VR全息技术与中学科普课程结合的探究

VR全息技术与中学科普课程结合的探究

杨晨 段家铭 汪国振 谢云升

广东石油化工学院理学院 广东茂名 525000

摘要：随着5G时代的到来和当前科技的不断进步，VR全息技术在各行各业进行探索与实践；同时在中小学素质教育全面推进的教育背景下，对科普教育的完善也有更高展望。文章通过对中学科普课程的现况进行调查和分析，阐述目前中学科普课程存在的问题、VR全息技术发展的背景以及两者结合的机遇和问题，以探究全新的科普教育方法 ，提高中学科普课程新活力为基础，对VR全息技术与中学科普课程结合提出一些思考。

关键词：VR全息技术；科普课程；素质教育

研究背景

开展科普课堂主要是向中学阶段的学生传播科学知识、科学思想等与传授通用知识的课程。其意义不仅是在中学素质教育中拓展科学知识、学习科学方法、更加强调培养学生的科学探索精神和科学探究能力。但笔者在进行关于中学科普课程调查中发现，近半的中学生并没有接触过科普课程，其他则是使用课本为主，学生进行较为单调的文字读取的科普课；没有足够的吸引力和实用性造成学生对科普课程逐渐丧失兴趣或是对该课程排斥、从而造成学生无论是在自然科学还是人文地理中表现出无知的情况。其造成原因主要如下：

科普课程普及不足

在部分的发达国家，如欧洲、澳洲等国家地区，社会对于青少年的科普教育较为重视；中小学的科普课程作为科普教育的基础部分，定期组织社会实践活动以及室外教学更是作为科普教育的实践补充。但由于我国国情与其有较多不同，如人口基数大、社会资源有限和资源分配不均等原因，中学科普课程大多集中在一些优势地区和一些城市内的重点学校进行开设；而其余地区的该类课程则是难以开展。此外，科普课程的顺利开展也并非学校一厢情愿即可。在开展科普课程中，须由上至下的传导，由教育部向学校发布明确的信息，再由校方向学生及家长普及，引起其重视，最终是在校内开展该课程。其中任何环节出现问题都会影响到最终环节，也就是学生在科普课程的所学内容及教授方式等。

学校重视不足

传统应试教育思想的存在，使科普课程的重要性在学校并没有引起重视，导致学校科普教育机制的不完善，最终忽视科普教育的具体开展和落实；同时，迫于保持学校升学率以及学校没有足够提倡科普教育的情况下，校内必修学科如语文、数学、英语等课程安排紧张，科普教育没有足够的课程空间，学生没有第二课堂的自由学习时间，使青年学生承受着巨大的学习压力。根据调查统计，在此教育背景下，仍然有92.31%的学生表示愿意参加科普课堂，老师也高达96.2%希望学校开展第二课堂或科普课堂，而调查中开展科普课堂的学校仅有55.77%。因此科普教育观念的落后以及校方的重视不足使我国的科普教育很难开展。

传统教学单一

针对国内已开展科普教育的学校调查中发现，目前中学开展的科普课堂仍然摆脱不了传统的科普模式和教学方法，大多采用传统教学模式，即以教师为主，以课堂为基础的教授方式；而对于科普类知识，不应该局限于传统的课程教学，更多的需要使用讨论法、参观法、实验法以及指导法，让学生走出书本，从实践思考中获取新知识。再者，传统科普课程以及教学方式向青少年硬性灌输知识，长期如此会使科普教育缺乏有效性，也难以在当前素质教育下培养学生的创新精神和实践能力。科普课程只有与普通课程在教学上和内容上产生本质区别，显示其与众不同的教学内容和讲授方式去更好的吸引学生，构造良好的学习环境，才能提高学生的学习兴趣，达到科普教育的目的和意义。

近年来，VR全息技术在不断发展和完善，在其他领域和行业得到了迅速的广泛应用，对人们的感性体验有很好的增强作用。由此，笔者试将VR技术与中学科普课程结合，进行探究，试以解决如上问题。

