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【关键词】教学情境 虚拟 真实 虚实相生
【中图分类号】G623.5 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2014)08-0132-01
教学情境是学生掌握知识、形成能力、发展心理品质的重要载体,是沟通现实生活与数学学习、具体问题与抽象概念之间的桥梁。不同的内容需要创设怎样的教学情境,都要把握一条原则,那就是为学生的数学学习服务,为学生更好的学习数学服务。所以,情境创设不只是一堂课的简单铺垫,而应成为开启学生智慧之门的钥匙。因此,教师应深入挖掘情境与数学问题之间的内在联系,并使情境为整节课的发展服务。那如何创设教学情境?需要创设什么样的教学情境?教学情境要把握什么原则呢?通过业务学习并结合平时的课堂教学实践,本人认为可从以下几个方面谈下自己的观点:
一、“真实”的教学情境
我们常说数学学习要和生活情境相融合,使数学知识生活化,赋予数学生活气息,让学生觉得所学习的内容是和实际生活息息相关的,给数学找到生活的原形。在教学过程中选取的情境必须以现实为背景,应当是“真实”的。所创设的情境有时可以与生活实际发生偏差,但不能偏离实际生活,这样才能体现教学情境的真实性。
如在教学《分数的初步认识》一课时,老师和同学们从探讨4个苹果分给2个小朋友入手,再到1个苹果分给2个小朋友。学生们借助生活经验很快得到每个小朋友应得到“一半”。这时,教师并没有直接出“1/2 ”,而是创设了让学生自己设法表示出“一半”的活动情境。结果有的同学用图形表示,有的同学用半张纸表示。这时教师并没有急于对这些表示方法进行评价,而是介绍了数学表示方法“ 1/2 ”,并对意义进行了讲解,所有的学生都认识到了“几分之一”这种表示方法的简捷性,欣然接受了分数这个新朋友。
在创设教学情境时,我们应尽可能地与生活联系起来,采用真实的生活材料。虽然有些材料为适合课堂教学需要做一定的加工处理,但其基本信息应该是真实的,可信的,这样才能保证数学“源于生活”的概念。
二、“虚拟”的教学情境
情境创设的内容要从学生的年龄特点出发,取材于学生喜闻乐见的材料。如果教师教学方法单一,教学氛围枯燥,小学生尤其是低年级的小学生在学习数学时往往会更多地感受到数学教学的抽象性与单调性,而逐渐对数学学习失去兴趣。而创设“虚拟”情境就是一条非常适合低年级孩子的路子。每一个教学情境的创设都有一个背景,低年级的数学课堂“动物王国”故事情境横行,这是真实的情境吗?不是,是“虚拟”的。但是学生一个个兴趣盎然,甚至我们听课的老师也不知不觉融入其中。这样的情境符合低年级学生的思维特点,激发小学生学习数学的兴趣,达到了很好的教学效果。
例如教学一年级的“统计”一课,我把教学环节编成这样一个故事:“今天动物王国的大象要过生日,小动物们来祝贺,他们给大象送来的礼物是各种颜色的鲜花,大象招待小动物的是各种好吃的水果。”学生在这样一个生日会的虚拟情境中去学习“统计”,兴趣浓厚,收到很好的效果。使学生感觉到学习数学是一件有意思的事情,从而愿意接近数学。
情境的创设有的可以完全艺术创造,有的要与生活实际适当结合,避免在情境上让学生“有刺挑”,“虚拟”的情境也应该符合起码的生活逻辑。如在教学“几和第几”时,创设一个动物跑步竞赛的动画情景,结果是小鸡第一,小鸭第二,小猫第三,小狗第四,许多同学肯定会表示不同意,认为小狗跑得最快,应该小狗第一。虽然这是虚拟的情景,但“虚拟”不等于“虚假”。
三、虚实相生,相得益彰
教学情境的创设虚中有实,实中有虚,“真实”与“虚拟”这二者是否可以融合?比如在复习“量的计量”一课时,王老师创设了去太空旅游的情境,向学生详细介绍了所乘坐的宇宙飞船的一系列信息,包括太空舱的容积、发射宇宙飞船的火箭的长度、总质量等。随后让学生找找其中用到了哪些计量单位。李老师教学此课时则拿自己当模特,让学生猜猜老师的身高、体重,估一估,老师准备的一张长方形卡片的长、宽及面积,最后让学生说说上面都用到了哪些计量单位。两种不同的教学情境,达到的教学效果都很好。王老师采用“虚拟”的教学情境,紧紧抓住了国内的重大事件,具有鲜明的时代性,满足了学生对太空对宇宙飞船的“好奇”。李老师以生活为契机,借学生所熟悉的生活事物与现象入手来创设情境,使学生将生活与数学相结合,在生活情境中学习数学,激发学生的学习热情,易于学生理解和接受。
一、教学语言去模糊化,培养准确性
【例1】六年级“比赛的场次”的教学片段。
师:京沪高铁从枣庄到天津有7个站,共有多少种不同的票价?
生1:6+5+4+3+2+1=21(种)。
师:他的想法很好。谁再来说一说?
生2:老师,我有不同的想法。如果每两站或几站之间的票价有相同的,那就没有21种票价了!
(教师不知所措,无法应对)
“票价”种数和“车票”种数是不一样的。现实生活中,站点的远近不同,票价可能相同,但因站点是不同的,所有车票种类是不同的。如第一站到第二站与第二站到第三站火车的票价可能相同,而车票是不同的。所以教师提问时应该说:“京沪高铁从枣庄到天津有7个站,共有多少种不同的车票?”这样就没有争议了。
数学中的概念、性质、公式、定律都有它特定的内涵和表达方法,有时一字之差就可能造成严重的概念性的错误。譬如“数位”和“位数”,“增加了”和“增加到”都是截然不同的概念,有着本质的区别。教学语言必须遵行语言的标准和规范,只有在规范的基础上才能准确地使用语言。
二、教学语言去片面化,培养科学性
【例2】《体积和容积》的教学片断。
为使学生直观地了解体积的概念,教师将一个马铃薯慢慢放入透明的塑料杯,直到马铃薯完全淹没在水中,然后让学生说说发生的现象。
生1:水位慢慢上升了。
师:水位为什么上升了?是不是水多了?
