吳建平　姬永倩　陳培德　余秋磊　田玲芳

摘? 要 將全息技術(shù)應(yīng)用于教室中，并將全息技術(shù)與圍觀式教學(xué)相結(jié)合，具體以初中生物課程中觀察細(xì)胞、觀察大型動(dòng)物為例，通過(guò)具體的教學(xué)設(shè)計(jì)與技術(shù)手段將整節(jié)課程以全息的方式呈現(xiàn)出來(lái)，結(jié)合圍觀式教學(xué)法，以符合現(xiàn)代學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)以及知識(shí)的快速構(gòu)建，使學(xué)生在立體空間中進(jìn)行全方位觀察與學(xué)習(xí)，真正實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)的自主化、情境化、個(gè)性化。

關(guān)鍵詞 全息技術(shù);圍觀式教學(xué);教育技術(shù);教學(xué)設(shè)計(jì);全息教

室;初中生物

中圖分類(lèi)號(hào)：G642? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2019）01-0020-04

1 前言

全息技術(shù)作為新興技術(shù)之一，以其自身獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在眾多技術(shù)中脫穎而出。全息技術(shù)可實(shí)現(xiàn)實(shí)物在虛擬環(huán)境中360°無(wú)死角展現(xiàn)，帶給人們新的視覺(jué)體驗(yàn)。憑借這一優(yōu)勢(shì)，全息技術(shù)可被應(yīng)用于教育中，以其優(yōu)勢(shì)促進(jìn)教育的發(fā)展。同時(shí)，新時(shí)代的教育技術(shù)迫切需要新的力量注入來(lái)滿(mǎn)足人們對(duì)教育的高質(zhì)量需求。如今網(wǎng)絡(luò)化的教學(xué)都是平面的、單一的，全息技術(shù)的立體感完全克服了這一不足，將全息技術(shù)應(yīng)用于教育中是教育領(lǐng)域的重要研究課題，也是未來(lái)教育發(fā)展的必然趨勢(shì)[1]。

2 全息教室的依據(jù)與可行性

技術(shù)依據(jù)? 本設(shè)計(jì)所應(yīng)用的主要技術(shù)是計(jì)算機(jī)學(xué)、光學(xué)領(lǐng)域相關(guān)的全息技術(shù)。全息技術(shù)是利用干涉和衍射原理來(lái)記錄并再現(xiàn)物體真實(shí)的三維圖像的技術(shù)。全息影像是真正的三維立體影像，使用者不需要佩戴立體眼鏡或其他任何的輔助設(shè)備，就可以在不同角度裸眼觀看影像，其基本機(jī)理是利用光波干涉法同時(shí)記錄物光波的振幅與相位。由于全息再現(xiàn)象光波保留了原有物光波的全部振幅與相位的信息，故再現(xiàn)象與原物有著完全相同的三維特性[2]。

理論依據(jù)? 全息技術(shù)應(yīng)用于教育中的主要理論依據(jù)有認(rèn)知理論、建構(gòu)主義理論、模擬法則理論，這三條理論都可作為全息技術(shù)應(yīng)用于課堂教學(xué)的理論基礎(chǔ)。認(rèn)知理論認(rèn)為學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的直覺(jué)思維應(yīng)該與其行為的表現(xiàn)、圖像的識(shí)別、符號(hào)的認(rèn)識(shí)相一致?；诖?，全息技術(shù)可以為學(xué)生提供立體感強(qiáng)烈的逼真影像，從而對(duì)學(xué)生產(chǎn)生刺激，將用語(yǔ)言難以描述的實(shí)物栩栩如生地展現(xiàn)在學(xué)生面前，給予學(xué)生大量直覺(jué)思維的感知。建構(gòu)主義認(rèn)為知識(shí)的建構(gòu)來(lái)自個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，是全息技術(shù)與教育相結(jié)合的最有利理論基礎(chǔ)。全息技術(shù)打破人與計(jì)算機(jī)的界限，為學(xué)生提供了自主學(xué)習(xí)的良好環(huán)境，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)的情景化、個(gè)性化。模擬法則是以模型與生活原理之間的物理、化學(xué)機(jī)理相似為基礎(chǔ)的模擬方法，是全息技術(shù)與教育相結(jié)合的主要理論依據(jù)。通過(guò)設(shè)計(jì)與實(shí)物相似的虛擬模型，使學(xué)生在虛擬環(huán)境中學(xué)習(xí)以達(dá)到意義學(xué)習(xí)的目的[3]。

