翻转教学在虚拟现实技术课程中的应用研究

廖婷++沈荣

摘要：虚拟现实技术是一门涉及多领域的课程，也是数字媒体技术专业学生的专业必修课。针对传统教学中以老师为中心，忽略学生的个体差异，学生的主观能动性得不到很好的调动。因此在课程中引入了“翻转课堂”教学模式，以项目分组设计来激发和调动学生的研究性学习及团队协作能力。文章从课程的教学目标、教学内容、翻转教学、考核形式几个发面提出了改革的教学策略。通过教学实践，该模式取得了较为良好的教学效果，并对学生的创新能力培养起到了促进作用。

关键词：虚拟现实技术；翻转课堂；研究性学习；团队协作；创新能力

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）25-0079-03

Research on application of flipped teaching in Virtual Reality Technology Course

LIAO Ting， SHEN Rong

（School of Computer， Sichuan University of Arts and Science， Dazhou 635000，China）

Abstract： Virtual reality technology is a course that involves many fields， and it is also a compulsory course for students majoring in digital media technology. In view of the traditional teaching to the teacher as the center， to neglect the individual difference of the students， the students' subjective initiative cant get a good transfer. Therefore， in the course of the introduction of the "flipped classroom" teaching mode， the project design to stimulate and mobilize the students' research learning and teamwork skills. From the curriculum teaching goal， teaching content， flip teaching， assessment form several proposed reform of teaching strategies. Through teaching practice， the model has achieved good teaching effect， and has played a promoting role in the cultivation of students' innovative ability.

Key words： virtual reality technology； flipped classroom； research study； teamwork； innovation ability

1 引言

虚拟现实技术（Virtual Reality，VR）发源于美国，是和计算机图形学、三维跟踪技术、语音与模式识别技术、仿真技术、传感与测量技术、多媒体技术、信息技术、网络技术等相关交叉学科[1]。虚拟现实是采用以计算机技术为核心的现代高科技，生成逼真的视觉、听觉、触觉等一体化的虚拟环境。用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟世界中的物体进行交互，从而产生身临其境的感受和体验[2]。该课程是一门应用性和实践性很强的专业学科课程，通过课程的学习培养学生的创新意识，科学研究能力，应用新技术的能力。

高校教育模式中传统的教学模式是以老师为中心或课本为中心，老师课堂40分钟满堂灌，或者最多留出少部分时间让学生内化。这种方式对一些理论性的课程可能有一定效果，但对于一些实践创新能力的课程效果就不是太明显，为了更好的调动学生的主观能动性，激活学生的自主研究性学习，美国科罗拉多州落基山的“林地公园”高中的两位化学老师提出了“翻转课堂”（The Flipped Classroom）的理念，并受到了学生的广泛欢迎。随后，世界各国教育者认识这种新的教学模式，并根据各自不同的情况用到自己的教学改革中。个人认为，新的教育模式我们不能拒绝，但也不能一味照搬，要根据各自学科领域不同的特点来进行试点改革，并结合到本校专业学生的具体情况进行渐进式的改变传统的教学模式，并把好的经验进行推广。

2 翻转课堂教学模式

2.1多方面的转变

以前传统的教育模式一直把课堂教学的主体定位为老师，但其实学生才是整个课堂的主体因素。而现在的社会环境给我们的学生提供了多元化的接收新信息的途径，学生可以通过电脑、手机、平板、网络等新媒体获取自己感兴趣的信息。同时他们更具个性，更愿意主动动手尝试，而不是被动听讲。他们在课堂的专注的时间较短，倾向于碎片化的内容。

在翻转课堂教学中，教师由知识的教授者转变为学生的学习的引导者。与传统课堂比，翻转课堂教学模式并不是减少老师的工作，反而对老师提出了更高的要求。教师要思考如何将知识的教授从课中转变为课前，以及在课堂的学习中如何引导学生进行知识的内化。因此，教师在翻转课堂中的作用显得尤为重要[3]。

学习的环境也由以前单一的教室变得灵活，在课前学习部分学生可以在有网络的寝室、图书馆、机房、教室以及公共场所通过学习终端，根据自己不同的情况选择学习资源及学习进度。在课堂上老师根据学生的不同情况完成知识点的内化，课堂学习也比传统课堂显得更加活跃，还可以根据具体需要改变教室的格局。