生2:水没有增多,是马铃薯把水挤上来了。
师:她用了个“挤”字,多好啊! 为什么水会被马铃薯“挤”上来了呢?
生3:因为马铃薯要占一定的空间。
生4:因为马铃薯要占一定的位置。
师:空间?位置?这里用“空间”好,还是“位置”好呢?
生5:马铃薯是立体的,所以用“空间”。
生6:可以说马铃薯占的空间大,但不能说马铃薯占的位置大。
……
经过讨论,学生觉得用“空间”比较好。
在这个案例中,学生回答“马铃薯要占一定的位置”是教师在课前的预设中没有考虑到的,但是通过对“空间”和“位置”这两个词的推敲和比较,使学生对体积这个三维空间的概念有了更进一步的认识,培养了学生的概括能力,也使学生对数学语言的准确性有了切身的体会。
三、教学语言去定势化,培养开放性
【例3】教学圆的面积后,给出题目:下面三幅图中正方形的面积都是40平方米,计算每个圆的面积各是多少平方米。
图1 图2 图3
解决这类圆面积的题目,学生往往束手无策,因为他们认为S=πr2,找不到圆的半径,就求不出圆的面积。造成这样的原因是多方面的,和我们平时教学的提问脱不了干系。回想在初次教学圆的面积时候我们都是这样引导的:“要求出圆的面积‘必须’先找到什么条件?” 这个“必须”就造成了思维的定式,不利于学生的学习,不利于思维的创新!对此不妨改为:“要求出圆的面积 ‘需要’先找到什么条件?”这两个提问只有一词之差,但“需要”一词给学生解决问题提供了广阔的空间,学生能够意识到要求圆的面积可以先找半径,也可以先找半径的平方是多少。显然解例3时知道了半径的平方是多少(即图中正方形的面积),再直接乘π的值就可以轻松求出圆的面积。
一、挖掘教材资源,适时进行可持续发展教育
在小学数学教材中有丰富的环境教育素材,教师在课堂教学中要有意识地挖掘教材资源,选择有利于学生学习的、形象生动的素材,充分发挥环保素材的教育意义。在传授数学知识的同时,结合小学生的现实生活,在其中渗透环境保护知识,潜移默化地对学生实施可持续发展教育。
1.保护水资源。例题:一个滴水水龙头每天会浪费掉1.5千克的水,那么每年大约会浪费多少水?
2.吸烟的害处。例题:2012年某国由于吸烟造成的死亡是32520人,是机动车引起死亡的12倍,那么由于吸烟造成的死亡人数比机动车引起的死亡人数多多少?
3.爱护树木。例题:①山上种有柏树和松树,其中柏树有210课,比松树少90棵,那么山上有多少棵松树?②1公顷森林在生长季节内5天能够吸收4.5吨的二氧化碳,那么800平方米的森林每天能够吸收多少二氧化碳?
4.水土流失的严重性。例题:①地球上每天有800万吨的水土流失,这些流失的水土如果用能装10吨的卡车来运,需要多少辆能运完?②每辆卡车长度是8米,如果将这些车排列起来,总长度是多少?
在课堂教学中,让学生通过计算了解到环境保护的重要性,增强学生的可持续发展观念。如果学生发现800万吨流失的水土需要80万辆卡车才能运完,这些量化信息就会使学生感到惊讶,感受到水土流失的严重性。
此外,除了教材中已有的环境保护和可持续发展教育素材,教师要主动学习和小学数学有关的环境知识,寻求数学知识中包含的环境问题,将数学学习与可持续发展教育有机结合,增强学生的环保责任感。
二、开展实践活动,感受环保的重要性
在教学“校园的绿化面积”这一内容时,可将学生进行分组,让学生先上网收集校园绿化设计的资料,调查可进一步进行绿化的地点,设计出校园绿化方案,并计算出校园绿化所需的成本,最后由每组派代表向全班做方案介绍。
1.校园绿化方案设计过程。①分组确定校园里所需绿化的地方。②指导学生通过图书、网络查找出适合种植的植物资料。③充分运用所学的图形知识,设计出绿化方案,并分别计算各类植物的种植面积。④根据每种植物的价格,计算出整个绿化过程所需的成本。
2.各小组派出代表展示绿化设计方案。在数学课堂上,各小组分别展示绿化设计图,并介绍本组的校园绿化方案。再在各组间互相讨论,评出哪种绿化方案能使校园最美丽,哪种方案最经济合理。教师可指导学生将所有绿化方案集合起来,办成专刊,进行全校展览。
三、利用废物制作绿色学具,强化可持续发展意识
在教学过程中,要尽可能使环境知识和可持续发展观念贴近学生的生活实际,使学生能更好地了解如何在生活中保护环境。如,让学生知道生活中的废物是如何产生的,如何减少废物的出现;让学生了解哪些废物是不可再利用的,哪些废物是可以再利用、可以反复使用的。引导学生在生活与学习时,主动、仔细地观察,积极思考,利用一些废弃物制作学具,变废为宝,这样既能提高教学效率,又能将可持续发展观念贯穿于数学课堂中。这样的课堂活动不仅能激发学生参与的积极性与主动性,还可在培养数学思维、提高空间想象力的同时,增强学生的环保意识和可持续发展观念。
在教学“圆柱体体积”时,可指导学生收集废弃的易拉罐作为学具使用;在教学“长方体和正方体”时,可让学生在课余时间收集废弃的火柴盒、饮料盒、牙膏盒等作为学具。还可开展有关环保的讨论,让学生意识到自己在实际生活中不自觉地在制造污染,破坏环境,指导学生从我做起、从小事做起,在生活与学习活动中注意节约资源,减少废物的出现,避免废弃物污染对周围环境造成的影响。这样的教学实践在提高小学数学课堂教学质量的同时,可以强化学生的可持续发展意识。
【关键词】中小学;美术教师;继续教育
【中图分类号】G633.955
0.引言
