2019年信息技術應用能力提升培訓心得體會

2019年信息技術應用能力提升培訓心得體會

2019年7月1日至7月5日，東西部協作2019年大通縣信息技術骨幹教師能力提升培訓在南京市雨花台區教師發展中心進行。信息技術素養觀轉變。從技術應用能力轉向信息素養能力，我們不僅要利用技術，更要利用信息素養和信息技術合作。

人工智能時代的教育變革

一、人工智能驅動智慧教育

當前，以人工智能為代表的技術創新進入到一個前所未有的活躍期。當人類社會邁進信息時代的新階段——人工智能時代，這種工業化的教育體系已經無法滿足未來社會對人才的需求，時代發展迫切需要一場教育變革。換句話説，教育不是由外而內傳遞知識，而是由內而外覺悟智慧。這就要求，我們必須打破整齊劃一的傳統教育形態，構建與人工智能時代相適應的智慧教育體系，利用智能技術對學習環境、學習內容、教學方式、管理模式進行系統化改造，為學生提供富有選擇、更有個性、更加精準的智慧教育。

二、智慧教育的理念內涵

綜合已有研究，我們認為，智慧教育是指以“人的智慧成長”為導向，運用人工智能技術促進學習環境、教學方式和教育管理的智慧轉型，在普及化的學校教育中提供適切的學習機會，形成精準、個性、靈活的教育服務體系，最大限度地滿足學生的成長需要。只有把“人”置於教育的最高關注，發掘人的潛能，喚醒人的價值，啟發人的智慧，才能從容應對人工智能時代帶來的挑戰。智慧教育不僅是教育基礎設施的信息化、智能化，而且是教育理念與教育方式的轉型升級，從注重“物”的建設向滿足“人”的多樣化需求和服務轉變。

智慧教育包括三個組成部分：一是相互融通的學習場景，利用智能技術打通物理空間與網絡空間之間的壁壘，讓萬物互聯，讓世界互通，所有學生都可以在任何地方、任何時刻獲取所需的任何信息；二是靈活多元的學習方式，注重學習的社會性、參與性和實踐性，打破學科之間的界限，開展面向真實情境和豐富技術支持的深度學習；三是富有彈性的組織管理，破除效率至上的發展理念，釋放學校的自主辦學活力，利用人工智能提高教育治理的現代化水平，讓學生站在教育的正中央。

虛擬和增強現實（VR/AR）技術在教學中的應用與前景展望

一、虛擬現實和增強現實技術的起源、概念和應用領域

（一）虛擬現實和增強現實技術的起源

虛擬現實（VirtualReality，簡稱VR）技術描述的就是我們現在熟悉的“虛擬現實”。增強現實（Augmented Reality，簡稱AR）是指在真實環境之上提供信息性和娛樂性的覆蓋。

我國虛擬現實技術的研究起步於20 世紀90 年代初。隨着計算機圖形學、計算機系統工程等的高速發展，虛擬現實技術得到相當的重視。2016 年3 月17 日全國兩會授權發佈的《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十三個五年規劃綱要》中指出：“大力推進先進半導體、機器人、增材製造、智能系統、新一代航空裝備、空間技術綜合服務系統、智能交通、精準醫療、高效儲能與分佈式能源系統、智能材料、高效節能環保、虛擬現實與互動影視等新興前沿領域創新和產業化，形成一批新增長點。”

（二）虛擬現實和增強現實的概念、特徵和應用領域

1. 虛擬現實技術

虛擬現實，是一種基於多媒體計算機技術、傳感技術、仿真技術的沉浸式交互環境。具體地説，就是採用計算機技術生成逼真的視覺、聽覺、觸覺一體化的特定範圍的虛擬環境，用户藉助必要的設備以自然的方式與虛擬環境中的對象進行交互作用、相互影響，從而產生親臨等同真實環境的感受和體驗。