2.2 翻转课堂的特点

翻转课堂教学模式是将传统教学中的在课堂学习知识，在课后内化知识的顺序做了调整，要求学生在课前通过老师提供的学习资源先自主学习，发现问题，解决问题。对于普遍较难的问题老师通过在课中集中分析，比如可采用分组讨论，展示交流，项目实践等方式来解决问题。整个教学过程最大限度地调动了学生的自主研究性学习能力，同时也对老师提出了更高的要求，各个环节必需环环相扣，课前的重要知识点的提炼，课中组织教学，在轻松活跃的氛围中完成知识的内化，让所有学生根据情况更好的掌握知识，在课后采用更加灵活方式完成掌握知识的评价体系。

翻转课堂模式在具体的教学活动开展中注意的几个问题：

1）课前如何督促学生完成学习

由于大学学习生活较宽松，要学生抽取一定的时间完成自主学习，除了依靠学生的自觉性外，老师还应考虑其他的措施了促进学生的自主学习。所以，老师在布置任务的时候，要考虑学习的内容的量和学习的进度外，还可以采用积分奖励等方式来激发学生的学习兴趣。

2）课中如何开展讨论

在具体的课堂教学中，大部分学生通过课前视频学习掌握了部分知识点内容，老师通过提问、分组讨论、学生展示交流等环节来对知识点进行内外，在讨论中可能个别同学不参与，老师应该引导他们积极参与，设计简单的问题点名回答，同时让同组较好的同学带动一起讨论。

3）课后如何开展评价体系，巩固学习

通过课前和课中学习，学生基本掌握了绝大部分知识点，同样可以通过布置课后作业，或者分组完成项目和小测评等形式来巩固学习的知识点，针对大部分同学还没有掌握牢靠的知识点在进行强化讲解。

3 翻转教学模式在虚拟现实课程中的应用研究

3.1课程的教学目标

虚拟现实技术是大学三年级开设的必修课程，该课程以计算机图形学、3DS MAX建模技术等计算机课程为基础，是一门应用性和实践性很强的专业学科课程。该课程建设对培养学生的工程实践能力、创新能力、综合运用知识的能力将起到至关重要的作用。通过本课程的学习，使学生获得虚拟现实应用开发的基本知识、理论和技能，了解当前各种主流的Web3D技术，如Cult3D等技术，掌握虚拟现实设计与开发的基本方法和技巧，掌握虚拟现实建模语言VRML及X3D技术，并使学生具有综合运用所学知识来分析、解决实际问题的能力，能够完成如虚拟校园漫游系统、虚拟古建筑、三维房产展示系统的设计与开发。并培养学生的创新意识，科学研究能力，应用新技术的能力。

3.2 课程教学内容

本课程安排了48个学时，其中理论32学时，实践为18学时。主要内容包括以下几个方面：

1） 虚拟现实技术概述。主要介绍虚拟现实的定义、虚拟现实的本质特征、虚拟现实系统的组成、虚拟现实系统的分类及虚拟现实技术的发展应用等基础知识。

2） 虚拟现实系统的硬件设备。主要介绍视觉感知设备、听觉感知设备、触觉和力反馈设备、位置跟踪设备及虚拟现实的计算机设备等知识，还需要多了解市场上相关的主流产品。

3） 虚拟现实的建模技术。主要介绍对象虚拟、物理建模、运动建模、行为建模及声音建模等知识。重点掌握碰撞-响应建模技术、行人的运动建模技术、基于Agent的行为建模技术。

4） 虚拟现实的Web3D技术。主要介绍Web3D技术的产生、发展及关键技术，重点阐述三维全景技术和Cult3D两者的具体实现技术。同时也要了解相关的前沿技术。

5） 虚拟现实开发平台VRP。介绍VRP开发平台的特点及具体使用方法，包括前期建模要求，材质灯光烘焙，后期处理，交互添加，脚本编辑等具体实践操作方法。

6） 虚拟现实系统综合案例。以VRP为开发工具，开发室内及室外的楼盘漫游系统。

3.3 翻转课堂教学案例

为了具体说明翻转课堂模式如何应用到虚拟现实技术教学过程中，选取了一个教学案例，其教学内容为三维全景技术，具体展开的教学过程如下：

1） 课前知识点的整理和视频准备

全景技术的主要知识点包括：①全景技术概述：特点、分类及常见的全景技术；②全景技术常用的设备：数码相机、鱼眼镜头、全景头；③全景作品制作；相应的，老师准备了三段“微课”，对3个知识点进行讲解，布置了测试题目：①分析全景技术的技术特点；②拍摄校园或寝室的全景照片，利用PixMaker软件建立网上全景演示。学生在课前观看微课，通过查阅相关资料，完成这些测试题，然后可以就这些问题在网络交流平台展开讨论，分享各自的学习心得。