VR技术与中学科普课程结合特色

应用课程广泛

VR技术在与中学科普课程的融合中，中学课堂不再限制于教师单方面的讲授式教授，学生可以通过虚拟现实技术扩大学习的空间。由此，该技术实行科普教育能够应用的范围广泛，不局限于单一的视觉方面，更可拓展于视听共存多感官的教学。例如，科普知识中在人文知识类，关于各个朝代的服饰、用具和器物等可使用虚拟现实技术让学生有视觉的感受；而文物中的部分乐器由于年代久远不宜再使用，但能依靠该技术实现古物新声。笔者在调查中，向教师询问“VR技术能够运用于哪些课程中”，部分教师表示在技术可支持的条件下，学校所教课程皆可与该技术结合使用，因此目前所存在的中学科普课程均可使用VR全息技术进行教学。

丰富教学模式

目前大多数的中学课堂使用传递──接受式教学模式，该教学模式是由复习旧课开始来激发学生学习动机，再讲授新课，授课完成之后教师向学生提供课程练习，最好再进行检查评价。这是最为普遍和常用的模式，但整个过程强调学生接受学习，容易打击学生自主学习的积极行，也会引起学生心理上不自觉地抵抗。在中学科普课堂中使用与众不同的教学模式，既可作为新式课堂提高学生对新事物的兴趣，也可为其他课程提供前车之鉴。探究式教学与传递——接受模式相反，注重学生本体的学习状态，培养学生的创新思维和实践能力。但该种模式较少用于中学的课堂；该模式提倡先由教师提出问题，学生进行假设推理，再由师生共同验证，最后进行总结。整个过程学生作为主体，能够最大范围培养学生的创新思维和应变能力。

推进新课程改革

当前的课程改革就是改变过去过于注重知识传授倾向的一次教育方式的改革，目前改革后的课程强调积极学习态度的形成，和良好学习情感的获得，使学生获得知识和技能的过程成为学习和形成正确价值观的过程。

中小学素质教育的实施需按照新课程的改革推进，此次的VR全息技术与中学科普课程结合首先教学从“教育者为中心”转向“学习者为中心”，技术的引入充分使课堂主导转向学习者，鼓励学生参与教学，创设智力操作活动，教给学生思维的方法并加强训练；其次，教学从“重结论轻过程”转向“重结果的同时更重过程”，注重结论和过程的关系，更好的将科普课程的意义发挥到课堂上并给予学生 。VR技术应用与科普课堂不仅能实现“以人为本”的学生观，更能推进新课程改革的实施。

多感官教学增强记忆

生动的教学方法往往可以吸引更多的学生，他们也更有可能记住他们所学到的东西。根据此次调查，有97.47%的教师认为VR技术运用于历史文物科普课堂能够构造良好的学习环境，提高学生学习兴趣，满足学生对新知识的需求。

一般来说，大脑对视觉、听觉、嗅觉、触觉以及味觉输入的信息吸收率分别为83%、11%、3.5%、1.5%、1%。由以上数据可知，通过听觉产生的人类记忆远不如视觉牢固，因此它代表了最有效的学习方式，也就是同时具备视觉、听觉和触觉的综合运用，这种教学模式就是最新的教育研究方向“多感官教学法”。VR全息技术运用于科普课堂便是运用了“多感官教学法”，能够帮助学生教师有效互动，最主要是能够调动感官，使感官相互配合起来，使信息的吸收率更高提高学生学习兴趣和学习效率。

VR全息技术与中学科普课程结合的优势

科技支持

在VR技术的试行中，4G所提供的网速不能够满足VR技术的需求，而该问题随着5G时代的到来迎刃而解。VR情景体验为更加贴切现实，需要细致的纹理和质感；与4G网络进行比较，5G的网速比4G提升近百倍，尤其利于8K及以上的超高清传输的内容；这种超高清的视觉感受能够很大程度上提高VR的场景渲染功能和用户使用的沉浸感。此外，VR视频采集设备的无线化使得用户在使用VR设备中能够在较大空间内自由移动。5G技术的出现无疑是VR技术完善并走近大众的时代机遇；在此背景下的虚拟现实走入中学课堂也不再是人们的一种想象。

政策支持

教育部推行的政策也将为VR技术与中学科普课程结合提供可能。2019年3月，教育部印发了《关于实施全国中小学教师信息技术应用能力提升工程2.0的意见》。其针对的是从今往后的一段时间内教师信息技术应用能力的提升，是培养高素质高水平教师队伍的重要举措。该举措强调教育与现代技术的积极融合，教师综合素质的提升更能为VR技术走近课堂提供支持。在此次调查中也发现，若将VR技术带进科普课堂，学生表现出的积极性会远远超过传统课堂，由此，VR技术进入中学科普课堂能够很大程度上优化该课程以及满足创新教学组织管理。

