3D數(shù)字化教學(xué)資源對(duì)未來課堂建設(shè)以及促進(jìn)智慧學(xué)習(xí)的發(fā)展起決定性作用。3D教學(xué)讓教學(xué)智慧便捷，讓課堂生動(dòng)有趣，讓學(xué)生笑顏滿堂。
本文由《遠(yuǎn)程教育雜志》授權(quán)發(fā)布
作者：王洪梅、王運(yùn)武、吳健
摘要：
隨著3D顯示技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，將它應(yīng)用到未來課堂成為了一種非常有效的輔助教學(xué)手段。未來學(xué)習(xí)是在先進(jìn)技術(shù)支撐的環(huán)境中進(jìn)行的，其學(xué)習(xí)資源要符合學(xué)習(xí)者時(shí)代需求。以3D圖片、3D視頻等為主的3D數(shù)字化教學(xué)資源具有高度立體逼真和臨場(chǎng)感強(qiáng)的特性，不僅讓觀者產(chǎn)生身臨其境的感覺，帶給學(xué)習(xí)者前所未有的視覺體驗(yàn)，而且為未來課堂提供了重要的資源支撐。3D數(shù)字化教學(xué)資源對(duì)未來課堂的建設(shè)以及促進(jìn)智慧學(xué)習(xí)的發(fā)展起決定性作用，只有在充分了解3D數(shù)字化教學(xué)資源建設(shè)現(xiàn)狀及存在問題的基礎(chǔ)上，充分利用現(xiàn)有的關(guān)鍵技術(shù)全 面推進(jìn)3D數(shù)字化教學(xué)資源在未來課堂中的建設(shè)與應(yīng)用，才能為智慧學(xué)習(xí)時(shí)代學(xué)生學(xué)習(xí)能力以及問題解決能力乃至創(chuàng)新精神的塑造提供更多的幫助。
關(guān)鍵詞：智慧學(xué)習(xí);未來課堂;3D技術(shù);3D數(shù)字化教學(xué)資源;推進(jìn)策略
一、引言
現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展，不僅使學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)環(huán)境發(fā)生了巨大變化，也改變了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)方式，豐富的數(shù)字化教學(xué)資源為學(xué)習(xí)者提供了全新的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。智慧學(xué)習(xí)是一種學(xué)習(xí)者自我指導(dǎo)的、以學(xué)習(xí)者為中心、具有完整學(xué)習(xí)體驗(yàn)的新型學(xué)習(xí)范式[1]。3D顯示技術(shù)通常帶給人們更真實(shí)、更精細(xì)、更震撼的視覺感受，因此，在廣告、影視、游戲、工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)、輔助教學(xué)、多媒體制作等領(lǐng)域均被廣泛應(yīng)用[2]。以3D圖片、3D視頻、3D動(dòng)畫為主的3D數(shù)字化教學(xué)資源作為未來課堂中一種非常有效的輔助教學(xué)手段，能夠使學(xué)習(xí)者完全沉浸在虛擬的三維場(chǎng)景中。學(xué)習(xí)者在心理上產(chǎn)生更為真實(shí)完整的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，進(jìn)而對(duì)所學(xué)的知識(shí)有更深刻地理解。戴爾(Dell)指出，“教學(xué)中所采用的媒體越是多樣化，其所形成的概念就越豐富越牢固[3]。”以不同技術(shù)為支撐的未來課堂強(qiáng)調(diào)知識(shí)的可視化，注重學(xué)習(xí)者的個(gè)性化學(xué)習(xí)、快樂學(xué)習(xí)以及高效學(xué)習(xí)需求。隨著3D數(shù)字化教學(xué)資源的出現(xiàn)，其進(jìn)一步豐富了未來課堂中的開放教學(xué)資源，增強(qiáng)了資源的多樣性和情境性，有助于啟發(fā)學(xué)習(xí)者積極的學(xué)習(xí)心態(tài)，激發(fā)和維持學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，促進(jìn)智慧學(xué)習(xí)的發(fā)生。
二、3D數(shù)字化教學(xué)資源、未來課堂與智慧學(xué)習(xí)的三元關(guān)系
現(xiàn)代教育理念更多關(guān)注學(xué)習(xí)者探索知識(shí)的過程，隨著3D技術(shù)的迅速發(fā)展，以3D圖片、3D視頻、3D動(dòng)畫為主的一種新的教學(xué)資源被應(yīng)用于未來課堂教學(xué)環(huán)境中，這將進(jìn)一步豐富數(shù)字化教學(xué)資源的形態(tài)，為學(xué)習(xí)者的智慧學(xué)習(xí)創(chuàng)造了多種條件。目前，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者從不同視角針對(duì)未來課堂、智慧學(xué)習(xí)以及3D影像的課堂應(yīng)用等，作了大量的研究，而探討關(guān)于三者之間存在的關(guān)系研究還較為鮮見。本研究將以3D數(shù)字化教學(xué)資源與智慧學(xué)習(xí)的相關(guān)研究為基礎(chǔ)，結(jié)合未來課堂所強(qiáng)調(diào)的以人為本、體驗(yàn)學(xué)習(xí)的特性，探索三者之間的存在的三元關(guān)系，如圖1所示。
