過去的一年被稱為“VR元年”，可人大附中對于VR技術(shù)的關注從2012年就已經(jīng)開始了。
(圖注：人大附中的VR教學課堂)
過去一年，VR的教育應用被廣泛討論。英語教學，地理、化學觀察，生物探究，物理實驗，還有建筑、設計、醫(yī)學等學科都出現(xiàn)了應用VR的技術(shù)來構(gòu)建新的教學場景。三星曾在美國做過的一項調(diào)查研究顯示，樣本中85%的老師認為VR技術(shù)會對學生學習產(chǎn)生積極的效果，2%的老師在課堂中使用過VR技術(shù)。
VR教學將傳統(tǒng)的單向教育轉(zhuǎn)化為認知交互和沉浸式體驗模式，學生被帶入微觀或宏觀的虛擬世界中，身臨其境地觀察、探究，極大激發(fā)了興趣和好奇心，增強學習的主動性。它還將學科的復雜知識和抽象結(jié)構(gòu)形象展現(xiàn)，幫助學生更好地理解知識。這是VR技術(shù)在教學中最吸引老師的地方。
人大附中從2012年就在關注這項技術(shù)，在選修課中將VR技術(shù)開發(fā)作為一項教學內(nèi)容，老師帶領學生開發(fā)VR模型，而在近兩年人大附中對VR技術(shù)應用在課堂上也多有嘗試。
“對這種新的技術(shù)，我們抱有非常樂觀、積極的態(tài)度想要去探索。”人大附中副校長宓奇在接受芥末堆采訪時說。
帶上VR眼鏡，進入人體血液循環(huán)系統(tǒng)
(圖注：人大附中的VR教學課堂)
輦偉峰是人大附中的高二生物老師，上學年他與另一位生物老師和淵做了兩次VR生物課。課堂內(nèi)容是進入人體血液循環(huán)系統(tǒng)，觀察了解細胞以及亞顯微鏡的細胞結(jié)構(gòu)。每個學生都手持一臺VR單機設備，獨自進入視頻中探究，體驗時間在10分鐘左右。
“每個學生進入一個相對封閉的環(huán)境中，可以根據(jù)自己的理解來感悟視頻中呈現(xiàn)的內(nèi)容，但這種視頻又比平常放的視頻沉浸感更強，學生投入度更高，課堂個性化教學比較不錯。”輦偉峰回想當時的課堂情景時說，初次體驗的學生非常興奮，對探究材料的理解也更深入。
不過，封閉式的探究環(huán)境也對老師的課堂設計提出了更高的要求。第一次嘗試VR教學，輦偉峰說與以往傳統(tǒng)的備課不太一樣，他要首先自己進入視頻的虛擬環(huán)境中去體驗，把覺得新奇的地方直觀寫下來，以便于在課堂上與學生產(chǎn)生共鳴。
如何就素材合理地設計課堂情境是輦偉峰不斷思考的問題，“不管是國外的課還是國內(nèi)的課，不能為了使用這種技術(shù)偏離了課堂本身，一定要素材契合課堂的主題去做。”嘗試過VR教學后，輦偉峰總結(jié)道。
設計課程方案時，很多老師對課堂的控場提出不少意見，怎么讓學生按照老師設計的路徑去探究，不至于走得太偏。最終討論的一致結(jié)果是，先布置課堂任務，基于每組學生的不同特點，設置不同的觀察重點。
這堂課輦偉峰給學生布置了兩大類問題，一類是鞏固之前的生物課上沒注意到的知識細節(jié)，另一類是從生物學意義上探究VR技術(shù)在呈現(xiàn)細胞結(jié)構(gòu)上有哪些不合常理的地方。
學生的表現(xiàn)超出他的預想。“他們觀察到很多我沒有思考到的問題。”輦偉峰說，在分析細胞核周圍的細胞骨架時，有學生提出細胞骨架理論上應該是蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)，但視頻中呈現(xiàn)的卻是建房的鋼筋結(jié)構(gòu)狀，這種維度下，這個結(jié)構(gòu)是不合理的。輦偉峰思考后發(fā)現(xiàn)了問題所在，視頻沒有告訴使用者放大倍數(shù)是多少，而就生物學學科來說，非常講究參照物及放大縮小的比例。
