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VR图书馆

 

 

一、 建设背景

1. 科普教育的重要性

科学素质是公民素质的重要组成部分,是一个国家软实力的体现。我国要建设创新型国家,提高全民科学素质是重要的基础性工程。世界上创新型国家的公民科学素质水平普遍在10%以上。2020年我国要进入创新型国家行列,公民科学素质水平必须从当前的6.20%提升到10%以上,任务十分艰巨。
深入贯彻落实《全民科学素质行动计划纲要》,就必须把青少年的科普教育和科技创新活动作为素质教育的重要内容。在切实强化青少年思想道德建设,提高他们的综合素质的基础上,进一步强化他们学科学、爱科学、用科学的兴趣,培育科学精神,激发探索科学奥秘的热情。
我们通过广泛和深入地调查教学实践发现,青少年渴望从科普活动中获取科学思想、科学方法和科学精神的需求远远高于对科学知识的需求。这表明,青少年已初步认识到在提高自身素质的过程中,仅仅有科学知识是不够的,在日常的学习和今后的实践中,前者比后者更重要。

2. VR+科普教育体验馆趋势

随着移动互联网技术、人工智能技术的发展,推动了VR虚拟现实技术在工业、医疗、教育、军事等多个领域的应用。VR 技术具有3个突出特征:沉浸性(Immersion)、交互性(Interactivity)和构想性(Imagination)。因此,将VR 技术应用于科普教育中具有一定的优势, 如:利用虚拟现实技术,可以彻底打破空间的限制,大到宇宙天体,小至原子粒子。
虚拟技术可以突破时间的限制,一些需要几十年甚至上百年才能观察的变化过程,可以在很短的时间内呈现给学生观察。例如,生物中的孟德尔遗传定律,用果蝇做实验往往要几个月的时间,而虚拟技术在一堂课内就可以实现。另外,地壳运动的原理、生物进化的演变等漫长过程,也可以通过虚拟现实技术得以展现。
另外,通过紧靠安全教材开发的交互式VR教学资源,学生很容易的进行错误修正或做出改变,而学校也不用担心会有任何物质成本消耗或其他善后相关工作。

 

二、 现状与需求分析

1. 科普教育现状分析

加强科普工作,提高全民科学素养,培养创新创业人才,是增强国家创新能力和国际竞争力的基础性战略性工作,其中,学校发挥了主渠道作用,主要以开展科学课程和科学活动为主。
1) 科学课程的开设

问题

项目

学校开设的科学课程

科学

综合实践

不知道

其他

87%

10%

2%

1%

一周开设的课时

2节以下

3-5节

5节以上

其他

64%

11%

8%

17%

专职教师的影响

影响很大

影响不大

没有影响

其他

12.7%

32.5%

47%

7.8%

调查显示,87%的学校开设的小学科学课,但打不部分在教育部规定的下限。只有10%的学校开了与科学相关的综合实践活动课程。在课时安排上,科学教育学习大部分在2节课/周以下。
2) 科学活动的参与

问题

项目

科学实践的态度

很喜欢

一般

不喜欢

很讨厌

7%

73%

12%

8%

科学活动的选择

考察

实验

制作

发明

4.5%

62.3%

25.7%

7.5%

科学活动对其他课程的影响

影响

不影响

有帮助

其他

13%

12.5%

9.5%

65%

 
在科学实践活动方面,大部分学生持一般的态度,在科学活动的选择上,大部分学生选择实验。虽然学生更喜欢自己去动手实验,实际中的情况是资金不足,设备缺乏,导致很多实验、科普学习活动得不到开展。
 

