虚拟现实技术运用于教学的实践

襄阳市第二十九中学作为樊城区所辖学校，始终坚持“一主两翼”的发展战略，牢牢抓住樊城区作为襄阳市教育信息化试点区这一契机，紧跟时代潮流，在如何将现代科技成果与教育教学相融合方面积极探索，拟形成一套创新型，个性化，可推广的教学新模式，其主要思路来源于以下两个方面：

（一）政策推动

《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》中有关推进教育信息化的要求。

（二）时代趋势

2016年被定义为虚拟现实技术元年，各大硬件设备和软体资源如雨后春笋般涌出，这为虚拟现实技术引进课堂提供了物质条件，将其与教学相结合成为时代的趋势。

二、特色与创新

（一）虚拟现实技术概况

1、虚拟现实技术简介

虚拟现实技术又称VR技术，英文名Virtual Reality，是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统。它通过生成一种模拟环境使用户沉浸到该虚拟环境中。该技术不仅拥有传统的3D立体显示效果，更具有身体追踪功能，如进行头部、手部动作追踪等。通过传感器实时同步至设备内，使得3D立体画面随人体动作的改变而同步反馈，使人仿佛置身于一个立体的360°虚拟空间。

2、虚拟现实设备用途

（1）作为便捷的3D影视资源播放设备。

（2）作为加入了动作追踪功能的VR资源如360°全景视频等的专用播放设备。

3、虚拟现实硬件设备种类

VR硬件设备大致分为两种类型。一种是专业的虚拟现实头盔，以HTC VIVE以及OCULUS虚拟现实头盔为代表。其技术含量高，分辨率更清晰，帧率稳定。缺点是造价昂贵，且必须搭配高性能电脑才能得以使用，种种条件并不适宜大范围推广。另一种是平民级虚拟现实产品，以暴风影音公司推出的“暴风魔镜”及谷歌公司推出的Google Cardboard虚拟现实眼镜为代表。前者价格在100左右而后者仅需十几元。这类VR设备操作简单，仅需搭配任意智能手机即可使用，门槛极低。其分辨率取决于手机屏幕分辨率。种种特点决定了其易于大范围推广，本案例将采用第二类设备进行探索。

4、配套软体资源简介

安卓及苹果手机平台上，各大软件商均推出了成熟的VR软件如VR游戏类软件，也有以暴风影音公司推出的暴风魔镜APP为代表的专门提供不同主题VR视频资源的软件，有以nPlayer为代表的3D视频播放器，也有以YouTube为代表的主流视频网站已相继推出网页版VR视频资源，同时以VR为主题的论坛也在网络上普遍存在。

（二）案例实施特色

1、领导高度支持，建立保障机制

第一、设立案例工作委员会。校领导高度重视教师创新热情，设立了专项资金用于教师案例研究，同时协调各部门工作，明确了研究目的，任务及基本制度。为案例的进行提供了良好的开端。

第二、设立后勤保障部门。学校设立了以信息技术教师为主的后勤部门人员来专门收集手机，进行采购及维护与维修虚拟现实设备等工作。同时搞好其他电子设备的维护维修，提供信息技术与学科教学相融合的各方面技术支持等，为案例的顺利实施提供了组织保障与技术保障。

2、设计案例计划，优化案例结构

第一、设立试点学科。学校研究决定首先将案例提出者所任教的英语学科作为案例研究对象，进行第一阶段小规模实验，再逐渐将成果推广到其他学科。

第二、构建核心团队。以学校中担任片区英语副组长的校英语教研组组长及其他各年级优秀英语教师为核心成员组建研究团队。

第三、定期开展案例反思会。学校定期组织并开展成果交流研讨会，反思过程，总结经验，转化成果。由案例负责人及学科教研组长制定下一轮实验计划，组织案例成员充分利用襄阳市教育资源公共服务平台及国家教育资源公共服务平台中的“一师一优课”板块作为参考资料，精心设计教学案例，从教学设计上，尽可能的将影响实验过程的干扰因素降到最低，保证原始教学设计的科学性与合理性。同时，积极引领应用研究的深度和广度。

第四、充分利用现代通信资源。通过反思与研讨，在后续实验中采取了充分利用QQ群等开展课前准备工作，在对学生进行相关培训后，由学生着手自主进行虚拟现实设备软件资源的准备工作，降低了教师的工作负担。

3、实现成果转化，推进教学改革

学校在第一轮以英语学科作为研究方向的实验中，解决了大量的问题，也初步取得了可喜的成果，现已将研究成果作为资料进行市级课题的申报材料，同时也准备着手开展第二轮大规模的，融合各学科的案例实验，以积极开展教学改革。目标是实现虚拟现实技术与教学相融合的常态化。

