蔡雷 李巖

2016年，國家出臺多個文件，對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用給予明確的政策支持，被業(yè)界稱為虛擬現(xiàn)實元年。正是在這一年，北京市第六十五中學虛擬現(xiàn)實實驗室建成并投入使用，而后逐步發(fā)展為集虛擬現(xiàn)實、3D打印、移動學習技術(shù)于一體的北京市高中開放式重點實驗室。

作為全國首家在中學建立的虛擬現(xiàn)實實驗室，自建立以來，一系列問題擺在了我們面前：虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育領(lǐng)域，尤其是中學如何應(yīng)用？切入點是什么？怎樣才能為學生提供更為豐富的教育資源？……基于以上問題，我們從學科融合角度，對中學階段虛擬現(xiàn)實技術(shù)課程的建設(shè)路徑與方法進行了研究探索。

概念界定

虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality）技術(shù)指綜合運用計算機圖形（CG）技術(shù)、計算機仿真技術(shù)、傳感技術(shù)、顯示技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)并行處理等技術(shù)，生成逼真的虛擬三維環(huán)境，人通過硬件和軟件，對虛擬的環(huán)境進行體驗和交互。人在位置移動時，電腦可以立即進行復(fù)雜的運算，將精確的3D影像傳回，使人產(chǎn)生身臨其境的感覺。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)有三個特征，分別是沉浸感（Immersion）、交互性（Interaction）和構(gòu)想性（Imagination）。虛擬現(xiàn)實中的“現(xiàn)實”泛指在物理意義上或功能意義上存在于世界上的任何事物或環(huán)境，“虛擬”則是指由電腦生成的意思。 虛擬現(xiàn)實中的“現(xiàn)實”（虛擬的環(huán)境）大致可分為三種情況：第一種情況是真實世界中的環(huán)境，如虛擬故宮;第二種情況是人類主觀構(gòu)造的環(huán)境，即用于影視制作或電子游戲的三維動畫，如電影《盜夢空間》;第三種情況則是模仿真實世界中的人類不可見的環(huán)境，如分子的結(jié)構(gòu)，空氣速度、溫度和壓力的分布等。

課程建設(shè)

作為北京市科技教育示范校、北京市金鵬科技團學校和“翱翔計劃”課程基地校，我校一直致力于拔尖創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。在此過程中我們發(fā)現(xiàn)，人才培養(yǎng)對探究能力和創(chuàng)新能力的要求越來越高，對先進教育技術(shù)手段，特別是虛擬現(xiàn)實技術(shù)與學校教育相融合的需求越來越大。虛擬現(xiàn)實技術(shù)相關(guān)課程的建設(shè)為學校拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)提供了良好的物質(zhì)條件。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠構(gòu)建出高度仿真的虛擬教學環(huán)境，讓教師和學生在其中開展實驗與探究，不僅能夠豐富教學內(nèi)容、提升教學效果，更重要的是能夠促進教師教學方式與學生學習方式的變革。與此同時，基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的實踐操作還可降低實驗耗材的成本以及某些爆炸性、危險性實驗的風險，能夠真正實現(xiàn)“綠色實驗”教學的改革與創(chuàng)新。

課程定位

創(chuàng)新人才的培養(yǎng)一定是依托創(chuàng)新課程實現(xiàn)的。調(diào)查可知，目前中小學階段依托虛擬現(xiàn)實技術(shù)開發(fā)的課程，多是虛擬汽車模擬駕駛、模擬飛行等初級體驗類課程，與各學科課程相結(jié)合的虛擬現(xiàn)實課程非常稀缺。我校的虛擬現(xiàn)實課程建設(shè)，注重學生的創(chuàng)新環(huán)境、活動體驗、知識探究與創(chuàng)新實踐，采取普及與提高相結(jié)合的思路：一方面為開展初高中科技與創(chuàng)新課程提供普及性實驗課程，另一方面面向熱愛動手實踐和具有科技創(chuàng)新潛質(zhì)的學生開展深層次的培優(yōu)性課程，以“適合學生發(fā)展的課程”來引導(dǎo)學生自由發(fā)展，從而滿足學生個性發(fā)展的需求，實現(xiàn)創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

課程結(jié)構(gòu)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)通過構(gòu)建虛擬學習情境來促進學生自主學習，從而實現(xiàn)核心素養(yǎng)的全面提升。基于此，依托虛擬現(xiàn)實技術(shù)的課程建設(shè)就需要以學生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)為核心目標。我校構(gòu)建了基礎(chǔ)類、拓展類和研究類三類課程——