在新课改的背景下,我国大力实施科教兴国,人才强国的战略,以培养社会所需的高素质人才为主要目标。学生的综合素质不仅包括了知识的学习能力,还包括了其自身的道德品质、审美与表达等多个方面,其中审美与表达包括了感受美和表达美两个方面。美术课是其接受美学教育的重要课程,美术教师对学生形成美的感受能力和表达能力将产生重大的影响。因此,中小学美术教师的素质能力应与时代的要求相适应,在教学的同时应注意自身的继续教育,将专业理论学习与实践教学活动结合起来,与学生一起成长,全面提高我国公民的综合素质。
1.中小学美术教师继续教育的现状
在新课改的背景下,虽然美术课程的改革已经进行了多年,但是各地各校的发展并没有取得平衡,效果也并不明显。其主要原因有三个方面:一是中小学美术教师没能及时更新自己的教学理念,自身的理论知识和教学技能没有得到有效提高。新课改要求教师要及时总结教学经验,运用新的教学理念和方法来进行教学活动,充分发挥自己的聪明才智,结合学生的实际情况来进行教学[1]。目前普遍的中小学美术教师并没有按新课改的要求来进行教学活动,导致不能适应当前的教学要求。二是中小学美术教师的教学能力跟不上自身的专业技术能力,他们在教学方面缺乏理论知识的指导,不能找出适合既自己也适合学生的教学方案,导致教学效果不理想。由此可见,美术教师应根据社会发展的需要,提高自身的教学水平,加强自身的学习[2]。三是在我国很多地区,尤其是偏远的农村地区,中小学美术课程都是由其他课程的老师代课,缺乏专业性,这就更需要通过继续教育来提高美术教师的专业水平和教学能力。
2.对中小学美术教师继续教育方法的思考
2.1及时更新继续教育的内容
传统的继续教育内容重点在教师的思想教育和心理教育,通过实践可以看出,这种继续教育对教师的教学效果并没帮助。对于中小学的美术老师来说,可以根据教师自身实际情况来选择提高自身专业知识以及教学能力等。继续教育培训的内容应针对教师在教学上反馈的问题,体现对美术教师内在素养的培育与外化知识技能更新转化的需求来进行及时地更新,在特定教学情境下解决教育教学问题的能力培养。因此可以把反思性、探究性、互动性、情境性和实践性等内容作为选修课添加进去,在提高教师文化素养的同时,充分发挥教师的特长,培养其创新能力,使教师能够得到长足的发展[3]。更新继续教育的内容应根据教师的实际需要来制定,为其教学活动多提供些帮助。
2.2继续教育应注重提高教师教学的专业水平
美术教师要想加强自身的学习,提高自身的教学水平就应该接受继续教育培训,学习新理念。首先,强调以学生为中心的教学理念,让教师学会注重培养学生的观察和探究习惯,指导教师在教学中合理的启发和引导学生。其次,指导教师培养学生的思维能力和想象力。改变传统美术教育中以模仿为主的模式。最后,指导教师充分调动学生学习的积极性,学生是学习的主体,现代化教育对美术教学在调动学生积极性采取了切实可行的措施。让教师充分学习调动学生积极性的教学方法,可使其自身的教学水平及效果能够有所提高。
2.3采用灵活多样的继续教育途径
传统的继续教育对教师的培训是行政指令性计划为主,培训往往都是统一内容、要求和进度等。继续教育的形式基本上是采取短期集中面授,以传授系统理论知识的课堂讲座教学为主,缺乏灵活性与多样性;教学方法也是比较单一,忽视了个体之间的差异性,例如对学员在受教育背景、教龄、经验、职称、能力以及教学的理念、态度、情感等方面,这常常使得教师在培训时常处于被动的地位,对继续教育缺乏积极性。这就要求对教师的继续教育应采用灵活多样的形式和方法,采用集中培训、业余培训、脱产培训等多种形式相结合的培训方法。充分尊重教师之间的水平和需要差异,鼓励教师朝个别化、个性化发展。
2.4采用现代化的继续教育手段
科学技术的快速发展使知识的更新速度不断加快,教师的继续教育也应以先进的科学技术为依托,用现代化的教育手段改变传统的教育模式。美术教师的继续教育可以建立以远程教育为主体的教师培训网络,这种教学手段具有灵活性和开放性。它能够使美术教师接触到世界上最新的知识和技术,在最短的时间内了解到与自己教学相关的内容,利于教师更新教学理念和教学方法[4]。通过网络来辅助教师的教育培训工作,既方便又快捷。
2.5鼓励教师参加各种形式的进修
据调查有80%以上的中小学美术教师都认为工作后的继续教育是非常必要的。社会对人才的要求在不断提高,教师只有不断加强自身的学习才能满足社会发展的需求。为鼓励中小学的美术教师参加各类进修学习,相关的教育行政管理部门应从政策导向上给予他们以正确的引导,多提供一些公费或自费进修的机会,还可以建立一系列的竞争制度和学历达标制度从继续教育质量上给予他们提供更大的吸引力,提高美术教师继续教育的积极性。
3.结语
综上所述,中小学美术教师的继续教育既是国家新课改的要求,也是教师自我进步、自我提高的需求。素质教育在要求教师注重培养学生的审美能力的同时,也给美术教师的工作带来了更高的要求。这就要求中小学的美术教师应更新教学理念,在进行教学活动的同时也要接受继续教育,注重自身的进步与发展。从自身的实际情况出发,根据社会对中小学美术教师的要求来进一步完善自己,使自己成为符合社会和教学需求的新型教师,争取培养出更多的高素质人才。
【参考文献】
[1]邓坤.新课程视阈下中小学美术教师继续教育模式的选择[J].大家,2010,23(12):89-90.
