VR技术在中学历史学科教学中的应用初探

童玲 王琪 王筠茹 武惠娟 郭瑾

摘  要： 新一轮基础教育课程改革要求坚持以人为本的教学理念，即关注学习者的情绪情感体验，关注学习者的道德生活与人格养成。近年来虚拟现实技术（VR）迅猛发展，VR技术在各领域的应用越来越广泛。通过将三维技术以及虚拟现实技术（VR）与现代高中历史学科教学相结合，以高中历史教科书中“抗日战争”一课为例，创设虚拟环境以增强学习者主体感受，为创新教学方式、深化素质教育、推动“VR+教育”发展提供了一种应用解决方案。

关键词： 虚拟现实技术（VR）; 中学; 历史学科

中图分类号：G434          文献标识码：A     文章编号：1006-8228（2020）04-68-04

Probing on the application of VR technology in the teaching of middle school history subject

Tong Ling， Wang Qi， Wang Junru， Wu Huijuan， Guo Jin

（Liaoning Normal University， Dalian， Liaoning 116000， China）

Abstract： A new round of basic education reform requires insisting on teaching idea of people-oriented， that is， paying attention to learners' emotional experience， paying attention to learners' moral life and personal development. In recent years， with the rapid development of the virtual reality technology （VR）， VR technology has been more and more widely used in various fields. Through combining 3D technology and virtual reality technology （VR） with teaching in modern senior school， taking "War of Resistance Against Japan" as an example in the history textbook of senior high school， a virtual environment is created to enhance learners' subjective feeling， which provides a solution for innovating teaching methods， deepening quality education and promoting the development of "VR+ education".

Key words： virtual reality technology （VR）; senior high school; history

0 引言

中國教育部印发的《教育信息化“十三五”规划》和《2017年教育信息工作要点》将虚拟现实列为重点，VR教育的推广是大势所趋。但目前的实践大多将VR技术与实践类学科以及语言类学科相结合，在历史等人文学科教育方面的应用少之又少。《历史教学大纲》中曾明确提出：通过教学使学生继承传统美德，初步形成正确的世界观、人生观、价值观和健全的人格，在使用VR技术进行教育时，应当同时注重对学生学科素质和思想的教育。本文主要目的是在合理利用VR技术优势的前提下，结合历史学、基础心理学以及教育学相关知识提供高效、低成本、灵活、科学的中学历史教学方案。

1 传统历史学科教学缺陷

传统的历史教学模式是“传递——接受”的过程，是一种以教师、书本、课堂为中心的教学模式。这在一定程度上保障了教师在课堂教学中主导地位，教师对课堂能够有效的组织、管理与控制，在这样的教学环境下学生能降低走入学习死角和误区的几率，学习目的性和针对性较强。但是在传统课堂教学模式下容易出现教师单向灌输、作为认知主体的学生在教学过程中被动接受知识的情况。教师与学生缺乏双向信息交流，削弱了学生在学习中的主体地位，不利于调动学生的主动性和创造性，进而导致学习效果欠佳。传统历史教学虽然能够保证教师的主导作用，但教学过程过于程序化和模式化，不利于培养学生自主学习能力。因此，新课改要求教师在教学中要从注重教师的“教”，转变为注重学生的“学”;在信息交流上要从单向信息交流转变为综合信息交流。

传统历史教学内容局限于教材，内容枯燥、形式单一。教材是学生主要的知识来源，学生很少能接触到除教材以外的知识。考试也只需死记硬背教材内容就可轻松过关，导致学生多数是被动吸收课本上的现成结论，而对得出结论的原因认识模糊，进而对于所述结论正确性的思考被“迷信”权威所取代。例如，在2004年版的人教版高中历史教科书中对于清代军机处设立的意义仅为学生提供“清朝军机处的设立，加强了皇权，使君主专制制度发展到顶峰”[1]这一结论，而对得出结论的原因未加详细论述，且对于“军机处设立使得君主专制发展到顶峰”这一结论是否准确还有待讨论。仅学习结论的学习方式容易使学生过于依赖课本、权威，缺乏创新意识和问题意识，照本宣科的能力强而解决灵活问题的能力低下。

传统历史学科教学手段单一，不利于提高教师与学生的综合素质。传统教学很难与现代化接轨，教师从使用传统教学手段转变到使用新教学手段，即运用现代化教学设备进行教学的周期较长。教师对信息化教学手段掌握程度低，学生接触新技术、了解新知识、感受新变化的机会较少。传统教学手段下培养的学生在知识面、创新能力、实践能力等方面同在多媒体等新教学手段培养下的学生差距明显，这与现代社会对人才培养的要求是不相符的。

2 VR技术以及其在教育领域的应用

2.1 简介VR技术以及其目前应用情况

VR技术是指借助计算机及最新传感器技术创造的一种崭新的人机交互手段，它利用计算机生成多源信息融合的、交互式的三维动态虚拟环境，具有与环境完善的交互作用能力，有助于启发构思，其核心是建模与仿真[2]。虚拟现实技术因具有3I属性（沉浸感、交互性、想象性）[3]也被称为“沉浸式多媒体”。