2. 存在的问题与局限性

在实施科普教育的过程中,由于教育方法陈旧、教育资源较少、教育时间不能保证、教材建设体系性不强等,导致科普教育很容易流于形式,成效不大。主要存在以下问题与局限性:
1) 教育资源内容单一
科普教育的主要内容来源于宣传栏的展板介绍、定期的知识讲座、互联网上的视频类资源等,资源内容比较单调,资源内容不够多样化,资源的更新迭代的速度也不够强。往往老师照本宣科,起不到实际效果。
2) 教育形式有待突破
科技与教育如影随形,每一次科技革新对教育都会产生深刻影响,教师在课堂上传授知识的方式也在不断演变,从而满足高效的信息化教学需求。从使用“粉笔+黑板”到使用多媒体教室的交互白板,从“全程基本靠讲”的知识向智慧课堂发展。但是针对一些科学学科的知识点,使用电视、知识讲座、互联网视频等,还是很难将知识点简单易懂、亲临体验与感受的呈现出来。
3) 软硬件应用体系不健全
学校开展科普教学的课时有限,同时配套硬件设备不齐全,科普教学资源单一,且更新速度慢,导致整套软硬件应用体系不健全。
 

三、 丁博士VR科教馆

伴随VR虚拟现实技术、人工智能技术的进一步成熟,丁博士凭借自身互联网教育公司的优势,打造国内第一个面向教育,提供有针对性的VR教学资源、平台服务、VR硬件设备一体化的VR科教馆整体解决方案。
VR科教馆,尤其针对知识点(如:天文天体、地壳运动、时间空间等宏观知识点的理解认知;细胞分裂、分子原子、光合作用等微观知识点的观察认知等),为在校师生提供更先进的、适合的、多元化的呈现方式。

1. 丁博士VR科教馆概述

VR科教馆建设的总体目标:以科学发展观作为指导,依照和谐发展的要求,将教育在先作为课程开展的原则,利用现代信息技术手段和新媒体平台,满足科普教学的高难度教学目标需求。同时,建立科普资源共享机制,逐步平衡科普教育。
丁博士VR科教馆是全国第一间真正将VR技术与科普教育深度结合的VR教学平台,打破传统科普教育课的形式,突破时间、空间上的限制,利用虚拟现实技术,大到宇宙天体、小至原子粒子,学生都可以进入这些物体的内部进行观察。例如学生可以乘坐飞船进入虚拟太空,遨游太阳系,以飞船驾驶舱视角近距离观察各个行星,理解真实的天体运行规律,这是电视录像媒体和实物媒体所无法比拟的。
可单独布置一间教室用于虚拟现实(VR)专用教室,也可将VR设备移动到不同班级进行虚拟现实(VR)移动授课。适用于小学科学课、科普教育,中学物理及科普教育。
VR科教馆教学资源是实现沉浸式教学的核心建设内容,是打造各学科VR科普教学的实质性基础。VR资源具备可沉浸、可交互、可构想的技术特点,在一节课堂的VR教学环节中,学生的视觉、听觉能与外界隔离,完全排除了外界干扰, 全身心地投入到虚拟现实中去,获得身临其境的感觉。学生借助专用的教学设备从视觉、听觉上获得与真实世界相同的感受,跨越时间空间的限制,将抽象化概念具象化,体验高度开放、可交互、沉浸式的三维学习环境。同时,资源需提供一定程度的交互性,以达到营造意境、加深知识记忆、提升学习效果的教学目的。
(1) 虚拟实验:可重复操作、无成本消耗的专业实验室,还可以避免化学反应所产生的燃烧、爆炸所带来的危险。
(2) 学科教学:语文、历史、生物、地理、科学、物理、化学等学科部分知识点可以使用VR的呈现方式,更易于学生理解掌握。
(3) 安全教育:交通安全、校内外活动安全、消防安全、居家安全、地震火灾等紧急逃生;
(4) 爱国教育: 体验穿越历史、被压迫的生活、革命先烈的事迹体验;
(5) 价值观教育:社会主义核心价值观教育;
(6) 职业规划:让学生几分钟时间体验一种职业,让他们对不同职业有直观认识,展开关于人生理想、职业规划的思考;
(7) 博闻强识:如介绍各地名校、数字图书馆、畅游著名景点等。
 