[2]石妙春.浅析当前中小学美术教师教育发展中的生长性问题[J].中国科技信息,2010,34(02):78-79.
一、小学数学语言要准确规范、严谨简略
小学数学语言要准确规范,它的准确性是指数学教学语言应该是严谨的、准确无误的语言。数学中的概念、性质、公式、定律都有它特定的内涵和表达方法,有时虽然只有一字之差,也可能造成概念性的错误,即比是指两个量(或数)的倍数关系,除法是一种运算,分数是一个数。另外,读音要准确,作为教师要坚持并且要用尽可能准确的普通话教学,避免在传递教学信息时因使用方言而使学生对数学知识发生误解。在教学中多音字也要读准,方言和习惯读音要改用标准音去读。教师的语言在准确的前提下,还要干净利落,不拖泥带水。有些刚走上讲台的教师之所以不能在40分钟内完成教学任务,一个很重要的原因就是怕学生听不懂,返来复去、不厌其烦地讲,使课堂中有限的时间在与讲课内容无关的废话中悄悄地溜走,结果使教学重点得不到突出,学生又产生厌烦情绪,影响了教学的效果,为了克服上面的问题,必须在备课时精心设计好问题,尽量不说与讲课内容无关的话。教学“正比例的意义”以后,怎样判断两种相关量成正比例,可以这样小结:“两种相关联的量中相对应的两个数的比值或商一定,这两种量就成正比例”。这样的总结简单明了,学生易于掌握。因此,我们每一位教师在教学中要特别注意自己教学语言的严密和准确,不能任意使用日常生活语言来解释,表达数学知识,更不能出现含糊不清,模棱两可,甚至于前后自相矛盾和错误的语言。
二、小学数学教学语言要启发性强
孔子说过:“不愤不启,不悱不发。”(悱,这里指教师有意不说出结果、答案)在教学过程中,要变学生的被动接收信息为主动地获取知识,这就要求教师要启发学生通过看、想、做等认识活动来掌握。如,教“圆的周长”一节时,老师拿出一个呼拉圈,问学生,你能计算出它的周长吗?学生回答能量出它的周长(因为学生没有学计算圆周长的方法)。用什么量?怎样量?(用皮尺绕一周)还能用什么量?(先用绳子绕一周,然后再用皮尺量绳子长度)还可以用什么方法量呢?(在地上滚圈,然后量地上滚动一圈的长度)教师充分肯定学生的做法, 想法很好,想像很丰富,然后接着问, 如果给你们一个非常大的圆,还容易量周长吗?有没有简单方法来计算圆的周长呢?通过老师做实验得出:圆的周长和它的直径密切相关,圆的周长总是它直径的3倍多一些,3.1415926~在 3.1415927之间,这个数是个固定的数,叫圆周率。现在同学们说说看,只要知道什么,就能求出圆的周长?上例中,教师用了一系列启发性提问,不断点燃学生思维的火花,调动学生的学习积极性,使学生自主掌握知识。
三、小学数学教学语言要形象有趣,通俗易懂
小学数学教学语言既非书面用语,又非口头用语,要通俗明白,使学生听得有滋有味,教师应该使抽象的概念具体化,使深奥的知识明朗化,用自己深厚的文化底蕴教给学生丰富的数学素 养,通过驱动学生的数学想象,来达到培养学生数学能力的目的。例如:在教学“时、分、秒的认识”时,为了揭示课题,教师先让学生猜谜语:“兄弟三人来赛跑,个子有矮也有高,他们会走没有腿,他们会说没有嘴。会告诉我们在什么时候睡,什么时候起、什么时候上学去。”当同学们猜对后,教师很自然的引出课题:“今年我们来认识钟面”。这样既有趣味性又自然地把学生学习动机、兴趣吸引到新知识的学习上来。
四、小学数学教学语言要幽默风趣
幽默是一种较高的言语境界,它富有情趣,意味深长,小学数学教师的语言幽默,其作用是多方面的:幽默可以激活课堂气氛,调节学生情绪。学生心情舒畅地学习与惶恐畏惧地学习,其效果是大不相同的。教师要善于借助幽默的语言去创造有利于师生情感沟通的课堂气氛,针对学生不注意分析已知条件,忽略隐含条件而引发出错误的证题思路,结合当今中学生错别字较多 的情况,我分析题意后说:“这位同学的思想走到“邪“路上去了”,故意将“邪”读成“牙”,引起学生轰堂大笑,这既提高了学生认真分析已知条件的重要性,又告诉了学生“重理轻文”的思想要不得。幽默可以提高批评的效果,让课堂违纪的同学心悦诚服,教师在课堂上遇到某些特殊情况时,假如控制不住自己的情绪和理智,动不动对学生发火训斥,其弊端是众人皆知的,如果用幽默的语言来处理,其作用和效果就大不一样。幽默可以开启学生的智慧,提高思维的质量,课堂教学的幽默,应和深刻的见解、新鲜的知识结伴而行,教给学生理智,学生会产生会心的微 笑,获得美感享受。
关键词:虚拟现实技术;医学教育;桌面式虚拟现实;沉浸式虚拟现实;增强现实
目前虚拟现实技术已经应用到娱乐、制造、军工、医疗、教育等各个行业。医学教育与其他教育有所不同,医学教育不仅要讲述医学知识,还要结合医学领域的最新发展动态,更要着重培养学生的动手能力。医学教育具有实验资源和临床机会有限、教学内容抽象等特点,可通过具有虚拟性、沉浸性、互动性、多感性等特点的虚拟现实技术更真实、形象地展示教学内容,从而增强学习者的积极性、提高其感知力和想像力,甚至可以让学生自己调控学习节奏,进而提高教学质量。
1虚拟现实技术的特点与种类
