闊,單一的課堂式學習轉變為通過故事、移動APP、社交媒體等多樣化工具加強知識的學習,學習者可以有更多辦法與計算機交流。在教學實踐中,主動觀察與被動收看有著質的差別,親身經歷比空洞呆板的說教更具說服力。因此,AR/VR通過優化學習路徑、豐富學習場景、實現流程重現、突破難度限制,不僅彌補了傳統多媒體技術的不足,還提升了學習的邊際收益。

4)共享性

當然,傳統多媒體技術本身也帶有共享性,如遠程直播教學,教學資源平臺等等,但是傳統的技術畢竟有他的局限性,只能通過靜態或視頻(半動態的方式)參與到共享教學中去,以最典型的視頻遠程直播教學為例,最強的互動就是學生通過視頻發問或回答問題。但是如果我們要在課堂上做實驗,恐怕這些遠程學生就只能看,而不能親自動手參與其中。有了AR/VR教學,就可以突破這些限制,通過AR做物理實驗,并不需要真實的教學道具,利用設計好的AR,無論學生身在何處,都能直接在智能設備上完成實驗。

 

圖中物理實驗的道具都是AR虛擬出來的,非真實道具

 

在國外,沉浸式技術(包含虛擬現實、增強現實和混合現實)相關的應用正在快速增長,虛擬教學環境現在也正被應用。我國很多大學和部分中小學校為深入貫徹落實《教育信息化十年發展規劃》,扎實推進信息技術與教育的深度融合,也以建設智慧校園為目標,在運用信息技術方面做出了大量勇敢的嘗試,但真正在教學和教輔環境中應用新技術時,情況并不理想,尤其在虛擬教學環境應用于教學這一塊少之又少,目前只能算是在探索的初期階段。

國外對虛擬教學環境的研究可謂熱鬧非凡,WorldMapPortal這款應用,是一款混合現實地圖,它集成了ARVR兩種不同玩法。WorldMapPortal應用打開相機對準地圖的某個國家或地區,就可以看到增強現實內容。增強現實內容類似可操作的360度視頻,比如選擇了長城,可以左右上下擺動手機查看不同的視角,效果很不錯。

 

 

國外一家名為Curiscope的創業公司致力于將VRAR混合在一起,他們的VirtualiTee(虛擬T恤)允許用戶在自己的胸腔內窺視自己的身體內部構造。

 

 

同時經過多年的累積,國外網站已經擁有了大量的免費3D資源,在軟件方面,也累積了大量的開源3D/VR/AR的開源代碼,為沉浸式虛擬教學環境提供了雄厚的基礎。

反觀我國各大教育行業的公司雖然已經看到了虛擬教學的未來,但由于利益短視的原因,大部分公司或個人并沒有對沉浸式虛擬技術足夠重視,不敢大步前進,更多的技術更新保留在原有的基礎上的微不足道的進步。在教育裝備展中,大部分是用于輔助傳統教學的設備儀器,像AR/VR類的裝備更是無處尋蹤,也沒有累積到相應的資源,反過來又抑制了一些有遠見的教育者對新技術的嘗試,形成了惡性循環。原因很簡單,限于教學行業的保守性,各學校沒有人敢犧牲當前的教學環境,去嘗試一種完全不同的教學方法,因為這是一場大冒險,很可能會導致整個班或者整個學校的成績大衰退,在我國現行的教育體制下是不允許出現這種失敗的,盡管可能的成功會帶來大量的榮譽。

 

 

如果僅憑以上例子就認為虛擬教學環境只能應用于部分特定學科教學中,并不能通用于其他學科,普及性不強,通用性不高,那就大錯特錯了。除了以上提到的生物、地理學科外,已經有人把AR引入了物理和數學的教學實驗中。

AR在物理學習中的應用實驗由我國臺灣科技大學和新加坡國立大學的幾名教師設計并完成,目的是研究AR仿真系統對學習者知識建構和知識內化過程的影響。實驗將40名大學生分成AR實驗組和AR對照組,每組20人。同時,通過先行測試確認兩組學生在實驗前對“彈性碰撞”的相關內容均不了解。 AR體驗使用AR仿真系統(AR PhysicsSystem),AR對照組則直接開始實際操作。實驗后對兩個小組進行測試,結果表明:AR 實驗組的成績更加優秀。

AR在數學課中的應用實驗由歐洲列支敦士登大學開展,將 AR 技術運用到數學展覽中,對學習者的學習過程和結果進行衡量。實驗將參與者任意分為兩組,要求他們在平板電腦上使用 Aurasma 應用,通過觸摸屏幕上的熱點圖像進入 AR 界面;所有平板電腦都配備了耳機,保證他們能夠專心地收聽內容講解,但每個 AR 應用只允許其中一個小組體驗。因此,對每個參展內容而言,只有一半的參與者能夠接觸到虛擬信息,另一半則通過真實接觸的方式進行體驗。實驗結束后,組織者進行了嚴密的數據分析,發現:體驗 AR 的參與者的測試成績明顯優于未體驗者。

“上九天攬月,下五洋捉鱉”,都已不是幻想,沉浸式虛擬教學環境對深入教學所產生的身臨其境效果明顯驚人,甚至可能會有人深陷其中而不能自拔,這一點在ARVR游戲和3D電影等商業虛擬應用中可窺一斑。所以說,隨著智能設備的普及和軟件開發技術的更新,在可預見的未來,虛擬教學環境必將會為教育行業帶來顛覆性的變革,成為教育教學的主要部分。但現在沒有人敢冒著風險去做這種革命性的嘗試,這樣慢慢摸索的步伐可能會讓教育行業失去一次彎道超車的機會。

 

參考文獻 :

[1]沈興山.交互式微課中的虛擬現實技術研究[M].長沙:教學與教育信息化,2018.

 

 

 

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