虛擬現實具有特性，即沉浸性(Immersion)、交互性(Interaction)、構想性(Imagination)，是一個學科高度綜合交叉的科學技術領域。虛擬現實與人工智能 (AI) 技術及其他相關領域技術結合，將會使其還具有智能(Intelligent) 和自我演進演化(Evolution) 特徵。頭戴式虛擬現實設備，即可觀看虛擬現實視頻介紹。

虛擬現實涉及門類眾多的學科，整合了很多相關技術。虛擬現實是未來科技發展的方向之一，它可以從人的感覺系統上改變現有的空間感。虛擬現實現有的產業鏈大致可分為硬件設計開發、軟件設計開發、資源設計開發和資源運營平台等幾種類別。通過虛擬現實關鍵技術的突破以及“虛擬現實+”的帶動，會產生大量行業和領域的虛擬現實應用系統，為網絡與移動終端應用帶來全新發展，將會推動許多行業實現升級換代式的發展。虛擬現實可以應用於國防軍事、航空航天、智慧城市、裝備製造、教育培訓、醫療健康、商務消費、文化娛樂、公共安全、社交生活、休閒旅遊、電視直播等領域中。

2. 增強現實技術

增強現實是在虛擬現實的基礎上發展起來的一種新興技術。增強現實技術基於計算機的顯示與交互、網絡的跟蹤與定位等技術，將計算機形成的虛擬信息疊加到現實中的真實場景，以對現實世界進行補充，使人們在視覺、聽覺、觸覺等方面增強對現實世界的體驗。

增強現實具有三大特點，即虛實結合、實時交互和三維配準。

增強現實具有三種呈現顯示方式，按距離眼睛由近到遠劃分分別為頭戴式（head-attached）、手持式（hand-held）、空間展示（spatial）。增強現實智能眼鏡，掃描二維碼可以觀看Magic Leap 增強現實演示視頻。

增強現實的應用領域非常廣泛。如在教育領域增強現實可以為學生呈現全息圖像、虛擬實驗、虛擬環境等；在旅遊業增強現實可以幫助遊客自助遊玩景區，以虛擬影像的形式為遊客講解景區概況、發展歷史、人文景觀等內容；在零售業中增強現實技術可以實現一鍵試穿，在網上銷售中具有極大的應用空間。增強現實在工業、醫療、軍事、市政、電視、遊戲、展覽等領域都表現出了良好的應用前景。

二、虛擬現實和增強現實技術在教學中的具體應用

虛擬現實和增強現實技術在教學中的應用潛力巨大、前景廣闊，主要體現在運用虛擬現實和增強現實技術具有激發學習動機、創設學習情境、增強學習體驗、感受心理沉浸、跨越時空界限、動感交互穿越和跨界知識融合等多方面的優勢。虛擬現實和增強現實技術的應用，能夠為教育工作者提供全新的教學工具，同時，能激發學生學習新知識的興趣，讓學生在動手體驗中迸發出創新的火花。因此虛擬現實和增強現實技術應用於教育行業是教育技術發展的一個新的飛躍， 它營造了自主學習的環境，由傳統的“以教促學”的學習方式演變為學生通過新型信息化環境和工具來獲取知識和技能的新型學習方式，符合新一輪教學改革的教育理念，有助於學生核心素養的培養。虛擬現實和增強現實設備有多種，這裏分別介紹各種設備在教學中的具體應用。

（一）頭戴式虛擬現實和增強現實設備在教學中的應用

頭戴式虛擬現實設備一般包含頭戴式顯示器、位置跟蹤器、數據手套和其他設備等，分為移動虛擬現實頭盔和分體式虛擬現實頭盔。國外有臉譜、谷歌、微軟、三星等公司的虛擬現實頭盔產品，國內有微視酷、蟻視、暴風魔鏡、中興、樂視、華為、小米等100 多種虛擬現實頭盔產品。結合國內外的研究報告以及目前虛擬現實教育實踐情況，虛擬現實和增強現實技術在生物、物理、化學、工程技術、工藝加工、飛行駕駛、語言、歷史、人文地理、文化習俗等教學中均可應用。