虚拟现实是通过计算机技术生成一个接近于真实世界的虚拟环境。这个虚拟环境不仅可以提供逼真立体的视觉,还能提供听觉、味觉、触觉、嗅觉等多种感觉,使得用户可以完全沉浸其中,并且可以与其进行交互。通常根据用户对虚拟世界沉浸度和交互方式的不同,将虚拟现实技术分为三大类:桌面式虚拟现实、沉浸式虚拟现实和增强现实。本文详细介绍这3种技术的概念和特征,分别探讨这3种虚拟现实技术在医学教育领域的应用及其优缺点。
1.1桌面式虚拟现实
桌面式虚拟现实系统利用计算机图像等技术构建一个模拟的3D空间,一般可通过显示器在二维平面显示三维模型图像,通过键盘和鼠标实现人机交互。桌面式虚拟现实系统的实现较为简单、技术相对成熟,但它不能完全与现实空间相隔离,用户还是会受到外界环境的干扰,与虚拟模型的交互也只是简单的选择、拖拽、旋转等操作,相较于真实环境的互动还有很大差距。
1.2沉浸式虚拟现实
沉浸式虚拟现实技术利用计算机3D图像处理技术、传感技术、多媒体技术模拟产生一个3D的虚拟空间,用户可以借助特定的输入设备(工作站、虚拟现实手套、虚拟现实手柄、三维位置传感器等)和输出设备(头盔显示器、PC显示器、手机、耳机等)与该虚拟空间进行交互。通过3D图像处理技术,用户带上头盔显示器能产生立体的视觉;通过音频处理技术,用户的左右耳可以感受到不同的立体声音;在虚拟手套中增加触点等方式让用户体验到触觉。因此,沉浸式虚拟现实使得用户在虚拟空间中沉浸度更高,达到视觉、听觉和触觉等多感官的模拟。通过虚拟现实手柄和虚拟现实手套,用户可以进行自由操作;通过位置传感器对用户的运动进行实时跟踪,根据用户的运动轨迹实时变换用户的视角;通过虚拟现实手套实时获得用户手部的姿态;通过力学反馈装置用户可以施加不同大小的力,系统根据用户力的大小使虚拟物体发生形变。因此,沉浸式的虚拟现实可以让用户实时操控一个虚拟世界,如同在真实世界中的互动。沉浸式虚拟现实技术与桌面式虚拟现实的区别在于:(1)多感知:桌面式虚拟现实只能给用户提供视觉这一种感觉,而沉浸式虚拟现实通过虚拟现实头盔提供视觉,通过耳机实现听觉,通过虚拟现实手套实现触觉,通过手柄实现力觉,可为用户提供多种感觉的互动。(2)沉浸感:沉浸式虚拟现实完全与现实世界相隔离,创建的虚拟空间十分逼真,并通过多感知让用户如同在真实世界中。(3)交互性:沉浸式虚拟现实可让用户的手通过虚拟现实手套等设备在虚拟空间内部与虚拟对象进行交互,同时可感觉到虚拟对象的重量等。桌面式虚拟现实系统只能通过鼠标在虚拟对象的外部进行操作。
1.3增强现实
增强现实(AugmentedReality,AR)技术是沉浸式虚拟现实的一种变体,区别在于增强现实将虚拟的3D对象和真实环境相结合[1]。AR技术仍需使用头盔显示器、虚拟现实手套等设备。AR技术还具备虚实结合、互动性、实时性和三维配准的特点。(1)虚实结合:沉浸式虚拟现实形成了一个完全合成的3D空间,用户无法感知到真实的世界。AR技术允许用户看到真实的世界,它将虚拟出来的物体叠加到真实世界。(2)互动性和实时性:AR技术将现实和虚拟世界相结合,就需要AR技术可以准确地根据现实世界的情况来合成虚拟对象,用户借助虚拟对象来完成现实世界的任务,因此需要AR技术必须具备实时性和互动性。(3)三维配准:可以实现虚拟对象和真实世界相互匹配,通过进行三维坐标的配准来实现。
2虚拟现实技术在医学教学中的应用及其优势
医学教学存在专业名词多、结构复杂、实验对象特殊的特点。传统的医学教学一般采用理论及实验教学的方法,教学资源有多媒体课件、教科书、图谱、视频、尸体标本、教学模型等。这些传统的教学资源一直沿用到现在,但在教学中存在一些问题,如教科书、图谱、课件等只能呈现二维平面的图像,没有立体效果也不能进行实时互动。应用虚拟现实技术能够克服这些缺点,为医学教学提供先进的教学方法。
2.1桌面式虚拟现实的应用及其优势
目前,桌面式虚拟现实系统已经在基础医学、中医等多个领域发挥着重要的作用。基础医学应用较广泛的是虚拟解剖人体。随着美国、中国、韩国等相继开发了本国的虚拟数字人,国内外已经先后建立了多套桌面式的人体解剖学虚拟仿真软件,如中国数字人公司中国数字人系统、上海桥媒公司3Dbody软件等。这些软件既可以弥补尸体标本的不足,方便教师进行课堂教学,又可以更加直观、灵活地让学生进行课堂和课外学习。除此之外,桌面式虚拟现实系统还包括基础医学实验的仿真软件、中医穴位的虚拟仿真系统等。这些应用可以作为学生实验和操作前的指导工具,模拟实验的操作过程,学生可以不限次数的重复操作演练虚拟模型,教师在一旁加以指导,纠正他们在操作过程中的错误。这样既可以有效降低实验风险,又有助于提高教学质量。在医学教学中使用桌面式虚拟现实系统有以下优势:(1)使用方便:只需要一台PC机就可以显示出3D效果,方便教师进行课堂教学和学生进行课下学习。(2)立体直观:桌面式虚拟现实软件可以提供虚拟的3D场景,如在解剖学实验中,学生可以看到各个组织器官的名称、位置结构以及周围神经血管的分布状态,各个组织器官的位置关系,也可以移动、分割、放大、缩小、旋转各个组织器官。这样学生可以非常直观地学习人体结构。(3)提高教学效率:桌面式虚拟现实可以提供多视角的3D模型,让学生了解解剖结构并建立组织器官之间的结构关系,进而加强对人体结构名词的记忆。学生可以反复在课下进行医学实验的演练,进一步提高教学效果。(4)降低教学成本:桌面式虚拟现实系统开发难度远低于沉浸式虚拟现实和增强现实,可以节约实验资源,提高学生的学习效率与质量。当然,桌面式虚拟现实系统也存在不足。在模拟实验及手术时,桌面式虚拟现实系统无法让用户触摸到真实的物体,如在中医针灸疗法的学习中,学习者无法感知到施针的方向和力度,仅能通过鼠标进行点击,与医学真实的实验及手术差距较大。
