十亿像素数字教育资源下的智慧教育教学创新应用

史陈新 马东 袁野

【摘 要】本文基于教育教学热点需求，开展基于十亿像素数字教育资源的智慧教育教学创新研究，探索新型数字资源的教育应用与创新，探寻培育学生历史学科核心素养的有效路径，利用数字技术创建超清数字文物，从根本上解决历史资源共享难、资源内容品质低等问题。

【关键词】智慧教育；超清数字教育资源；核心素养

【中图分类号】G434   【文献标识码】A

【论文编号】1671-7384（2023）09-064-02

教育部印发的《关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见》提出，将组织研究提出各学段学生发展核心素养体系。历史学科核心素养是指学生在学习历史过程中逐步形成的具有历史学科特征的必备品格和关键能力，是历史知识、能力和方法、情感态度和价值观等方面的进一步升华，主要包括唯物史观、时空观念、史料实证、历史解释和家国情怀。

十亿像素数字教育资源打造数字文物

为了有效解决当前历史资源共享难、资源内容品质低、新型教育业务承载能力不足、智慧教育课堂应用效果差等问题，我们首次运用了多种前沿数字技术对课程所需教学资源进行了革命性创建。

1.超清多光影采录技术

珍贵文物往往表面镌刻着相当繁复深邃的纹理、浮雕、刻痕等细节，除了彰显工艺师的技术，也为当代的艺术风格甚至社会风俗提供了有价值的材料。然而，文物出土后容易遭遇风化、阳光或空气的破坏，导致表面微痕或纹理受损，造成不易辨识的情况。传统鉴别文物微痕的方式，是通过不同光照角度和强弱，在视觉上加强文物表面凹凸的纵深，以判别文物的痕迹及内容。

以此手法为前提，在文物信息的采录上真实记录文物各个角度光照信息，准确记录感光反应，同时借由PhotoShop堆栈技术的启发，通过算法将大量个别角度拍摄的文物图像进行合成，提取各图像的最优细节分布区域，进行图像堆叠，准确反应材质质感，具体展现不易辨识的细节，包括器物表面划痕，完美模拟真实器物的完整信息，为文物研究提供更多方案。

2.超清全细节成像技术

通过三维激光扫描的数据和文物采录技术的信息，可将采集的文化元素中影响视觉的成分剔除，提高50%～80%文物纹饰的清晰度，为研究人员提供更准确和清晰的基础资料。全细节成像技术通过超高清的文物数据采集，能够完整、清晰、准确表达文物的细节，带给师生更多的教学探究体验。同时，通过整体文物和文物细节的对比探究，能够加深学生的学习记忆理解能力，通过视觉阅读完成一些学科重难点以及创新点的设计与实现。全细节成像技术还能够通过纹理、结构、色彩的精准采集和整体建构，实现更多数字教学互动的体验，对文物本体进行数字活化，在课堂上让文物绽放新的生命力。

3.超清光影纹理技术

在传统的文物数字化过程中，由于光线、风化、材质颜色等综合原因，导致文物表面磨损，无法全面呈现细节。通过对文物的全角度光线采集，利用计算机图形图像处理技术，将文物影像的最优效果进行合成，提取文物上细微的痕迹，合成后的图像可将文物的纹理信息完整展现。

4.超清立体深度成像技术

立体深度图采用光学、数字算法方式，提取文物数据立体及纵深细节，以灰度图形式成像，该数据因应单纯考古绘图中细节体现不足之情况，以灰度图形式在平面视角中体现立体特征，更加细腻清晰地记录表达文物数据的特征细节。

十亿像素数字教学资源打造出的数字文物进行了3D交互模型素材的适配，根据课程需求对多件珍贵馆藏文物进行高精度文物三维采集与模型制作，同时提供在线课程的数字展示效果，通过学校交互一体机或智能终端等设备，实现支持鼠控、触控、遥控器或键盘等多种方式随意漫游，可实现俯视图、还原 100%场景真实模型、AR 、虚拟漫游等效果的体验。