（三）案例实施过程

1、制定计划，准备素材

我们选择了以八年级下册英语教材作为选题来源，在首次案例研讨会后确定了以“虚拟现实技术与初中英语阅读课融合”作为首要研究方向。确定了以对比实验作为主要研究方法，以樊城区三究四学模式为思路设计教案作为对照组方案，以虚拟现实技术与教学相融合后改进了的对照组方案作为实验组方案。同时，后续研讨中逐渐完善并确立了以虚拟现实眼镜Google Cardboard，3.5mm标准接口耳机，以及智能手机作为新模式的实验素材。

2、精心备课，选择资源

根据虚拟现实软件及资源的特点，二次研讨会之后选择了人教版八年级英语下册课本中三篇阅读作为第一阶段实验的指定课题。教师充分的利用网络云平台及一师一优课等资源作为参考设计了对照组教案。同时在此基础上精心的选择了与课时相匹配的VR资源。在过程中也充分利用了VR设备可作为便携式3D电影播放器这一特点，以网络上大量存在的3D电影资源作为有效的教学素材来源，很好的弥补了目前以360度全景视频为代表的VR专用资源在种类和主题上较为固定的遗憾。同时，个人备课与集智备课相结合，排除干扰因素，保证实验顺利进行。

3、由点及面，逐步开展

在做好的充分的准备工作之后，我们通过访谈调查，每班抽取2名学生参与虚拟现实设备的体验，并畅谈使用体会，心得，期望等等，对虚拟现实技术引入课堂表达了充分的喜悦。从个人调查到小组调查再到最后的以36人组成的小班为单位展开实验，层层递进，逐步施行，通过访谈使教师做到心中有数，有的放矢。

4、稳扎稳打，反思递进

以三个不同主题的初中英语阅读课作为研究对象开展了第一阶段三轮实验。实验进行中，案例小组成员全员参与，积极做好来自主观与客观等各方面的记录，采用定量与定性相结合的科学的研究方式。通过定期研讨会，积极反思遇到的问题及提出解决方案，仅在第一阶段就已改善乃至解决了大部分问题。

5、成果总结，发扬提高

第一阶段的实验已圆满结束，我们及时将这一阶段的成果作出了汇总与总结，形成了第一阶段的案例报告。具体成果如下陈述。

三、成果及影响

   （一）案例成果

1、初步确定了虚拟现实技术与教学相融合的基本流程与模式，具体体现为：将传统方式中在导入及呈现环节利用电子白板播放视频的方式予以替换，更改为学生根据教师任务要求，有目的有计划的自主利用虚拟现实设备进行体验。教师设计并做好体验中的任务布置与指导。

2、通过实践基本确立了以暴风魔镜APP以及各大VR主题论坛作为新模式中各类视频及图片资源的来源，为后续实验及推广提供了可供效仿的模式。

3、通过对比实验中，实验组与对照组的比较发现，两者都收获了目标知识。然而明显的观察到实验组学生表情的惊讶，又伴随着喜悦的神态，及课堂中学生超乎想象的热情与积极性，始终活跃的参与整个课堂的情况。同时还有课后对学生的采访等形式，基本确立了虚拟现实技术与教学相融合的各类优势（详见后文“新模式优势总结”部分）。其首要优势首先体现在它能够大幅度的提高学生学习的兴趣，热情以及积极性。

    4、通过虚拟现实技术的特性，以及整个实验的研究，初步确立了相较传统课堂而言，虚拟现实技术为课堂所带来的巨大改变。传统教学中由于硬件设备的限制，制约了人们创新的立足点。而虚拟现实技术无需花费大量的成本，即可将传统的3D电影及以新颖的360度3D立体的图片及视频资源引入课堂，充分利用虚拟现实设备呈现出的立体感及沉浸感，令学生真正身临其境的感受课文中想要展示的种种巍峨与壮丽，达到传统方式无法企及的境地。这是虚拟现实技术的第二个主要优势。

5、通过案例研究，拓展了虚拟现实技术在教育领域内的应用。实验中问题的出现是难以避免的，通过及时的反思研讨，针对大多问题，给出了成效令人满意的解决方案。为现代科技走进教育领域整理并提供了可供参考和推广的案例研究资料。

6、激发了参与教师的教学智慧，培养了新思路，升华了教学艺术，优化了教学方式，最佳化了教学效果。教师在过程中享受了教学过程，学生体验到了成长快乐，在学会学习、学会探究的基础上，促进了学生的全面发展。这也是作为虚拟现实技术的第三个主要优势——提素质，促发展。