2.2沉浸式虚拟现实在医学中的应用及其优势
随着VR硬件设备的不断升级和配套计算机技术的逐渐成熟,沉浸式虚拟现实在各领域的应用产品层出不穷。Google、Oculus、HTC等公司保持着高密度VR产品的推出,国内也开发出了3Glasses、蚁视、暴风魔镜等VR头盔显示器。沉浸式虚拟现实硬件的价格逐渐降低,VR配套开发软件逐渐成熟,开发应用于医学教学和临床手术指导的沉浸式虚拟系统已成为可能。在医学教学实践中,学生佩戴头盔显示器,通过沉浸式虚拟现实系统,避免现实世界的干扰,完全沉浸在虚拟教学当中,可以把书本的知识立体地呈现在三维场景当中。2016年,DeFaria等[2]在进行神经解剖课程的教学中运用了沉浸式虚拟现实技术,采用VRWorx2.6软件制作海马体心室表面的虚拟现实3D互动视频。学生在学习后分别进行理论和实验操作测试,结果显示沉浸式虚拟现实系统相较于传统教学而言,并不是单纯地为了让学生记忆人体解剖结构名称,而是让学生更好地了解人体解剖结构。2016年,HuangHM等[3]对使用VR4-MAX沉浸式虚拟现实系统进行医学课程学习的167名大学生进行问卷调查,通过调查学生的学习态度,发现沉浸式虚拟现实技术对学生的感知性有积极的影响。在临床手术培训过程中,沉浸式虚拟现实系统已经应用于眼科手术、微创手术、内窥镜手术、骨科手术、牙科手术等医疗培训[4]。
相比于桌面式虚拟现实系统只能通过鼠标在二维平面的拖拽进行临床操作,沉浸式虚拟现实系统通过VR图像技术、力学反馈、运动捕捉等模拟器创设更加真实的临床实验场景,该场景可无限次重复使用来弥补在临床实践中机会不均等、经验积累缓慢等不足,从而达到临床技能培训的目的。2008年,MacielA等[5]开发了腹腔镜手术的模拟器VBLAST。通过图像处理技术、力学反馈设备和运动捕捉系统构建的虚拟腹腔镜模拟器取代物理腹腔镜手术模拟箱。外科医生可以通过VBLAST实现腹腔镜手术中缝合、剪切等基本操作的练习。该系统具有良好的图形渲染、力学交互能力,可以根据力的方向和大小显示物体形变过程,还能将手术操作技能进行客观量化并且能更好地适应达芬奇手术机器人的使用。2011年,Chalasani等[6]开发了超声引导下的前列腺活检模拟器,它可以根据使用者的动作及技能好坏区分使用者是新手还是专家。随着科技的发展,结合机器学习研究者又提出了虚拟现实自适应系统,这些系统可以根据使用者的水平及使用需求制订相应难度的培训内容[7]。在基础医学和临床医学教学中,沉浸式虚拟现实系统还有很多不足之处:(1)模型的真实度欠佳;(2)不具备对比和评判不同模型的教学效果的标准;(3)长期观看VR图像会造成视觉疲劳,力学反馈的真实度和实时性欠佳。
2.3增强现实的应用及其优势
AR技术能增强用户与现实世界的感知和互动,通过虚拟对象所传递的信息帮助用户完成现实世界的任务。目前,AR在医学领域的应用包括医学可视化、手术辅助等。增强现实不仅仅是一项新的技术,它还可以用来提高医学教育水平,最终影响患者的治疗效果[8]。早在1992年,北科罗拉多大学就将超声影像叠加在患者身上,使医生具有“透视眼”。目前增强现实系统已经被医生用作辅助手术的可视化工具。如可以帮助护士更好地找到静脉;实时地采集MRI和CT数据进行图像融合,与患者体表形态相对应,还可以根据患者的运动情况进行相应调整,呈现给医生患者身体的内部视图。AR技术还被应用于机器人辅助技术。Renaissance机器人被广泛地应用于脊柱外科手术当中[9]。术前,将CT数据合成3D图像,规划手术区域和螺钉的长度、方位和角度。术中,透视机器人软件分析患者的患病位置,并与术前的CT图像进行配准,根据实际手术情况微调螺钉的角度及位置,机器人会自动置入螺钉。Renaissance机器人可以降低学习难度,帮助学习者建立脊柱立体概念,增强椎弓根置钉的安全性,缩短学习周期[10]。MAKOplasty机器人手臂辅助医生进行膝关节和髋关节置换。术前通过CT数据建立3D视图,手术中使用NDI运动捕捉系统进行三维配准,机器人根据患者情况个性化精准设计假体,真正实现手术的微创化和精准化。随着机器人辅助手术技术的发展,已经有越来越多的基于AR技术的辅助手术机器人被投入临床教学中。
3结语
虚拟现实技术应用于医学教育可以提高教学质量,丰富教学手段。本文提到的3种不同的虚拟现实技术有其各自的优缺点,可以根据学习者的实际情况设置不同的学习难度。桌面式虚拟现实设备价格较低廉、操作较简单,通过二维平面展现3D图像,更适用于医学教学中基本概念的学习。沉浸式虚拟现实系统随着硬件设备的不断发展,设备的价格逐渐趋于大众化。沉浸式虚拟现实系统创建的模型给学生提供的触觉、声音、图像更加逼真,更接近真实的临床、实验场景。相比于桌面式虚拟现实系统,更适合启发式教学。增强现实在医学教学中的应用是虚拟现实技术未来的发展方向,随着医学对精准化的要求,增强现实仍需要解决一些问题,才能使其在医学教育领域应用得更加广泛和有效。