全息教室的可行性分析? 技術(shù)應(yīng)用于教育中的利弊一直是現(xiàn)代教育技術(shù)學(xué)所討論的熱點(diǎn)問(wèn)題，如何發(fā)揮技術(shù)的優(yōu)勢(shì)以?xún)?yōu)化教育，是教育技術(shù)所研究的重要問(wèn)題。教育中技術(shù)的選擇與使用要合適、適當(dāng)，選擇依據(jù)不僅要考慮學(xué)習(xí)者特征，還要結(jié)合學(xué)科特點(diǎn)、教學(xué)內(nèi)容要求以及物質(zhì)環(huán)境條件等諸多方面選擇合適的技術(shù)，之后還需考慮使用該技術(shù)會(huì)給教育活動(dòng)帶來(lái)什么樣的效果，會(huì)產(chǎn)生哪些有利或不利的影響等，充分發(fā)揮技術(shù)的優(yōu)勢(shì)以促進(jìn)教育發(fā)展。

本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于將全息技術(shù)應(yīng)用于課堂學(xué)習(xí)中。

首先，選擇合適的教學(xué)對(duì)象以及所呈現(xiàn)的教學(xué)內(nèi)容。本設(shè)計(jì)選擇初中學(xué)生作為教學(xué)對(duì)象，原因是處于本階段的學(xué)生對(duì)事物有著強(qiáng)烈的好奇心以及容易接受新鮮事物，更容易培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣[4]。所選擇的教學(xué)內(nèi)容是初中生物“觀察細(xì)胞的結(jié)構(gòu)”和“觀察大型動(dòng)物”。所選內(nèi)容的共同特點(diǎn)是二者均為日常生活中見(jiàn)不到的或不常見(jiàn)到的實(shí)物，同時(shí)采用觀察學(xué)習(xí)的方法更有利于學(xué)生學(xué)習(xí)。再者，兩節(jié)課程需要掌握的內(nèi)容并不是很多，所以學(xué)生既可以專(zhuān)注于本節(jié)課的內(nèi)容，也不會(huì)產(chǎn)生太大的學(xué)習(xí)壓力。

其次，選擇合適的教學(xué)方法。本設(shè)計(jì)選擇圍觀式教學(xué)法，該方法既有利于全息教室的教學(xué)，也有利于學(xué)生之間進(jìn)行交流討論。

最后，完成整個(gè)全息教室的搭建。

3 全息教室技術(shù)設(shè)計(jì)

將全息技術(shù)應(yīng)用于教育中的主要目的是優(yōu)化、提升課堂教學(xué)質(zhì)量和效率，為學(xué)習(xí)者提供一個(gè)良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，進(jìn)而促進(jìn)有意義學(xué)習(xí)的發(fā)生。同時(shí)，全息技術(shù)的應(yīng)用為教育發(fā)展提供了新的思路和方向。全息技術(shù)可以應(yīng)用于教學(xué)中的諸多方面，如課堂教學(xué)中物理實(shí)驗(yàn)、化學(xué)實(shí)驗(yàn)、歷史人物、數(shù)學(xué)空間幾何圖形以及動(dòng)植物微觀細(xì)胞的展示等。