評價方式也是他要考慮的一個問題。傳統(tǒng)的課堂評價方式多是課堂提問，學生群體回答，或者布置小測試，與學生可以眼神互動。而VR課堂，學生則進入封閉的探究環(huán)境，不再有傳統(tǒng)課堂的那種互動。輦偉峰說，這種情況下，就要預設好問題和探究的路徑，讓這堂課沿著設計好的路徑走，最后以小組匯報的形式做課堂反饋。
從分子式到太陽系，根據(jù)學科需求定制VR課堂
除了在課堂上嘗試使用VR技術(shù)外，人大附中早在2012年就開設有通用技術(shù)選修課，其中有一門虛擬現(xiàn)實技術(shù)的課程。施一寧已經(jīng)教了四年，帶學生開發(fā)VR軟件系統(tǒng)。期間也遇到一些問題，比如學生的編程基礎、三維建?；A參差不齊，上課要先把這些基礎知識打好，獨立研發(fā)軟件就成為了課程的附屬品。他最近在思考的是，學生課時有限，精力也有限的條件下，如何把虛擬現(xiàn)實作為教學的主體呈現(xiàn)給學生。
施一寧目前的課程設置分為三個部分，先讓學生按照自己的設想，設計出一個軟件的三維模型。之后在現(xiàn)有的技術(shù)基礎上利用軟件讓模型互動。最后給學生現(xiàn)成案例，教他們實現(xiàn)一個VR、AR的demo。
“還有一部分是學校有老師對VR技術(shù)比較感興趣，想看看他們這邊有沒有教學的需求，能夠用虛擬現(xiàn)實技術(shù)去解決，我?guī)W生幫他們做一些。”他補充說。
說到這，一旁教化學課的副校長周龍平來了興致，開始和施一龍“定制”化學有機分子結(jié)構(gòu)的VR模型，“這個對于空間想象力弱的學生是一大福利。”
“我覺得特別好。”施一寧也興奮起來。在帶學生做VR項目的時候，他發(fā)現(xiàn)學生對兩件事特別感興趣，一件是微觀世界的無限放大，像血細胞、分子結(jié)構(gòu)。另一件是天體運動、萬有引力這類宏觀世界的探索。“學生都是想著做一個太陽系，以AR的形式把太陽系虛擬出來，放在桌面上。”還有一些更基礎的化學分子結(jié)構(gòu)，給學生代碼和基本的技術(shù)操作方案后，學生都可以實現(xiàn)。
副校長宓奇就向施一寧定制過VR課程，將磁場中的粒子運動做成VR的形式，學生手持平板電腦，可以在平板上改變粒子的質(zhì)量、運動速度以及電荷屬性等，最終平面上的圖形就變成了動態(tài)的、立體的粒子運動。
好奇之余，研學教研組長臧春梅提出一個疑問，如何保證VR視頻中學科參數(shù)的科學性。施一寧說這些都會通過相應的軟件來解決，會有標準的數(shù)據(jù)庫。
VR教學性價比低?或可影響學生一生
在施一寧看來，對老師來說VR技術(shù)運用在課堂上的關鍵問題是，真正可以提高多少課堂教學效率。功能可以輕易實現(xiàn)，但是教學過程涉及很多環(huán)節(jié)，不僅僅是簡單把功能實現(xiàn)。所有的技術(shù)最終都是要服務于教學目標的實現(xiàn)與學生素養(yǎng)的提升。
VR技術(shù)應用于課堂的另一個問題是使用門檻，老師制作一門VR課程所需要的時間是多少。