参考文献:
1.通过数字化故事叙述,提高了学生学习的积极主动性
在高中英语课堂中,利用数字化故事叙述的方式进行教学活动,教师可以在课前设计一个包含教学内容的故事,并通过多媒体技术等将其制作成课件,在课堂上就可以通过对课件的展示,让学生从故事情节中,自己挖掘出有用的英语知识点。数字化故事叙述课件一般都是通过文字、声音、图像、视频等结合形式进行展示的,学生在进行学习的过程中,能增强对其视觉、听觉上的冲击力,增加其对知识点掌握的牢固程度。英语教学主要是培养学生听说读写等的能力,利用数字化故事的讲述,不但可以培养学生英语听说读写的能力,长时间的学习,学生就会自己将学习到的英语知识连贯成故事情节,帮助学生对英语知识点的温故。教师在进行数字化故事过程中,可以向学生征集材料,这样可以极大地提高学生参与到课堂教学中的热情,充分地发挥学生自身的潜力。
2.利用这一教学方式可以将英语教学内容进行有机地整合与优化
通过数字化故事叙述的方式进行高中英语教学,将教学内容中的知识有机地整合到一起,使其连贯成一个情节丰富的故事,通过对故事的展示就能达到英语教学的目的。在实际的应用过程中,一般是将学生分成若干个小组,通过小组合作的方式对数字化故事进行制作,这就需要学生对教学内容进行认真地预习,并收集大量的资料,并精心地挑选有用的信息,最后通过作品展示的方式,全班进行交流。教师经过一定的知识点补充,就能完成英语课堂的教学任务。在这个过程中,学生对所要学习的知识点完整地学习了一遍,极大程度地培养了学生自主学习的能力。
二、高中英语教学中对数字化故事叙述方式的实践应用
在高中英语教学中利用数字化故事叙述方式,需要教师与学生充分的配合外,首先就需要对学习主题的确定,并合理地对课堂流程进行规划,然后有老师布置任务,小组完成作品的制作并进行展示交流,最后老师要做适当的评论以及补充。其具体的实践主要表现在一下几个方面:
1.根据教学任务选取主体
在选取学习主体过程中,要根据英语教学的任务进行,不能拘泥于传统的故事叙述方式,要贴合现实的生活,最好能够结合学生爱好,选择一些学生比较关注的热门话题,如时政、社会新闻、电视节目等。如高一下册某一单元是有关低碳生活的,所以就可以选取“Wecanhaveabeautifulcity”作为学习的主体,然后让学生进行相关资料的收集。
2.合理地规划学习的流程
一个合理的学习流程是顺利完成学习内容的前提,还能提高教学的效率。对于流程的规划,要结合学生课程的具体安排,将课堂的每一个环节时间进行科学合理的规划,规定每一项学习任务完成的时间,这样才能确保在有限的课堂上能够完成教学任务。在规划学习流程过程中,要充分的考虑到突发因素,预留一定的时间。
3.小组合作交流完成作品任务
学生根据教学主题,并结合学习流程规划,合理地安排自己资料收集的时间,充分地发挥小组合作的优势,通过小组交流、讨论等方式,确定数字化故事的制作计划。将自己掌握的英语知识以及收集到的相关知识点融入到一个完整的故事情节当中,并利用多媒体等技术,完成其学习作品。通过这一环节,不但充分地培养了学生相互合作的意识,还增强了学生对英语知识点的扩充以及温故,极大地提升了教学的效率。
4.对小组作品的展示汇报以及教师点评
根据学习的流程安排,在小组作品完成后,需要进行成果展示以及汇报,每一个小组将自己的作品向全班进行展示,相互学习、交流、分享。在这一环节,不但让学生学会了分享,还让集大家所长,弥补了个人思想单一的局限性,扩充了高中英语教学的知识点,有助于学生对英语知识的扩充。另外,教师应该在小组作品展示以及汇报后,进行适当的补充,并对每一个小组的作品进行点评,这样能够完善教学内容,并给予学生极大的信心。需要注意的是,教师的点评一定要坚持公平、公正的原则。
三、结语
[关键词]虚拟现实;法学教育;情境教学
[中图分类号]G642[文献标志码]A[文章编号]1008-2549(2020)12-0092-02
随着虚拟现实技术与互联网、大数据、人工智能、5G等的融合发展,这种技术组合创新开始对社会各行业深度渗透,教育领域也迎来重大的发展机遇。2018年4月,教育部印发《教育信息化2.0行动计划》,指出应充分激发信息技术对教育的革命性作用,持续推动信息技术与教育的深度融合。2018年12月工业和信息化部《加快推进虚拟现实产业发展的指导意见》,指出要建立健全虚拟现实应用生态。2019年6月,教育部了《关于职业院校专业人才培养方案制订与实施工作的指导意见》,指出应推动虚拟现实技术在教育教学中的广泛应用,积极推动教师角色的转变和教育理念、教学观念、教学内容、教学方法以及教学评价等方面的改革。2020年3月,教育部为落实国家战略部署,以需求为导向,新增虚拟现实技术专业。虚拟现实技术自2016年进入发展元年,当前已经广泛应用到影视娱乐、军事、医疗、制造、设计等各行业中。教育也是虚拟现实技术极具生命力的应用领域,虚拟现实是一种新的强大的教育技术。在未来的法学课堂教学中引入虚拟现实技术,是发展法学智慧教育的必然要求。
一虚拟现实技术原理与优势