從圖1可以看出，在三元關(guān)系中能起決定作用的是資源建設(shè)，因?yàn)橛辛撕玫馁Y源才能促進(jìn)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣，也能夠使技術(shù)在未來課堂中得到充分應(yīng)用。3D數(shù)字化教學(xué)資源是指，用3D照相機(jī)、3D攝像機(jī)、3D掃描儀等設(shè)備拍攝、掃描，通過3D制作軟件編輯創(chuàng)作，在3D電視、3D投影儀、全息投影膜等媒體呈現(xiàn)出來的新興數(shù)字化教學(xué)資源。它以學(xué)習(xí)者為中心，創(chuàng)設(shè)能滿足學(xué)習(xí)者多元化、個(gè)性化、智慧化發(fā)展需求的高沉浸式的智慧學(xué)習(xí)環(huán)境。未來課堂強(qiáng)調(diào)課堂學(xué)習(xí)方式的多元化，強(qiáng)調(diào)滿足學(xué)習(xí)者的自主、個(gè)性化和泛在學(xué)習(xí)需求[4]。而3D數(shù)字化教學(xué)資源將抽象的知識(shí)內(nèi)容具體化、立體化，以學(xué)習(xí)者為中心，可最大程度的構(gòu)建便于獲得直接經(jīng)驗(yàn)的學(xué)習(xí)環(huán)境，為學(xué)習(xí)者創(chuàng)設(shè)具有完整體驗(yàn)的學(xué)習(xí)情境，使學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)的過程中體會(huì)到更多的學(xué)習(xí)樂趣，并且能夠促使學(xué)習(xí)者加深對(duì)知識(shí)內(nèi)容的理解和記憶。
瑞士著名教育家斐斯泰洛齊指出，“教學(xué)首先應(yīng)致力于一切從感覺得到的事物的確切知識(shí)為基礎(chǔ)”[5]。3D數(shù)字化教學(xué)資源作為未來課堂中重要的教學(xué)資源，不僅能夠加強(qiáng)學(xué)習(xí)者視聽感官的刺激，而且能夠使學(xué)習(xí)者具有完整的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。教師利用先進(jìn)的3D技術(shù)呈現(xiàn)各種立體逼真的教學(xué)內(nèi)容，使知識(shí)更加可視化。在三維場(chǎng)景中學(xué)習(xí)知識(shí)，學(xué)生能夠身臨其境地體驗(yàn)學(xué)習(xí)對(duì)象，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)情感體驗(yàn)和學(xué)習(xí)興趣。3D數(shù)字化教學(xué)資源不僅滿足了未來課堂所強(qiáng)調(diào)的以人為本、學(xué)生全面發(fā)展的思想，而且作為一種新的教學(xué)資源形態(tài)，為實(shí)現(xiàn)智慧學(xué)習(xí)提供了必要的支持。
三、3D數(shù)字化教學(xué)資源建設(shè)現(xiàn)狀及存在的問題
(一)3D數(shù)字化教學(xué)資源的建設(shè)現(xiàn)狀
未來課堂代表的是未來的一種學(xué)習(xí)方式，因此我們應(yīng)該追蹤當(dāng)前最先進(jìn)的技術(shù)，在保證上述原則的基礎(chǔ)上，盡可能的選用新的、先進(jìn)的技術(shù)[6]。將新型的3D顯示技術(shù)引入未來課堂中，并建設(shè)豐富的、優(yōu)質(zhì)的3D數(shù)字教學(xué)資源供學(xué)習(xí)者選擇。這不僅滿足了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)需求，而且為智慧學(xué)習(xí)所強(qiáng)調(diào)的在具有全面感知的學(xué)習(xí)情境中靈活自如地進(jìn)行學(xué)習(xí)提供了重要的支持。3D數(shù)字化教學(xué)資源可以創(chuàng)設(shè)最自然、最直觀的學(xué)習(xí)情景，為學(xué)習(xí)者提供逼真的3D內(nèi)容，使之獲得沉浸式的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的創(chuàng)新和遷移。
