高等数学慕课教学中引入VR的必要性

李丽萍

摘要：随着科技的发展，慕课、VR等新兴事物被引入高校课堂教学中，它们改变了高校学生的学习方式，激发了学生的学习兴趣，提高了高校的教学效果。

关键词：高等数学；慕课；虚拟现实技术

随着科技的发展，越来越多的新兴事物在对大学课堂冲击的同时，也使高校学生的学习方式变得多样化。高校合理利用慕课、VR等教学方式和技术，对激发学生的学习兴趣，改善教学效果有重要作用。

一、高等数学课程的教学现状

高等数学课程是大学工学、理学等学科最重要的必修基础理论课。高等数学教学的主要目的是培养学生的抽象思维能力、逻辑推理能力、空间想象能力、创造性思维能力、熟练运算能力，以及运用数学思维分析和解决实际问题的能力，为学生的深入学习打下扎实的基础。在传统的教学过程中，高等数学教学面临着许多问题，具体体现在以下几个方面：

1.内容复杂，课时相对较少。高等数学主要由微积分、向量代数、空间解析几何、常微分方程等知识构成，内容非常复杂。以同济大学编写的《高等数学》（第七版）为例，上下两册共12章，上册427页，下册358页。学生需要在两个学期内学完所有内容，共192个学時，这使得部分学生很难在规定的时间内对高等数学知识有深刻的了解。

2.生源复杂，学生的数学基础差异大。大部分高校面对全国招生，但每个省的教学资源不一样，学生的数学基础存在差异。即使是同一个省份的学生，由于个体差异，其基础也有差别。高等数学作为基础课，一般采用大班教学，教师在讲课时虽然会根据学生的反馈调整教学的进度，但不可能满足所有学生的需求。

3.枯燥的教学内容导致学生丧失学习动力。高等数学的内容复杂烦琐，如果教师的教学方式单一，只讲解教材的定理及理论知识，容易导致部分学生参与性不高，学习压力加大，丧失学习的主动性。

二、高等数学教学中慕课的应用

慕课（MOOC），即大规模开放式在线课程。慕课使人们在任何时间、任何地点都能学到想要学习的任何知识。由于慕课是在线课程，学生可以自主调整学习时间及内容，并且可以利用零碎的时间进行学习。同时，由于网络和手持设备终端（平板和手机等）的普及，学生可以在多种环境下进行学习，而不再局限于固定的课堂和时间，解决了课程学习时间相对较少的问题。

慕课由于其开放性，课程的主讲教师都是此门课程中教学能力较强的教授，他们长期活跃在教学和科研一线，对课程的深度和广度把握较好。以“中国大学MOOC”为例，有同济大学的殷俊锋、张华隆等教授和国防科技大学的朱健民、李建平、黄建华、王晓、周敏等教授参与教学视频的录制。在讲授过程中，教授们利用丰富的教学资料和深入浅出的教学方式，大大提高了学生的兴趣，解决了由于学生基础不一难以跟上整体学习进度的问题。

慕课有许多优点，但并不能完全代替高等数学的课堂教育。因为慕课是开放的，在方便之余也对学生的自主学习能力提出了很高的要求。当前高校教育已经从精英教育向通识化教育发展，相应的高校学生的状态变得难以掌控，某些学生的学习的态度和目标也变得功利化。根据宾夕法尼亚大学对几百万名学生的追踪调查发现，注册课程的学员中有50%的在网络上听过课，而最终全部学完课程的仅有4%。这说明，高校学生的自主学习能力较为薄弱，需要外在的力量对其进行约束。而传统的课堂教育与慕课的结合可以有效解决这一问题。

三、高等数学慕课教学中引入VR的优势

VR（虚拟现实技术），是利用信息科学技术创造一个三维虚拟现实环境，为使用者提供听觉、视觉、触觉等感官方面的模拟。使用者通过穿戴或者操控虚拟现实设备能够直接查看、控制、触摸、勘测虚拟场景中人物的四周环境和事物的改变，并且可以与其进行一定的行为交互，使自己与虚拟现实环境很好地融为一体，产生身临其境旳感觉。通过VR，教师可以构建一个平台（课堂），让学生在同一个教室（课程）上课，但接受到的内容进度可能不同。将VR运用于慕课，会带来传统课堂教学难以达到的效果，其优势具体体现在以下几个方面：

1.参与感（沉浸感）

目前，大多数的慕课教学给人的感觉就像看2D电影，而加入VR的慕课教学则是3D的。由于加入VR的慕课在编写时虚拟创造了一个三维虚拟现实的课堂，其产生的效果与真实课堂的教学差不多，可以给学生很强的带入感和参与感。在这个课堂上，学生可以以第一视角无干扰地接受教育，还可以完整地看到教师引入问题、剖析问题、解决问题并延展出概念和定理的完整过程。与此同时，学生自己也在进行思考和计算，并且可以重复学习重点和难点。

2.双向互动性（交互性）

在现实的课堂中，教师可以通过学生的反馈判断学生对知识的了解程度。例如，教师可以在学生疲惫时引用部分实例吸引学生的注意力；也可以根据学生的即时反馈调整授课方式及教学进度。这种情况是慕课教师无法做到的。但将VR引入慕课，通过合适的手段，就可以实现这一效果。例如，在学生感到疲惫时，学生可以取下“VR”头盔或者眼镜；对某部分知识不了解时可以重复播放；对某些共性的问题可以直接翻出菜单查看；对难度较大的问题，学生可以与课堂中其他学生进行虚拟交流，如果仍然得不到解答，还可以与任课教师直接沟通。

3.构想性

高等数学起源于人类的生产活动，是人类对未知世界探索的结晶。因此在高等数学概念的引入过程中，经常会使用实际案例。比如导数的定义，在同济大学编写的《高等数学》中，其引入时就采取了运动瞬时速度问题和求切线的问题。而在VR慕课中，教师可以引入3D电影的某些片段，增强课程的观赏性和实时感，设计合适的问题让学生解决。这样既激发了学生的兴趣，又与实际问题结合起来，培养了学生的动手能力和解决实际问题的能力。

4.约束性

信息技术在方便师生的同时，也给传统课堂及慕课带来了很大的麻烦。由于网络内容丰富，吸引力较强，许多学生沉迷于网络电影、电子小说和网络游戏，荒废了学业。但引入VR的慕课可以有效解决这一问题。在学习过程中，只要取下VR设备而未能在设定的时间内回归课堂就会被扣分。因此，学生除了接触课堂内容并完成作业外不能做任何事情，这样会对部分学习自觉性差的学生形成约束，强制学生认真完成课程的学习。

综上所述，加入“VR”的慕课将更有可参与性、约束力、趣味性，还能培养学生的主观能动性，完全可以作为学生预习、复习、开阔视野、提高学习兴趣的重要工具。随着技术的进步，某些通识性的课程在引入人工智能虚拟课堂后，将有可能完全代替现实的课堂教学。

参考文献：

[1]同济大学应用数学系编.高等数学（第七版）[M].北京：高等教育出版社，2014.

[2]殷丙山，李玉.慕课发展及其对开放大学的启示[J].北京广播电视大学学报，2013（5）：29-34.

[3]朱丹.基于虚拟现实的MOOC教学交互模式的研究与系统实现[D].成都：西南交通大学，2015.