师生支持

根据此次调查，针对教师方面，高达96.2%的中学教师赞成学校开展科普课堂以提高学生的多方面能力和综合素质，并且88.61%的中学教师认为学生能够接受VR技术进入科普课堂，让课堂一改传统风格，展现新颖的教学风格与模式。同时，超过95%的中学教师在VR是否能够提高教学帮助中表示其能够营造出良好的教学环境。此外，在对学生调查的方面，超过90%的学生愿意尝试科普课程与VR技术相结合，并且相较于传统课程，超过95%的学生认为自己能够提高更大兴趣在该课程或是愿意改变自己不专心听课的习惯。

综上，在中学教师与学生方面，对于VR技术与科普课程的结合是积极肯定的的态度，表示这对教与学都有良好的促进作用。

VR全息技术与中学科普课程结合存在的问题

技术普及问题

技术的普及还存在一定的问题，现阶段的内容制作处于初级阶段，制作技术不够成熟，而且受到系统制作平台的限制，制作的技术人员比较缺乏，很难产出高质量的VR内容。其次科普教学内容制作周期长，更新速度慢，技术的不够成熟，导致内容制作的效率不高，而科普教学内容千变万化难以一次成型，技术的不成熟以及人才的匮乏对技术的普及构成一定的威胁。对于教学来讲，VR全息技术运用于科普课程的教学模式不适用于学校的多班级授课，全息视觉效果需要一定的场地，如果教学人数过多不宜发挥出其优势，难以给学生足够的观察和讨论时间。因此VR技术运用于教学的普及，首先其技术亟需突破。

不适用应试教育

当前的应试教育还是九年义务教育的大背景，学校为了保证升学率和平均分两大教育评分指标，过度学习和强化训练的做法在教学中被广泛采用，造成学生作业量过大，教师教学力度不断加强，使学生向片面的分数追求，不利于学生正确发展的同时也不利于素质教育的实施。此背景下的中学教师和学生负担较大，难以全身心投入到科普教学和科普学习中，而运用VR全息技术的教学需要教师投入较多精力和时间，因此技术在应试教育的大背景下难以实现。

教育成本过高

VR产品价格偏高，教学展示内容有限。5G时代的到来和科技的不断进步使虚拟现实设备的价格有所降低，也降低了使用人群的门槛。尽管如此，市场上常见的VR头盔的价格也是在6000元以上，如果再加上教学所需要用到的主机等其他设备的配置要求，全部的设备价格大致在万元徘徊，在教学中使用此全息设备，可想而知学校需要得大量资金支持才能实现。总体来说，如果在教学上使用VR全息技术，并将其普及到各个校区需要庞大的资金，教育成本过于昂贵，这对现在技术的普及有一定压力。

结束语

素质教育的实施以及科普教育的逐步推广给予了VR技术运用教学发展的机遇， VR技术在社会的运用较为顺利，在其他领域中的应用扮演必不可少的角色，但是作为一件全新未被普及的事物，VR技术运用于教育行业还有很多未知因素，这也给予了一定的挑战。从整体上看，VR技术运用于教育还是具有其独特的优势，适当的投入资金以及专业人才培养，VR全息技术进入科普课堂有望实现。

参考文献

[1]方宗兰.多感官教学法让课堂更精彩[J].教育研究与评,2012,11(1):55- 5.

[2]赵明明.中国VR技术的发展现状、应用前景与对策探究[J].视听,2018(01):209- 210.

[3]李克东.教育技术学研究方法[J]北京.北京师范大学出版社,2003.

[4]汤跃明.虚拟现实技术在教育中的应用[J].北京科学出版,2007.

[5]吴蜜.VR技术与专业教学融合研究[J].互联网+教育,2018(01):131- 132.

[6]张红雷. 5G时代下的虚拟现实（VR）[J].科技与信息,2020,01(15):120.

[7]倪卉.高中生物课程科普化教学的实践及意义[J].科学•自然 课程教育研究,2017(9):158-159

[8]莫亦阳. 科技馆青少年科普教育过程中存在的问题和对策[C].莫亦阳.决策论坛——公共政策的创新与分析学术研讨会.中国北京:《科技与企业》编辑部, 2016(09):122