學生使用頭戴式虛擬現實設備體驗學習時具有置身真實情境的沉浸式感覺，能給學生以絕佳的真實體驗， 使人如身臨其境，讓書本中的內容可觸摸、可互動、可感知。例如地理學科講述關於宇宙太空星際運行的課程時，在現實生活中學生無法遨遊太空，如果戴上頭戴式虛擬現實設備，就可以讓學生從各個角度近距離觀察行星、恆星和衞星的運行軌跡，觀察每個星球的地表形狀和內部結構，甚至能夠降落在火星或月球上進行“實地” 考察、體驗星際之旅等。虛擬現實頭戴設備， 手機掃描二維碼觀可看虛擬現實效果視頻。

（三）手持式虛擬現實與增強現實設備在教學中的應用

手持式增強現實設備多采用移動設備與APP 軟件相結合的方式。APP 有視+AR、AR、4D 書城、幻視、視AR、尼奧照照等，另外有多種增強現實圖書都有相配套的APP，如《機器人跑出來了》《實驗跑出來了》《恐龍爭霸賽來了》這套“科學跑出來”系列增強現實科普讀物有iRobotAR、iScienceAR、恐龍爭霸賽來了等多個APP，它們的原理都是採用手機攝像頭獲取現實世界影像，通過手機在現實世界上疊加虛擬形象的形式，實現增強現實的特殊顯示效果。有的APP 中提供了豐富的教育資源，如安全教育、科普讀物、識字卡片、益智遊戲等，特別適合兒童教育。使用方法有兩種：一種是手機APP 與相配套的紙質圖書一起使用，用手機攝像頭掃描圖書上的圖片，在手機屏幕上即可呈現出演示效果；另一種使用方法是運用APP 下載增強現實資源並與外界實景疊加即可呈現出演示效果。增強現實特效非常逼真，利用這些APP 進行學習，學習過程具有真實感、體驗感、沉浸感，增強了學生學習知識的興趣，可以達到寓教於樂的教學效果。

三、虛擬現實與增強現實技術在教學中應用的優勢分析

（一）虛擬現實與增強現實技術為學生自主學習提供了有利條件

虛擬現實和增強現實教學資源存在形式多種多樣， 根據採用的設備不同，可以將教學資源保存在網絡運營平台、桌面式設備、移動設備和紙質圖書裏，學生可以在不同的地方採用不同的設備調用虛擬現實和增強現實教學資源進行隨時隨地的自主學習。如果學生在課堂上有些知識點未能掌握，可以重新學習一遍，增加對知識的鞏固和理解，有時學生因為特殊原因未能在課堂上學習，也可以課後彌補，同時可以將虛擬現實和增強現實設備作為載體採用“翻轉課堂”或“微課導學”教學模式組織教學，為學生提供自主學習條件，教師也可以從繁重的重複性講解中解脱出來，有針對性地為學生答疑解惑，有助於傳統教學方式的變革。

（二）虛擬現實與增強現實技術為學生提供更加真實的情景

在傳統的教學課堂上，知識的傳輸主要通過文字、圖片、聲音、動畫和視頻的形式呈現。遇到比較複雜的情況，比如數學課的立體幾何、地理課的天體運動、物理課的磁力線和電力線、化學課的微觀粒子結構、生物課的細胞結構等，教師用語言很難把這些知識點表達得非常清晰，同時由於每個學生的理解力不同，教學效果也會因人而異，甚至初次學習這些知識的學生會得到“盲人摸象”般的感受。而採用虛擬現實和增強現實技術組織教學，三維立體效果的呈現可以彌補這樣的缺憾，能夠把知識立體化，把難以想象的東西直接以三維形式呈現出來，讓學生直觀感受到文字所表達不出來的知識，真實的情景可以幫助學生對知識的理解和記憶，使學生的想象變得更加豐富。