本次設(shè)計(jì)將全息技術(shù)具體應(yīng)用于初中生物“觀察細(xì)胞的結(jié)構(gòu)”和“觀察大型動(dòng)物”的教學(xué)中。充分利用全息影像強(qiáng)烈的立體感優(yōu)勢(shì)，克服教師抽象的口述及觀看視頻的平面化存在的不足。全息教室的設(shè)計(jì)主要是將全息技術(shù)搬進(jìn)課堂，利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將教學(xué)內(nèi)容通過(guò)電腦主機(jī)、顯示器、投影儀等呈現(xiàn)出來(lái)，再通過(guò)透明四面錐體對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行立體再現(xiàn)，增強(qiáng)畫(huà)面的立體感。整個(gè)全息教室的搭建分為教師編寫(xiě)教案、制作課件、錄制全息視頻、編輯視頻、選擇顯示器、制作透明四面錐體以及進(jìn)行搭建等過(guò)程。整個(gè)教學(xué)體系主要依據(jù)認(rèn)知主義、建構(gòu)主義、模擬法則等理論，轉(zhuǎn)換師生角色，教師為學(xué)生助理，控制教師終端系統(tǒng)并記錄學(xué)生表現(xiàn);學(xué)生圍坐在虛擬影像周?chē)灾鲗W(xué)習(xí)并相互交流，通過(guò)學(xué)生終端進(jìn)行知識(shí)總結(jié)。教師終端與學(xué)生終端將數(shù)據(jù)傳至數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，最后將數(shù)據(jù)分析結(jié)果反饋給教師與學(xué)生，學(xué)生將原有知識(shí)與分析結(jié)果進(jìn)行整合，建構(gòu)出自己的知識(shí)體系。

全息教室設(shè)計(jì)原理如圖1所示。全息教室技術(shù)路線如圖2所示。全息教室教學(xué)體系設(shè)計(jì)如圖3所示。

4 全息教室的應(yīng)用設(shè)計(jì)

【設(shè)計(jì)一】全息教室：初中生物“觀察細(xì)胞的結(jié)構(gòu)”

科目：初中生物“觀察細(xì)胞的結(jié)構(gòu)”。教學(xué)對(duì)象：初中學(xué)生。課時(shí)：一課時(shí)。

1）教學(xué)內(nèi)容分析：本節(jié)課的主要內(nèi)容是對(duì)細(xì)胞進(jìn)行觀察，并了解細(xì)胞中各部分的功能。全息技術(shù)實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的立體展示，更有利于學(xué)生的學(xué)習(xí)。

2）教學(xué)目標(biāo)。知識(shí)目標(biāo)：了解細(xì)胞的組成;了解細(xì)胞的各部分功能。能力目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。情感目標(biāo)：激發(fā)學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)學(xué)習(xí)的積極性。

3）學(xué)生特征分析：初中生已經(jīng)具備一定的社會(huì)屬性，有自己的想法和行為特點(diǎn)，但由于年齡小，心理不成熟，容易受環(huán)境影響;對(duì)事物充滿(mǎn)好奇心，有探索欲，更易培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)的能力。全息教室為培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)提供環(huán)境。

4）教學(xué)策略選擇：采用圍觀學(xué)習(xí)方式結(jié)合小組討論，教師可做適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)學(xué)習(xí)。全息影像的空間立體效果更有利于圍觀式學(xué)習(xí)與相互討論。

5）教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)。重點(diǎn)：學(xué)生對(duì)細(xì)胞進(jìn)行觀察學(xué)習(xí)。難點(diǎn)：學(xué)生對(duì)知識(shí)進(jìn)行整理和理解。全息視頻中將所有知識(shí)點(diǎn)都顯示在細(xì)胞旁側(cè)輔助學(xué)習(xí)。

6）教學(xué)過(guò)程。

導(dǎo)入：用一捧花引入本節(jié)課，要求學(xué)生說(shuō)出植物是由什么構(gòu)成的。

學(xué)生：植物是由細(xì)胞組成的，那細(xì)胞到底是什樣子的？

教師：那接下來(lái)我們就來(lái)通過(guò)全息視頻進(jìn)行學(xué)習(xí)，看看細(xì)胞到底長(zhǎng)什么樣子。

教師引導(dǎo)學(xué)生觀看全息視頻并進(jìn)行學(xué)習(xí)，讓學(xué)生通過(guò)全息視頻畫(huà)面觀察細(xì)胞以及細(xì)胞的具體結(jié)構(gòu)，學(xué)習(xí)細(xì)胞各個(gè)組成部分的功能和作用;確認(rèn)學(xué)生觀察學(xué)習(xí)完之后，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行討論，相互交換所學(xué)到的知識(shí)點(diǎn)，并引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深入學(xué)習(xí);總結(jié)整節(jié)課的知識(shí)點(diǎn)，并對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行回顧以加深記憶。全息教室為學(xué)生提供形象生動(dòng)的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，使學(xué)生更加深入地學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)的能力。