2） 课堂设计

在课堂上，老师首先根据课前测试的反馈情况，花5-10分钟对要掌握的知识点进行一定的梳理和总结。接下来把学生按照总人数分成3-5人不等的小组，每个小组选取一位组长，组长也可以由该组成员轮流担当，组长主要是组织和协调组员的发言。

比如针对一些抽象的概念：球形全景和立方体全景的区别，以及全景技术常用设备：全景头，鱼眼镜头等理论知识点，可以通过查找网络上相关的设备的价格参数图片等来了解最新设备的相关知识点，然后小组成员进行讨论，老师可以随机旁听某组的讨论情况，适当给出意见和建议，然后请一些组员代表发言，其他组员可以反对或补充，老师给出适当的点评。

针对一些实践操作的项目，比如制作全景演示图片，也是通过课前分组完成作品，课中进行汇报展示交流，在制作过程中碰到的问题以及如何解决的，本组作品的特点及各个成员所做的工作等，最后老师对知识脉络进行梳理、归纳和总结并对学生的学习成果作出评价，采用分组积分的方法，大家都认为好的作品对本组成员进行平时成绩进行加分处理，并把作品上传到网络交流平台供大家参考和学习。

3） 课后巩固

通过课前视频观看和课堂讨论，大部分学生能掌握八九成的知识内容，所以还需要引导学生课后巩固知识点。视频资源的一个好处就是学生可以随时随地反复观看，比如对大家不太容易掌握的内容，发现大部分学生反复多次观看。当然还可以在网络交流平台开发相应的后续练习模块，来加强和巩固所学知识点。

3.4 考核方式

考试的主要的目的是了解学生对该门课程的掌握情况，同时老师发现教学中的问题，不断改进教学方案。传统教学中的考核方式简单，仅靠期末测试成绩来衡量学生的学习情况，不利于反映学生真实的学习效果。因此，本课程最后的考核成绩包括两部分：平时成绩和期末成绩，其中平时成绩占40%，期末成绩占60%。平时成绩包括三个方面：课堂表现（10%），作业（10%），实验成绩（20%）。而期末成绩采用分组完成作品项目，提交项目书，制作答辩PPT，最后采用集体答辩的方式给出每组成员的期末成绩。这种考核方式有利于提高学生的学习积极性，并强调了学生的动手实践能力。

4 总结

虚拟现实技术是一门高年级综合应用的核心课程，主要培养学生的工程实践项目能力，针对传统教学的以老师为主的教学模式，忽略了学生的个体差异，提出了翻转课堂教学模式，强调以学生为主体，课堂完成知识内化，本文从课程的教学目标、教学内容、翻转课堂，考核方式四个方面对该门课程的教学改革应用进行了初探。实践证明，学生的学习效果和学习的积极性得到了一定提高。

接下来的研究工作包括课前微课的准备，课后的巩固和评测需要进一步完善，同时对自觉性较差的学生如何督促完成课前和课后的学习是下一步需要进行研究的重点。

参考文献：

[1]高飞.虚拟现实应用系统设计与开发[M].北京：清华大学出版社，2012.

[2]刘正东，姜延.虚拟现实制作与开发[M]. 北京：清华大学出版社，2012.

[3]高丽萍，刘亚.翻转教学在算法设计与分析中的应用研究[J].计算机时代，2014（11）：59-61.

[4]刘光然.虚拟现实技术[M].北京：清华大学出版社，2012.

[5]夏一行.基于MOOCs的程序设计课程翻转课堂教学改革[J].杭州电子科技大学学报，2014（11）：100-103.

[6]钟晓流，宋述强，焦丽珍.信息化环境中基于翻转课堂理念的教学设计研究[J].开放教育研究，2013，19（1）：58-64.

[7]曾明星，周清平，蔡国民，等.软件开发类课程翻转课堂教学模式研究[J].实验室研究与探索，2014，33（2）：203-209.

[8]张国荣.基于翻转课堂的大学计算机基础课程改革新思路[J].大学教育，2013（7）：135-137.