（三）虛擬現實和增強現實技術能提高學生的學習興趣

由於虛擬現實和增強現實技術具有視覺、聽覺和觸覺一體化的感知效果，學生具有真實情境體驗、跨越時空界限、動感交互穿越的感受，能身臨其境般在書海里遨遊，讓書本中的內容可觸摸、可互動、可感知。身臨其境的感受和自然豐富的交互體驗不僅極大地激發了學習者的學習動機，更給學習者提供了大量親身觀察、操作以及與他人合作學習的機會，促進了學生的認知加工過程及知識建構過程，有利於實現深層次理解。傳統的學習方式讓很多學生覺得枯燥乏味， 為了應付考試不得不去死記硬背，但很多知識學生考完之後很快會忘得一乾二淨，而採用虛擬現實和增強現實技術組織教學，新穎的學習方式和豐富多彩的學習內容能夠極大地提升課堂教學的趣味性，生動形象的場景會加強學生的記憶，激發學生的學習興趣。“興趣是最好的老師”，興趣也是學生學習新知識的不竭動力。

（四）虛擬現實和增強現實技術應用能促進優質資源均衡化

我國幅員遼闊，地區之間貧富差距較大，存在教學資源分配不均的情況。經濟發達地區無論是軟硬件配置， 教學師資和教學資源都非常豐富，而經濟落後、地域偏遠的山村學校學生連接受最基本的教育都難以實現。各級政府和教育主管部門都在大力推進教育均衡發展，加大教育投資力度，而虛擬現實和增強現實技術應用將是解決城鄉教育資源不均衡問題的一把金鑰匙，有利於緩解教育資源兩極分化，擴大優質資源的分享範圍，能讓教育資源不再受限於地區和學校，讓教育發達地區的名教師通過虛擬現實和增強現實課堂走進山村學校，能通過整體優化教育資源配置，來縮小城鄉差距，實現教育公平，同時這也是教育扶貧的較佳途徑。

四、虛擬現實和增強現實技術在教學應用中存在的問題

雖然虛擬現實和增強現實技術在教學中的應用可以改變傳統的教學方式、提高學習興趣、實現教育均衡發展，但虛擬現實和增強現實技術發展還處在初級應用階段，在技術瓶頸、資源開發、教學內容和推廣普及等方面還存在很多問題。

（一）虛擬現實設備應用中的眩暈問題

人們在使用虛擬現實設備時會出現眩暈感，從硬件結構來看，由於現在的科技還無法做到高度還原真實場景，許多用户使用配置達不到要求的虛擬現實產品時會產生眩暈感；虛擬現實界面中的視覺反差較大，實際運動與大腦運動不能夠正常匹配，影響大腦對所呈現影像的分析和判斷，從而產生眩暈感；虛擬現實設備的內容有相當一部分資源是從PC電腦版上移植過來的，UI 界面不能很好地匹配虛擬現實設備，不同的系統處理上也無法達到協調統一，畫面感光線太強或太弱都不能讓用户接受；虛擬現實設備幀間延遲跟不上人的運動，會有微小的延遲感，當感官與幀率不同步時也會讓使用者產生眩暈感。

（二）虛擬現實和增強現實技術在教學中資源短缺

目前虛擬現實和增強現實產業剛起步，軟硬件設施不完備，開發人員技術力量不足，很多學校未配備虛擬現實和增強現實設備；中國小校的很多教師還沒有接觸過虛擬現實和增強現實，不知道如何在教學中應用，更談不上如何去開發虛擬現實和增強現實教學資源。因此，針對中國小教學所開發的虛擬現實資源很少，課程資源短缺是虛擬現實和增強現實在中國小推廣的最大瓶頸。但隨着虛擬現實和增強現實技術的迅猛發展，將虛擬現實和增強現實技術應用於教學勢在必行，未來虛擬現實和增強現實技術在教學中的應用勢必帶來課堂教學方式的顛覆性改變。