基礎(chǔ)類課程為普及性課程，通過校內(nèi)教師自主編寫的校本教材，滿足全體學生對于VR技術(shù)的了解與一般運用的需求，著重培養(yǎng)學生掌握虛擬現(xiàn)實技術(shù)的核心知識和基本素養(yǎng)。

拓展類課程主要是將各學科與虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行有機融合，滿足全體學生的個性需求，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的虛擬場景優(yōu)勢，安排高成本、有危險的實驗內(nèi)容，讓學生身臨其境地體驗平時無法觀察到的實驗效果，從而進一步培養(yǎng)學生探究與綜合運用知識的能力。

研究類課程則面向?qū)萍紕?chuàng)新有濃厚興趣、想深入發(fā)展的學生，將VR與3D打印、人工智能等高科技技術(shù)相結(jié)合，用以滿足部分學生深入研究的需要，著重培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。

三類課程從易到難、由淺入深循序漸進，每一個層次的受眾不同、內(nèi)容不同，最后的課程目標也不同。這樣設(shè)置課程的好處在于，教師和學生都有一個學習，且是共同學習的過程。

課程實施與管理

虛擬現(xiàn)實課程體系的構(gòu)建和實施貫穿中學學段全過程?；A(chǔ)類必修課通過初中信息技術(shù)、勞動技術(shù)，以及高中信息技術(shù)和通用技術(shù)等課程實施，在完成教學任務(wù)的基礎(chǔ)上讓學生體驗虛擬現(xiàn)實技術(shù)并掌握虛擬現(xiàn)實設(shè)備的基本操作。拓展類課程通過各學科的日常教學來呈現(xiàn)，教師可以借助虛擬現(xiàn)實設(shè)備和虛擬現(xiàn)實案例來設(shè)置教學環(huán)境，改變傳統(tǒng)的教學方式，讓學生在虛擬的環(huán)境中實現(xiàn)知識的學習和應(yīng)用。研究類課程通過校本選修課和社團活動課的方式進行，學校根據(jù)實際情況，使用校本教材指導(dǎo)學生開展深入的學習和探究。

虛擬現(xiàn)實課程的管理通過建立專門的管理平臺來完成。教學管理部門可以構(gòu)建虛擬現(xiàn)實課程超市，形成集課程發(fā)布、學生選課、課程過程記錄、學習評價以及課程資源開發(fā)于一體的綜合性課程管理平臺。

課程評價

我校構(gòu)建的虛擬現(xiàn)實課程為教師的教學和學生的學習帶來了巨大的變化——

2016年，中考語文作文題《奇妙的實驗室》涉及虛擬現(xiàn)實技術(shù)。由于我校學生從入學開始就能夠接觸和使用虛擬現(xiàn)實設(shè)備，走出考場時，他們非常高興地說：“這道題是白送分的，把咱們學校實驗室的環(huán)境、設(shè)備及基礎(chǔ)素養(yǎng)課程寫出來就是一篇生動的文章了?！痹诟咧械耐ㄓ眉夹g(shù)課上，當教師講到斗拱的內(nèi)容時，學生不僅能夠看到著名古建筑所使用的經(jīng)典斗拱結(jié)構(gòu)，還能夠根據(jù)需要進行建筑結(jié)構(gòu)的分解觀察，充分感受經(jīng)典建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的無窮魅力;每天中午及放學后，熱衷于科技探究的學生會來到實驗室體驗和觀察發(fā)動機拆裝、空間站場景、航空母艦?zāi)Ｐ偷忍摂M現(xiàn)實案例。學生可以自己確定研究方向，再通過使用虛擬現(xiàn)實設(shè)備，在虛擬的環(huán)境中進行觀察、思考和討論，并將自己的創(chuàng)意用三維軟件設(shè)計出來，進行3D打印，最終實現(xiàn)創(chuàng)意到現(xiàn)實的轉(zhuǎn)化。

實踐發(fā)現(xiàn)，借助虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)建的特色課程可以開闊學生視野，真正激發(fā)學生的探究欲和主動學習的熱情，有效提升學生的創(chuàng)造能力和動手實踐能力，為學校、教師和學生帶來了實實在在的改變。

【本文系北京市教育科學規(guī)劃課題“中學虛擬現(xiàn)實（VR）課程開發(fā)研究”（課題編號：CDHB17348）的研究成果】

責任編輯：周麗