课堂上使用,课前为学生发放学生活动卡,授课时教师可先播放课件视频,为学生独立观看VR课件做学习指导,然后安排VR体验学习环节,通过教师移动播控终端控制学生VR学习终端中内容的播放,学生戴上VR头盔体验VR课件内容,然后完成学生活动卡中规定的教学活动和任务。
VR科教馆建设清单

序号

设备名称

数量

1

学生VR学习终端

10-70套

2

教师移动播控终端

1套

3

VR播控服务器

1套

4

大屏播控一体机

1台

5

无线路由器

1台

6

无线同屏器

1台

7

VR科普资源

600个

 

2. VR科教馆组成

VR科教馆解决方案将沉浸式虚拟现实技术(VR)与素质教学相融合,以优质教学资源为核心,集终端、应用系统、平台、内容于一体,为学生创设接近真实的科普教育环境,为学习者打造高度开放、可交互、沉浸式的三维体验环境。VR科教馆解决方案由硬件终端、科普教育平台、VR教学资源组成。
 

 
VR科技馆的硬件环境布局主要由VR眼镜、PC主机、55寸液晶屏、路由器(AP设备,用于连网,可选)组成。
 
 

1) 学生VR学习终端

VR学习终端由学生操作使用,包括VR一体机、VR教育绿色纯净版操作系统、VR教学资源。

A. VR硬件设备

a) CPU:三星Exynos 7420处理器,ARM的移动处理器解决方案。
b) 显示屏:AMOLED 2K屏幕。
c) 镜片:异形非球面PMMA透镜96°视场角;镜头焦距:23.5-32mm;分辨率:2560*1440;视场角:96度;调节功能:0-600°近视调节旋钮。
d) 无线WiFi:支持;蓝牙功能:蓝牙4.0。
e) 供电方式:内置3000mAh锂聚合物充电电池。
f) 传感器:距离传感,温度传感,陀螺仪,加速度计,磁力计。
g) 质保期:3年质保。

图 1 VR硬件设备

B. VR教育绿色纯净版操作系统

系统主要功能:
a) 播放VR课件。
b) 两种播放模式:教师控制播放模式、学生自由操作模式。

图 2 VR教育绿色纯净版操作系统

C. VR教学资源

a) 课件数量
丁博士VR未来课堂共拥有虚拟现实课件90个:包括20个小学课件,适用于科学学科;20个中学课件,适用于物理学科;适用于中、小学科普教育的虚拟现实课件50个。
VR未来课堂虚拟现实课件一览表

学段

学科

知识模块

课件名称

数量

小学

科学

地球、宇宙

《多样的地表变化》、《美丽的月球》、《地球内部构造》、《火红的太阳》

4

安全

《燃烧与灭火》、《电梯安全》

2

植物

《植物细胞》、《植物》

2

动物

《海洋探索之蓝鲸》、《恐龙》、《昆虫分类》、《蝴蝶》

4

《人的眼睛》、《体验近视眼》、《人的耳朵》

3

物理

《认识太阳系》、《日食的形成》、《雷电》

3

水和空气

《水循环》、《天气现象》

2

合计

20

中学

物理

声学

《声与耳》、《声的利用》

2

光学

《日食的形成》、《近视眼成因》

2

电学

《电阻与电阻率》、《日光灯原理》

2

力学

《认识太阳系》、《流体流速与压强》、《大气压强》、《二力平衡》、《宇宙速度》、《杠杆平衡条件》、《阿基米德原理》、《弹性势能》

8

热学

《布朗运动》

1

磁学

《磁场》

1

物态变化

《水循环》

1

信息、材料和能源

《放射性射线》、《原子结构》、《太阳能》

3

合计

20

中小学

科普

地理

《冰川国家公园》、《佛教之国的寺庙游》、《非洲大地》、《叶落深秋》、《壮美维多利亚瀑布》、《自然之择》、《堪察加火山爆发》、《里约风光》、《阿拉斯加绝美银河》、《阿拉斯加绚丽极光》、《北极光延时摄影》、《纶音佛语 五台山》、《奇妙南极探险》、《山地公园多彩贵州》、《失落的天空之城》、《泰晤士河伦敦塔桥》、《新西兰萤火虫洞》