“老師比較關心用多長時間才能把一節(jié)課帶到一個理想的效果，這個技術(shù)瓶頸對于老師是多大的，長期使用就肯定存在這個問題。”臧春梅也很認可VR在多個自然學科領域應用的優(yōu)勢，但具體到日常課堂中，她坦稱如果花費時間成本很高，而實際達到的教學效果又有限的話，從投入產(chǎn)出比上看不劃算，老師也不會用。
宓奇覺得投入產(chǎn)出比要從一個學生的一生去考慮。他曾與生物老師、化學老師、通用技術(shù)老師合作開發(fā)一項系列碰撞課程。在一節(jié)汽車碰撞緩沖的技術(shù)課堂上，四位學科老師先從自己學科的角度講解，之后又花兩三周時間讓學生去加工有防止碰撞緩沖功能的手機殼，之后再拿出一節(jié)課讓學生展示，老師分別點評?？傉n時算下來有七八節(jié)，課程最初的投入成本非常高，但他仍然覺得非常有必要做。不一定每節(jié)課都按照這種模式，一學年、一學期可以嘗試做一兩次，讓學生感覺到學科之間是如何融合，可以怎樣融合。
“在教育階段主要是萌發(fā)意識，就是埋下一顆小種子。”宓奇解釋，當學生在大學聽到一節(jié)工程學的知識時或許會想到自己也能做，可以往哪個方向努力。對于VR技術(shù)在課堂應用也一樣。他認為大膽去想，未來二三十年之后也許不存在VR的概念了，很多工作、學習的場景就已經(jīng)是虛擬現(xiàn)實了?，F(xiàn)在是井噴但很原始的技術(shù)狀態(tài)，沒辦法追求太好的效果，但課堂上使用過這種技術(shù)，學生就會有更深刻的認知，就有可能受到啟發(fā)。
市場能不能為學校提供長期穩(wěn)定的技術(shù)支持學校埋下這些“種子”，這是臧春梅擔憂的。施一寧觀察，VR市場很大，在娛樂行業(yè)的應用非常廣泛，因為投入可以很快看到回報，但教育行業(yè)需要漫長的過程，現(xiàn)在看得到的VR教育公司仍然以賣硬件為主，做課程的很少。嘗試過兩次VR生物課的輦偉峰也表示，硬件有了之后，相應軟件的研發(fā)是否跟得上，能不能構(gòu)建系列的課程?
這是學校所關心的。
教育部虛擬現(xiàn)實應用工程研究中心主任周明全曾向媒體總結(jié)虛擬現(xiàn)實與教育融合的三大問題，其一是概念問題，教育是特殊行業(yè)，需要的不僅僅是技術(shù)，虛擬現(xiàn)實技術(shù)要與教育本身的發(fā)展規(guī)律結(jié)合，而目前兩者是分裂的。其二技術(shù)仍然有待優(yōu)化，VR眼鏡對孩子眼睛的傷害太大，要用全息技術(shù)等代替VR眼鏡。其三就是內(nèi)容的制作。他表示，VR教育內(nèi)容制作復雜，需要政府、企業(yè)、教師三方結(jié)合，構(gòu)成教育改革系統(tǒng)工程。同時，對學生的測評也需要重新來定。
技術(shù)需要經(jīng)歷漫長的時間逐漸成熟，尤其應用到教育領域。這三大融合問題很難在短期內(nèi)解決。但就學校來說，像人大附中這樣開放心態(tài)，主動探索、尋找契合自己教學場景的VR應用，是可以在小環(huán)境里逐步優(yōu)化VR教學的。
未來的趨勢已經(jīng)很明顯。國務院最新印發(fā)的《國家教育事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》在第三部分“改革創(chuàng)新驅(qū)動教育發(fā)展”中提到，支持各級各類學校建設智慧校園，綜合利用互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和虛擬現(xiàn)實技術(shù)探索未來教育教學新模式。VR技術(shù)帶來的教學新模式目前還只是一個雛形，想象空間仍然很多。