虚拟现实技术是20世纪末逐渐兴起的一门综合性仿真技术,涉及多媒体技术、计算机图形学、传感技术、人机交互、显示技术、人工智能等多个领域,交叉性非常强。依据我国虚拟现实领域的资深学者、中国工程院院士赵沁平教授的观点,虚拟现实是以计算机技术为核心,结合相关科学技术,生成与一定范围真实/假想环境在视、听、触感等方面高度近似的数字化环境,用户借助必要的装备与数字化环境中的对象进行交互作用、相互影响,可以产生亲临对应真实环境的感受和体验。虚拟现实技术具有三个基本特征,即沉浸性、交互性和构想性。沉浸性是指用户被虚拟世界所包围,感觉完全置身于虚拟世界中一样。虚拟现实技术的沉浸性可以使用户由被动的观察者转变为主动的参与者,畅游在虚拟世界中并参与各种活动,与真实世界难以分辨。交互性是指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度。虚拟现实系统通过特殊的设备如数据手套、力反馈装置等强调人与虚拟世界之间要以自然的方式进行交互。在虚拟现实系统中,用户可以通过自己的感官、语言、身体运动或肢体动作等改变感受的具体内容。构想性是指虚拟环境是由人结合特定的目标而想象并设计出来的,体现了设计者的创新性思想。虚拟现实立足于现实世界,但又具有无限的空间想象能力,可以充分发挥人类的探索与认知潜力。虚拟现实技术沉浸性、交互性和構想性特征,以及与当前人工智能相融合迸发的智能性特征,使“虚拟现实+教育”成为未来高等院校法学教育改革的必然方向。
二虚拟现实技术在法学教育中应用的潜力
法学未来课堂必须坚持以学生为本的理念,在各项新技术的支撑下,充分发挥课堂各组成要素的作用,激发学生认知的主动性与能动性,确保其能够在高互动学习空间内获取相关知识内容。虚拟现实技术作为一种潜在的教育技术手段,其应用必然会对传统法学课堂的学习环境、教学方式、实验手段、教学活动设计、学习评价等内容产生综合效应,进而影响知识生产与知识认知。综合来看,“虚拟现实+法学教育”具有以下优势:
第一,激发学生认知的主动性、能动性。著名心理学家班杜拉教授曾言:“人在一生当中是动因的操作者,而不仅仅是由环境事件安排的脑机制的旁观者”。从当前的教育模式看,已经开始从教师传授知识为中心转向学生主动建构认知为中心。学生作为认知主体,必须充分激发其自主学习的兴趣与能力。从学习动机看,更应该是自我激发的,学生必须具有自主学习的内在兴趣。虚拟现实技术恰可以为学生带来轻松愉悦、身临其境的个性化学习体验,通过逼真的学习场景及高交互的动态设置,有效激发学习者的学习动机,提高学习兴趣与参与程度。
第二,塑造情境教学环境。依据现代认知心理学的观点,认知不仅仅是发生于内部心理空间的一种符号计算,而是与大脑以外的身体和环境形成紧密关联的联合体。从本质上说,认知是在身体与环境的互动过程中被塑造出来的。当前法学教育的教学方法相对单一,说教式、灌输式仍然居于主导地位,不太注重培养学生运用法律的技术和实践能力。而传统教学备受批判的主要原因,是传统教学脱离具体真实的情境,导致学生知识迁移能力不足,迁移率低、迁移意识不强。虚拟现实技术通过创设高仿真情境,提供丰富的感知线索以及多通道(如听觉、视觉、触觉等)的反馈,帮助学习者将虚拟情境的所学迁移到真实生活中,满足情境学习的需要。虚拟现实能够有效实现教学内容和知识的可视化,增强学习的沉浸感,增加师生、生生及学生与环境之间的交互。
第三,提供个性化学习体验。学习者在虚拟现实中学习,往往伴随着角色扮演。学习者被赋予明确的角色,如法官、律师、检察人员、当事人、证人等,通过这种自我表征的方式增强学习效果。此外,虚拟学习环境的设计者还可以结合社会大发展的需要,对学习活动进行跨学科、跨领域的构建,学生根据自身需求与兴趣构建更深层次的知识体系。著名学者梁治平先生曾经指出:“在中国,法律问题一开始就明显不单是法律问题,同时又是政治问题、社会问题、历史问题和文化问题。因此,要了解和解决中国的法律问题,必须先了解和解决法律问题以外的问题。”从这个角度说,虚拟现实技术可以在横向、纵向实现任何设想的教育教学环境,使学习者沉浸式体验个性化的学习对象和教学过程,拓展并深化教育信息化的维度和内容。
三虚拟现实技术在法学教育中应用的构建路径
(一)理论教学环节
虚拟现实技术尤其适合教师教授程序性知识,如“民事诉讼法”“刑事诉讼法”及“行政诉讼法”等课程,使学生应用所学到的知识,完成包含多个行为序列的学习任务。对于“中国法制史”“外国法制史”等课程,可以通过虚拟现实技术构建特定历史条件下的法律场景,使学生更能感同身受地体验到法制更迭的年代感。此外,在法科教材上,也可以针对性地配合虚拟现实法学图书,将法学传统纸质图书内容动态地、立体化地呈现给学生,无疑将极大提升法学图书的阅读沉浸感和理解效果。实际上,早在2008年,国家图书馆就上线了我国第一套可交互的虚拟数字图书馆系统,各高校随之相继把虚拟现实技术进入图书馆的数字化建设中。当前,虚拟现实图书在市面上不断涌现,虽然从类别上看多限于科普类、旅行类读物如2017年出版的国内首部旅行图书《奇遇》,但随着技术的发展与用户需要,相信虚拟现实法学图书也终将成为发展趋势。虚拟现实技术带来的沉浸式的教学体验可以更好促进学生对知识的理解与吸收,具身认知促进知识内化。
(二)实践教学环节