17

宇宙

《火星登陆》、《空间站看地球》、《太空漫步》、《游览太阳系》、《宇宙神秘莫测》、《太空黎明》

6

人文

《激情篮球VR体验》、《VR体验绚丽世界》、《禅源寺》、《刺激惊人滑翔伞》、《动静宁乡》、《动力伞滑翔遨游》、《多人花式跳伞》、《梵高《星月夜》3D》、《梦回元朝大皇宫》、《光与水的缠绵》、《好莱坞的日落》、《流光霓彩水精灵》、《龙舟激流在忻城》、《小蝌蚪找妈妈》、《新年欢乐舞狮》、《颐和园全景风光》

16

生物

《丛林伪装大师》、《大堡礁水下奇观》、《人体的秘密》、《拯救濒危海洋物种》、《追踪罕见雪豹》、《最后的犀牛》、《VR洛阳》、《霸王龙归来》、《穿行海底世界》、《漫步鲨鱼世界》、《与野生海豚同游》

11

合计

50

拓展

海洋
世界

深海冒险、台湾绿岛海底潜水、探秘海底蓝洞、印尼壮观海底奇观、水藻林、红海潜水、拯救濒危海洋物种、与野生海豚同游、游览水下国家公园、遗忘时间之岛、小开曼海底环游、瓦伦海底伟大奇观、世界上最大的海洋牧场、潜水艇畅游大堡礁、珊瑚伊甸园:帕劳、梦幻海底珊瑚、梦幻海岛之旅、蒙特雷湾水族馆、漫步鲨鱼世界、林肯港、绝美海底画展、揭秘海底世界、海洋油田美景、海洋馆多彩隧道、海豚世界、海难船旁潜水员遭遇鲨鱼群、福斯克湾、弗拉索夫珊瑚礁
大西洋墓地、大堡礁水下奇观、大堡礁海底浮潜、穿行海底世界、苍鹭岛海底生活、爱琴海无底洞探秘、冲绳,海面之下的蔚蓝美景 ……

35

 

环球
旅行

野外骑行日记、圆盘飞碟过山车、挑战悬空座椅过山车、重返侏罗纪公园、无敌连环过山车、极限圆环过山车、失重落体过山车、德国Phantasia乐园蛇形悬挂过山车、东京奇幻霓虹之旅、韩国大喇叭水上滑梯、废墟战场过山车、超震撼体验混剪、尖叫跳楼机、螺旋隧道过山车、过山车带你飞向云霄、海德公园过山车
全方位疯狂过山车、直线下坠过山车、加州尖叫过山车、天旋地转过山车、德国暴走冲刺过山车、水上乐园漂流、马尔代夫海底餐厅、荷兰“巨人”过山车、马车体验、洛杉矶旋转过山车、体验跳楼机、海盗飞船过山车、邂逅沙溪、迪拜主题公园过山车、神秘复活节岛、云南之旅、俯瞰纽约曼哈顿、直升机飞越莫斯科 ……

200

 

动物
萌宠

大堡礁魔鬼鱼、大堡礁海豚群、探秘海底鲨鱼、大熊猫:我们诞生在中国、皮划艇与宠物狗、大白鲨、蠢萌大熊猫、长颈鹿、可爱的猫咪、南极企鹅、会抓鱼的熊、草原野狗、保护企鹅、深海大白鲨、野生大猩猩玩自拍、追踪狮子王、最后的犀牛、南非犀牛、猛虎夺食、蛇、治愈猫咪、非洲大象、狗星人的专属电梯、狗拉雪橇比赛、狗狗的游戏、刚果大猩猩3D、疯狂动物世界、宠物狗们、蠢萌狗狗超级杯、城市狐狸夜间生活、大象的恶作剧、原始猿、台湾松鼠、贪吃的犀牛宝宝、黄毛小鸭子、狮子宝宝 ……