（三）虛擬現實和增強現實教學平台和資源的設計重形式輕內容

當前很多虛擬現實教育平台都只是在一個3D 視頻或虛擬現實軟件遊戲的基礎上構成虛擬現實教學。雖然學生在虛擬世界玩得津津有味，課堂氣氛很活躍，學生互動、交流和討論很熱烈，表面上看學生得到了沉浸式的體驗感，但是有些虛擬現實教育平台所提供的知識點講解還停留在現實世界中，課本內容的單調、枯燥並沒有因軟件的存在而得到緩解，知識要點的講解沒有變得更加生動、有趣和有針對性，這種只重視形式而不重視內容、教與學完全脱節的虛擬現實課堂只能稱為“偽虛擬現實課堂”。

（四）虛擬現實和增強現實設備價格較高和技術條件限制導致普及困難

企業的前期研發成本較高、設備銷售量較少，導致多數虛擬現實和增強現實設備銷售價格居高不下， 很多學校因資金問題望而卻步，無力購買售價高昂的虛擬現實和增強現實設備，進而導致虛擬現實和增強現實技術在學校的推廣普及步履艱難。大多數虛擬現實軟件普遍存在語言專業性較強、通用性較差和易用性差等問題。受硬件侷限性的影響，虛擬現實軟件開發花費巨大且效果有限。另外在新型傳感應用、物理建模方法、高速圖形圖像處理、人工智能等領域，都有很多問題亟待解決。三維建模技術也需進一步完善，大數據與人工智能技術的融合處理等都有待進一步提升。以上諸多原因的存在制約了虛擬現實和增強現實技術在中國小教學中的推廣和普及。

五、虛擬現實和增強現實技術在教學應用中的前景展望

虛擬現實和增強現實技術發展對未來教學形式的影響

隨着科學技術的迅猛發展，在雲計算、霧計算、物聯網、“互聯網+”、大數據、人工智能突飛猛進的新時代背景下，虛擬現實和增強現實技術與人工智能、大數據和物聯網融合，將會讓虛擬現實和增強現實技術應用如虎添翼。

隨着虛擬現實和增強現實軟硬件設備的性能提升和價格降低，會有更多的教育投資公司開發出更加豐富多彩的教學資源，讓虛擬現實和增強現實技術快速走進中國小課堂，在教學中大面積應用普及。依託其具有的沉浸性、交互性、構想性、虛實結合、實時交互和三維配準等超級體驗感的優勢，教師的教學方式和學生的學習方式都將會發生改變。虛擬現實和增強現實技術在教學中的應用普及將會顛覆傳統的教育方法和教學形式，具有巨大的應用潛力與應用前景。

六、展望未來

人工智能、大數據分析與虛擬教育（VR 教育）被稱為影響未來的三大科技創新方向。未來的虛擬現實和增強現實技術將結合更多高新科技元素如人工智能、雲計算、大數據和移動技術等，而隨着虛擬現實和增強現實技術的發展，其在教育領域的發展前景也將會越來越廣闊。虛擬現實和增強現實學習環境帶給我們的不僅僅是一個技術平台或工具，更會孕育出一種新型的教學模式和教學方法。將虛擬現實和增強現實技術廣泛地應用到課堂教學中，對於貫徹落實教育部關於“發展未來學校”和“智慧課堂改革”的設想有重大意義。虛擬現實和增強現實技術能夠將虛擬對象與真實環境相融合，通過其較強的交互性能給學生帶來更多的學習樂趣， 併為學生提供一種新的學習媒體和學習體驗，促使學生在愉悦的狀態下進行移動學習、自主學習、項目學習和創客學習。依託虛擬現實和增強現實技術為創客教育的載體，能讓學生通過自主探究、跨界融合、團隊協作、開拓創新來提升核心素養。讓虛擬現實和增強現實技術與教育完美結合，快速走進中國小課堂，將為開啟未來教育創新之路做出巨大貢獻。