现阶段VR技术的应用领域包括职业教育的技能培训（如飞行驾驶员模拟训练）、医学收集病人3D数据进行三维重建[4]、汽车工业、船舶制造、飞机制造、游戏娱乐、物理和数学学科教学、英语等语言类学科学习、数字博物馆等。可以看出现阶段主要将VR技术与自然科学方面结合的实践更多。在人文学科方面将VR技术与文化传播相结合的实践较多，如将VR技术运用于当代革命文化传播[5]、创设以黄鹤楼文化为主的文化体验系统[6]、清华大学光盘工程研究中心实现大全景VR制布达拉宫[7]。但VR技术与人文学科教学的实践较少。

2.2 VR技术在历史教学领域运用的优势

首先，VR技术自身带有的沉浸感使得在利用VR技术展开教学时，能够营造出带有高度仿真式的教学环境[8]，在创建的虚拟环境下，包含众多的认知对象。基础心理学认为注意对象自身所具有的特点是影响注意稳定性的因素之一。往往内容丰富、多变的注意对象能够使注意稳定性更容易维持。在主体积极性等条件相同的情况下，注意对象多样化、不同活动交替进行，能够提高刺激强度、延长刺激时间，有助于注意的稳定，而稳定的注意就是良好教学效果的前提。借助VR技术展开历史教学能够重现历史中的重大事件、重大战役拉近学生与历史的距离，增强学生对于历史的理解与记忆。

其次，历史学科所学不仅仅是历史时间、事件、制度，更重要的是学习包含在历史中的爱国情怀等，使学生形成正确的价值观。新课改所提倡的历史学科五大核心素养中，家国情怀是学习和探究历史应具有的人文追求，体现了对国家的高度认同感、归属感、责任感和使命感[9]。在创建的虚拟历史环境中，学生能够通过角色体验等方式，更加真实地感受盛唐的大国气度、晚清的丧权辱国、近代的破旧立新以及民族英雄的爱国精神等，增加学生的情感体验。通过创设情境进行学科教学的同时注重思想品德教育，引导学生树立正确三观，关注现实问题。

再次，邓广铭先生曾经提出，职官、地理、目录、年代是研究历史的四把钥匙。在传统历史教学中，由于客观环境的局限，教师对于地理的讲述一般较为模糊。而在创建的虚拟环境下可以利用3D技术，为学生提供立体、形象的地理描绘，更有利于学生构建空间概念。另外设计者还能在虚拟现实环境中创设相应的知识拓展板块，如增加相关文物的馆藏情况、相关人物生平介绍等等，为学生提供拓展知识面、开阔眼界、发展兴趣、提高综合素质的途径。

3 VR技术在中学历史学科教学中的应用框架

下文将叙述在利用3dmax和unity3D等软件的基础上，以普通高中课程标准实验教科书人教版历史1“抗日战争”一课为例，设计的历史教学方案。图1为应用框架整体结构图。

3.1 制作三维卡通动画视频导入事件背景

事件发生的背景对于学生了解事件起因、分析事件的性质、铺垫情绪基调具有重要作用。用三维动画视频引入背景能够较快速、简略、生动的让学生了解抗日战争爆发的国际背景，如，1929年-1933年的全球性经济危机以及日本为发动侵略战争所做的前期准备和计划等内容。

3.2 详细制作重要事件场景

2017年版《普通高中历史课程标准》指出：“在课程内容选择上，要精选基本的、重要的史事”[9]。在选取制作虚拟场景时应当遵循课程标准的要求，选取重点、学生感兴趣的、与现代社会紧密联系的场景进行创建，避免增大工作量，将VR教育变成华而不实且内容繁杂的累赘。在实际操作中首先需要利用3dmax技术进行建模。如在创建标志抗日战争开始的“九一八事变”虚拟场景中，需要建立日本士兵、中国士兵、南满铁路、爆炸场景、中国军队驻扎的北大营等所需的三维模型，如图2、图3、图4和图5所示。

在模型建立完成后制作动画，将制作的动画渲染成mp4格式方便pr处理。选取合适背景音乐作为铺垫。再完成交互部分，将动画导入unity3D中，通过编写代码设计出人机交互的动画。重点制作几大重要场景如卢沟桥事变、淞沪会战、太原会战、百团大战等。学生可以选择角色进行人物体验，感受战争环境，加强学生对这段历史的理解，潜移默化地使学生强化爱国意识、牢记历史、珍爱和平。在各个虚拟场景最后展示事件结果、产生该结果的原因，以及对各方产生的影响等，补足在虚拟历史场景中未展现的延伸内容，避免虚拟场景形式限制造成知识点的空缺。在主页面中建立时间轴，事件按照真实时间顺序排列，学生可从每个场景返回主页面，树立正确的时间观念。