7）教學(xué)評(píng)價(jià)：全息技術(shù)為學(xué)生提供了立體感強(qiáng)烈的細(xì)胞虛擬影像，學(xué)生能夠在觀察中進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)寓教于樂(lè)。

全息教室設(shè)計(jì)方案如表1所示，課堂形式采用圍觀學(xué)習(xí)方式結(jié)合小組討論，預(yù)期效果及效果圖如圖4所示。在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，教師由課堂的主宰者轉(zhuǎn)換為學(xué)生的助理，讓學(xué)生通過(guò)觀看立體感強(qiáng)烈的虛擬細(xì)胞進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，為學(xué)生提供適當(dāng)幫助，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)。

注意事項(xiàng)：全息影像應(yīng)突出對(duì)細(xì)胞的展示以及文字解釋;在教學(xué)過(guò)程中，播放全息視頻時(shí)要找準(zhǔn)透明四面錐體與顯示器的位置，以免影響全息視頻的成像效果。

【設(shè)計(jì)二】全息教室：初中生物“觀察大型動(dòng)物”

科目：初中生物“觀察大型動(dòng)物”。教學(xué)對(duì)象：初中學(xué)生。課時(shí)：一課時(shí)。

1）教學(xué)內(nèi)容分析：本節(jié)課的主要內(nèi)容是對(duì)生活中不常見(jiàn)到的大型動(dòng)物進(jìn)行觀察，具體以北極熊、海象、鯊魚(yú)為例。全息教室為學(xué)生提供立體感強(qiáng)烈的虛擬影像。

2）教學(xué)目標(biāo)。知識(shí)目標(biāo)：了解大型動(dòng)物;知道大型動(dòng)物的生活習(xí)性。能力目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生的觀察力。情感目標(biāo)：激勵(lì)學(xué)生保護(hù)大自然、保護(hù)動(dòng)物。

3）學(xué)生特征分析：初中學(xué)生活潑好動(dòng)，具有較強(qiáng)的觀察能力，在學(xué)習(xí)方面，注意力、記憶力、理解能力、思維能力、表達(dá)能力等不斷增強(qiáng)。全息課堂為學(xué)生提供可觀察學(xué)習(xí)的環(huán)境。

4）教學(xué)策略選擇：采用圍觀學(xué)習(xí)方式結(jié)合小組討論，教師可做適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)學(xué)習(xí)。全息影像的空間立體效果更有利于圍觀式學(xué)習(xí)與相互討論。

5）教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)。重點(diǎn)：學(xué)生對(duì)北極熊、海象、鯊魚(yú)進(jìn)行觀察。難點(diǎn)：學(xué)生對(duì)大型動(dòng)物的認(rèn)識(shí)總結(jié)。虛擬立體影像更有助于學(xué)生觀察。

6）教學(xué)過(guò)程。

導(dǎo)入：同學(xué)們喜歡動(dòng)物嗎？那么大型的動(dòng)物又知道哪些，了解多少呢？

學(xué)生：有熊、鯊魚(yú)、恐龍……

教師：那接下來(lái)我們就來(lái)通過(guò)全息視頻進(jìn)行學(xué)習(xí)，看看北極熊、海象、鯊魚(yú)。

教師引導(dǎo)學(xué)生觀看全息視頻并進(jìn)行學(xué)習(xí)，讓學(xué)生通過(guò)全息影像觀察北極熊、海象、鯊魚(yú)，描述它們的身體形態(tài)、生活習(xí)性;確認(rèn)學(xué)生觀察完之后，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行討論，并相互交換所學(xué)到的知識(shí)點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深入學(xué)習(xí);總結(jié)整節(jié)課的知識(shí)點(diǎn)，并對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行回顧以加深記憶。全息教室為學(xué)生提供了更為形象生動(dòng)的動(dòng)物影像，學(xué)生可以自由觀察、自主學(xué)習(xí)，鍛煉自學(xué)能力。