四、经验与启示

（一）阶段性经验

通过案例第一阶段的研究，总结了一些阶段性经验。例如总结了新模式的流程如下：

课前准备：虚拟现实知识的普及——虚拟现实设备操作指导——准备材料与设备——小组为单位分发设备

课中实施：体验前任务与目的明确——学生自主体验——教师体验中引导思考——体验结束——体验后任务反馈

课后回收：小组为单位回收设备

（二）适用性总结

通过第一阶段实验，对于虚拟现实技术的设备及配套软体资源有了更深入的理解，同时也对虚拟现实技术得以适用的学科类型有了初步的理解，在今后开展后续阶段实验中诸如VR资源的选材，新模式适用的课题等方面有了更清晰的认识。通过初步研究发现，基于虚拟现实配套资源的特性，认为新模式较适用于语文，英语及文综类学科当中的地理及历史部分。又以这些学科中以呈现宇宙星空，科学技术，自然环境，及人文景观等这类主题的课文内容较适合引进虚拟现实设备进行教学。同时，经过研究认为其主要原因是因这类主题的配套VR资源较多，易于教师选择最佳视频素材导入课堂，从而得以运用新模式并实现最优化教学的目的。

（三）新模式优势总结

通过实验及案例研究，初步明确了虚拟现实技术与教学相融合的种种优势，总结如下：

1、提供了超乎想象的新模式：利用虚拟现实设备，引入3D电影及360°全景立体视频等资源，划时代的将最新科技引入了课堂，充分利用虚拟现实技术提供的难以匹敌的沉浸感与立体感，让学生切身实地的感受与体验，深层次的融入到课文想要呈现给我们的情景之中，达到传统的文字图片及平面视频资源永难企及的新高度。

2、激发了学习兴趣：通过利用这一新模式，充分激发与培养了学生的学习兴趣，培养了学生热爱学习和不懈探索的品质。

3、营造了积极探索和谐融洽的学习氛围：通过恰当而有效的任务目标，教学设计，结合虚拟现实技术，给学生营造了一个轻松愉悦，和谐的学习氛围与环境。

4、丰富发展了新的教学模块：通过虚拟现实技术与教学的融合，丰富与发展了现成的教育教学体系，使之发展更加多样化，给了教师更加丰富的教学方式选择，扩充了教育理论体系。

5、构建了可供推广的一般模式：这种新型的课堂教学模块，是一种因材施教、因地制宜、恰到好处的构成了完整课堂的教学模块，形成了可供推广的一般经验，一般模式。

6、学生素质明显提高：通过体验实践环节，令学生生动形象的体验到了教材内容，教学效果更好，学生素质提高明显。

（四）需求

1、名师指引

研究虚拟现实技术与语文，英语，文综等学科相融合，前提是该学科的教学设计是科学，合理，能充分体现课改精髓的优质课！而仅凭借本校教师的能力，即便借助网络云平台，也无法保证在教学设计上做到足够的合理充分，因而需要以市级等领导的牵头，辖区内名师的指引，对实验提出宝贵意见，真正展现集智备课，做到最优化设计。

2、资金支持

实验用的虚拟现实设备由虚拟现实眼镜及手机，耳机配套组成。一方面，目前采用的Google Cardboard因其为纸质材料，因其价格低廉，这导致了学生使用过程中难免易于出现设备损坏的情况，其耐用程度不言而喻。二来，通过征集学生手机的方式进行实验，不仅容易出现前文中所述现象，而且学生手机的质量参差不齐。虽然任何智能手机都可以作为虚拟现实设备的配套材料，但手机分辨率以及手机处理器是最关键的两个制约VR表现的因素。如手机屏幕分辨率过低会导致VR视频颗粒感严重难以达到理想效果。同时，处理器性能不足会导致播放过程出现卡顿影响体验等情况。因此，为在理想情况下进行实验，必然需要资金支持。尤其是大范围多学科进行则更是如此。

3、专家引领

为了研究虚拟现实技术与教学相融合，如何在后阶段研究中进行案例细节的把握，诸如在案例设计中如何进行学生的分组等这些细节，都可能成为影响实验结果有效性的因素，因而需要对案例或课题研究有经验的专家予以指导。

（五）展望

同大多数新技术一样，随着科技的进步，原材料成本的降低，工艺的创新，虚拟现实眼镜的质量会更好，体验感也更真实，同时价格更低，相信那时更容易得到普及。