智慧教育下的历史课程

1.初中历史大单元课程理念

以初中历史大单元课程理念以及现代教育思想为课程研究依据，本次将初一历史上册课程中涉及的100件数字文物资源和四大单元教学进行了匹配、加工、处理和优化，实现了一个在线数字资源的系统化集成，能够沿着历史学科讲授的历史脉络线索，对文物按照大单元和学科的教学顺序进行了在线数字资源的整合，利用平台能够在线调取和展示数字文物，构建历史真实情境还原的新的数字化教学场景。

新课程倡导教师专业化发展，新的历史课程改革更需要教师提高教育教学技能以及信息化水平。在探索的过程中更加强调教师的信息化素养和学生信息素养的匹配程度。本次历史大单元课程作为历史课程改革的一次创新探索，借助超高清数字文物资源以及考古学的物证、思辨的思维方式与传统历史课程教学相结合，以历史课程作为课程载体，利用历史课本出现的文物作为课程主线，将不同文物组成文物组，选取主题或知识脉络作为课程导向，针对历史课程的教育教学方式探索全新的思路。

2.增强现实（AR）让课程资源“活”起来

增强现实技术不僅展现了真实世界的信息，而且将虚拟的信息同时显示出来，两种信息相互补充、叠加。在视觉化的增强现实中，用户利用眼镜显示器，把真实世界与电脑图形多重合成在一起。

本次课程将宴乐射猎水陆攻战纹铜壶铭文提取，并用增强现实技术模拟展现。让学生在课堂上可以更加清晰地观察铜壶四层每一层展示出的社会风貌，加深对于铜壶的认知能力，使学生对战国时期的习射、采桑、射猎、狩猎以及巴蜀符号有更加直观的视觉认识。对于铭文文字的探究，利用十亿像素数字教育资源文物提取的利簋铭文图像，将金文翻译为简体中文，并将简体中文还原为文物原本排版方式以及颜色纹理状态。让学生可以直接在文物上阅读铭文，重点强调“甲子”，从而服务课堂教学。

探究式学习可以激发学生学习的兴趣，有利于学生对课程内容的理解。在学习过程中，教师应该重视探究活动的各个要素。探究式学习虽然是以学生为主体，但是教师要给予适当的引导。在授课过程中，教师要将告诉改为启发，将单向传输变为师生互动，突出学生的主体地位。超清数字教育资源因其突出的沉浸性、交互性、多感知性、构想性、自主性等特点，可以为新的教育教学模式的实施提供有力的支撑。

智慧教育新型信息技术应用和课堂模式

优质数字博物馆资源与历史课程能否有效结合，关键在教师。设计一套全新课程模式，对教师来说是一项新的挑战。在教师对于博物馆专业知识欠缺的情况下，以单元课形式推进课程建设是探索的方向。教师根据课程内容，将课程重新组合，以大单元形式重新排列组合知识点。在以往课程推进的基础上，有针对性地引入校外博物馆资源，加强研究与合作，使学校课程建构得到深入推进、有效落实，并取得突出实效。

十亿像素数字教学资源的创设让四大单元课程兼顾了课程架构纵与横的连贯，“互联网+教育”下引入的博物馆资源与教师课程设计方案的有机整合，使得初一历史上册的所有知识点重新连接了起来，数字文物让历史大单元课程方案更具有探索性与互动性。文物说、专家说、学生说的“三说”课程呈现形式使课程内容更加专业、生动，融合了“启智、博学、悟思、立德、践行、融合”的教学方法使课程更加综合、全面。

反思总结

通过运用超数字教育资源的历史大单元课程教学，学生能够掌握历史基本知识与基本脉络，能够从文物身上获取历史信息，逐步形成历史证据的意识，获得学习历史的基本方法。从历史的角度认识并认同中华民族的优秀文化传统，形成正确的世界观、人生观和价值观，形成健全的人格和健康的个性品质，从而切切实实将立德树人落到实处。

作者单位：北京市数字教育中心

编   辑：徐靖程