3.3 構建三维立体地图

历史地理作为学习历史的四把钥匙之一[10]，对于学生构建清晰的空间图，意义重大。在地图中清楚显示河流地形走势以及战役的战场、对战双方行军路线、战局变化等信息，标明如进攻、退却、方向的符号等[11]，这对学生构建知识框架、建立全局概念具有积极意义，有利于培养学生的历史空间感和时空交融的思维能力[12]。时空观念作为高中历史新课标提出的五大核心素养之一，是学习历史的基本思维方法，在利用VR进行教学时需要与时间轴、地图相互配合，避免学生因大量的事件出现时间和空间上的混乱。

3.4 穿插人物故事，以及博物馆相关馆藏

通过加入历史人物或历史故事，例如在“九一八事变”场景中加入烈士姚子青、潘家峪惨案、“七三一部队”等，能够增加丰富教学内容，让学生清楚战争性质，了解战争给中国人民带来的沉重伤害。加上博物馆的相关馆藏等丰富学生对这段历史的了解，开拓眼界，提高综合素质，增强与现实世界的联系。

3.5 教师与同学们共同体验，增加师生互动

教师和学生可一同进入场景，成为战友等，有利于增进师生关系，便于教师观察学生在虚拟场景中的行为和体验情况，随时解答学生在情境中产生的疑问，及时进行引导，避免出现信息量过大以及“资源迷向”现象[13]。并根据学生在虚拟场景中的表现及时调整教学方案、教学进度，提高教学效果。

3.6 建立探宝式的游戏环节

在完成前期各项后，开展探宝式游戏环节，以重要的知识点为基础，注重历史学习主题之间的系统关联。通过探宝游戏的方式不仅有利于学生巩固已学知识、增强知识点之间的联系，同时有利于教师根据学生游戏的得分情况进行教学调整，强化学生的薄弱知识点，让VR教学与现实的课堂教学相互配合。提高知识框架的科学性，促进学生素质的全面提高。

3.7 将完成的结果上传至云平台

实现VR历史教学资源的共享，教师在该平台上选择所需要的由他人上传的虚拟场景资源，再根据自身实际的课程需要以及不同版本的教科书进行修改，使其贴近于实际教学。教师可以在平台上对实际教学中观察到的学生行为表现、遇到的问题等进行探讨和研究，共同优化VR教学资源，促进VR历史教育的推广和普及。

4 结束语

本文对VR技术运用于中学历史学科教学的构想以及其实现的可行性和意义进行阐述和分析。近年来，虚拟现实技术（VR）、增强现实技术（AR）、混合现实技术（MR）等交互技术的不断发展，这为改变传统教育方式提供了更多的可能性，各种交互技术与教育领域结合的实践也不断增加，例如，基于桌面的虚拟现实技术[14]等。实际上，虚拟现实技术从20世纪80年代开始就已经应用于教育领域[15]，随着VR技术的逐渐完善，加上VR技术在实际运用中的各种问题的逐渐解决，VR历史教育落实和推广指日可待。

参考文献（References）：

[1] 人民教育出版社、课程教材研究所、历史课程教材研究开发中心.普通高中课程标准实验教科书历史1（必修）[M].人民教育出版社，2007.

[2] 胡银亨等.现代媒体信息技术[M].电子科技大学出版社，2015.

[3] BRUDEA G， COIFFET P.Virtual reality technology secondedition[M].New York：John Wiley & Son，2003：3-4

[4] ROSENTHAL M，STATE A，I，EE H，et a1.Augmentedreality guidance for needle biopsies：an initial randomized，controlled trial in phantoms[J].Medical Image Analysis，2002.6（3）：313-320

[5] 陈晶.当代革命文化传播的新方式——以虚拟现实技术为例[J].闽南师范大学学报（哲学社会科学版），2018.4：109-112

[6] 付康，余日季.虚拟现实文化体验系统设计与应用[J].软件导刊，2019.18（8）：96-100

[7] 杨江涛.虚拟现实技术的国内外研究现状与发展[J].信息通信，2015.1：138

[8] 李建荣，孔素真.虚拟现实技术在教育中的应用研究[J].实验室科学，2014.17（3）：98-101

[9] 中华人民共和国教育部.普通高中历史课程标准[M].人民教育出版社，2017.

[10] 戴海斌.“守护最后的堡垒”——新编《近代中国研究入门》读后[J].社会科学研究，2015.3：206-210

[11] 李波.历史地图教学中的现代技术应用[D].华中师范大学硕士学位论文，2014.

[12] 单正婷.论历史地理知识在中學历史教学中的运用[D].苏州大学硕士专业学术论文，2008.

[13] 黄鑫.基于VR技术的虚拟教学应用研究[D].华中师范大学硕士学位论文，2005.

[14] 刘浩，王大虎，白帆.基于桌面虚拟现实技术的高压柜教学系统开发[J].计算机时代，2019.1：13-17

[15] PANTELIDIS V.Reasons to use virtual reality in education and training courses and a model to determine when to use virtual reality[J]. Themes in Science and Technology Education，2009.2：59-70