7）教學(xué)評(píng)價(jià)：大型動(dòng)物是學(xué)生生活中不常見(jiàn)到的且有必要了解的，全息教室為學(xué)生提供了立體感強(qiáng)烈的觀察模型，學(xué)生能夠在觀察中進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)寓教于樂(lè)。

全息教室設(shè)計(jì)方案如表2所示，課堂形式采用圍觀學(xué)習(xí)方式結(jié)合小組討論，預(yù)期效果及效果圖如圖5所示。本節(jié)課展示大型動(dòng)物以北極熊、海象、鯊魚(yú)為例，利用全息技術(shù)為學(xué)生提供立體感強(qiáng)烈的虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境，更有利于學(xué)生進(jìn)行觀察和學(xué)習(xí)，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。

注意事項(xiàng)：全息視頻中解釋語(yǔ)句要簡(jiǎn)潔、明了;在安裝整個(gè)設(shè)備時(shí)，注意將電腦顯示器水平放置并進(jìn)行固定;下課注意設(shè)備的保存。

5 結(jié)語(yǔ)

全息教室的創(chuàng)新點(diǎn)? 全息教室將給學(xué)生創(chuàng)造一個(gè)全新的、臨場(chǎng)感極強(qiáng)的虛擬現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境;給教師帶來(lái)更有效

率、實(shí)用的教學(xué)方式，是現(xiàn)代教育技術(shù)的突破方向;打破傳統(tǒng)的以講授為主的教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)的情景化、自主化和個(gè)性化，促進(jìn)意義學(xué)習(xí)的發(fā)生;打破平面化、單一化的多媒體教學(xué)方式，以立體的視角進(jìn)行教學(xué)。

全息教室的實(shí)際意義? 將全息技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)中，解決了現(xiàn)階段教育所面臨的困境，也為教育發(fā)展提供了新的方向和思路。網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)、遠(yuǎn)程教學(xué)相較于傳統(tǒng)教育有著一定的優(yōu)勢(shì)，無(wú)論是教師與學(xué)生角色的轉(zhuǎn)變，還是學(xué)習(xí)方式的靈活，都為人們創(chuàng)造了更多的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。但問(wèn)題也隨之產(chǎn)生，如教學(xué)模式單一，教學(xué)交互性差，退學(xué)率高，結(jié)業(yè)證書(shū)大多不被認(rèn)可，忽視學(xué)生的自主性和個(gè)性化，等等。信息化教育發(fā)展迫切需要新的力量注入，解決問(wèn)題，推動(dòng)發(fā)展。

全息技術(shù)的虛擬影像立體感強(qiáng)烈，可以營(yíng)造出一個(gè)趨于真實(shí)的虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境。這一優(yōu)勢(shì)為學(xué)生提供了不同于網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)環(huán)境，使學(xué)生完全自主地進(jìn)行學(xué)習(xí)和建構(gòu)自己的知識(shí)體系，進(jìn)而提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握、提高效率，優(yōu)化教學(xué)過(guò)程，提高教學(xué)質(zhì)量，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，突破教學(xué)的重點(diǎn)、難點(diǎn)，促進(jìn)意義學(xué)習(xí)的發(fā)生[5]。同時(shí)，全息技術(shù)在教育中加入了情景化學(xué)習(xí)、益智游戲、協(xié)作學(xué)習(xí)、遠(yuǎn)程教育等手段，豐富了教育形式，也突破了現(xiàn)階段教育的瓶頸。筆者相信，全息技術(shù)與教育的結(jié)合將會(huì)是教育未來(lái)發(fā)展的新方向。■

參考文獻(xiàn)

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