在國(guó)外，許多學(xué)者專家將3D技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)中，通過一系列的建設(shè)實(shí)施提出3D數(shù)字化教學(xué)資源應(yīng)用于教育教學(xué)中具有的優(yōu)勢(shì)和潛在的價(jià)值。在美國(guó)巨石谷學(xué)區(qū)和謝爾頓學(xué)校的實(shí)驗(yàn)研究中，教師積極使用3D仿真課件庫(kù)(Classroom3)中的3D教學(xué)資源，讓學(xué)生自己探索太陽(yáng)系，在學(xué)習(xí)過程中學(xué)習(xí)者踴躍參與，借助形象真實(shí)、生動(dòng)易懂的3D視頻教學(xué)資源，學(xué)習(xí)者可以更加容易地理解數(shù)學(xué)中的一些抽象概念，并且記憶更加深刻[7]。英國(guó)謝菲爾德中學(xué)引入3D教學(xué)技術(shù)[8]。教師普遍認(rèn)為，3D教學(xué)是最重要且最具有深遠(yuǎn)意義的嘗試，起初只是在一個(gè)教室里采用3D技術(shù)，為學(xué)生呈現(xiàn)所學(xué)的內(nèi)容，同時(shí)也讓教師們快速地了解3D技術(shù)如何使學(xué)習(xí)內(nèi)容更具有情境性。當(dāng)觀看3D數(shù)字化教學(xué)內(nèi)容時(shí)，屏幕上展示的3D內(nèi)容使學(xué)生充滿了好奇與興趣，這也培養(yǎng)了學(xué)生的質(zhì)疑和探索問題的能力。例如，學(xué)校將3D技術(shù)用在7年級(jí)和8年級(jí)學(xué)生的教學(xué)上，當(dāng)教師用3D視頻給學(xué)生們講述第一次世界大戰(zhàn)的戰(zhàn)壕時(shí)，學(xué)生對(duì)3D內(nèi)容都很感興趣，這使得課堂上學(xué)習(xí)氣氛呈現(xiàn)前所未有的精彩。Boulder Valley學(xué)區(qū)率先使用DLP技術(shù)的投影儀[9]，給學(xué)生佩戴3D眼鏡，采用全套的3D教學(xué)設(shè)備展示3D數(shù)字化教學(xué)資源。該學(xué)區(qū)的相關(guān)教育技術(shù)負(fù)責(zé)人認(rèn)為，3D影像即將打開一個(gè)全新的學(xué)習(xí)世界，能對(duì)課程提供最核心的支持。促進(jìn)學(xué)生智慧學(xué)習(xí)需要有優(yōu)質(zhì)的智慧學(xué)習(xí)資源作為保障，而眾多教學(xué)實(shí)驗(yàn)都證明了，將3D數(shù)字化教學(xué)資源應(yīng)用于未來是非常有價(jià)值的，這種全新的教學(xué)體驗(yàn)無疑會(huì)大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。
在國(guó)內(nèi)，3D技術(shù)在課堂教學(xué)中的應(yīng)用越來越被關(guān)注，而3D數(shù)字化教學(xué)資源的建設(shè)正處于實(shí)驗(yàn)試用探索階段。2012年7月，香港理工大學(xué)教授Hareton Leung等人測(cè)試了3D教學(xué)對(duì)比2D教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，并發(fā)表了測(cè)試結(jié)果。在相同時(shí)間內(nèi)，參與3D學(xué)習(xí)的16名學(xué)生可以將課程內(nèi)容完整地復(fù)述出來，而2D班的25名學(xué)生只有17名可以復(fù)述出來雖然之前的研究都表明，3D技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)是有益處的，但是在香港，3D應(yīng)用于教學(xué)還存在一定的困難，很多學(xué)生因?yàn)榻暤脑?，在觀看3D的時(shí)候需要佩戴兩副眼鏡。此外，國(guó)內(nèi)實(shí)施了“綠色班班通”3D教學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目[11]，建設(shè)了專門用于3D教學(xué)的未來教室，配置了3D投影機(jī)及其相關(guān)的3D設(shè)備，通過呈現(xiàn)3D影像等數(shù)字化教學(xué)資源，為學(xué)生創(chuàng)建出逼真、高沉浸感的學(xué)習(xí)環(huán)境，為學(xué)生帶來了豐富的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。自2012年元旦開始，中國(guó)首個(gè)3D電視試驗(yàn)頻道開始播出。3D頻道播出節(jié)目?jī)?nèi)容包括體育、動(dòng)漫、專題、綜藝類節(jié)目以及大型的實(shí)況轉(zhuǎn)播，具有體驗(yàn)時(shí)尚及身臨其境的視覺感受[12]。2016年11月1日，山東省威海市皇冠中學(xué)將3D立體顯示技術(shù)引入課堂，將其應(yīng)用到生物、物理、化學(xué)等學(xué)科的教學(xué)中，以提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量[13]。如圖2所示，學(xué)生在生物課上觀看3D視頻教學(xué)課件。在傳統(tǒng)課堂教學(xué)中，教師通常使用二維圖形來解釋三維空間的概念，學(xué)生很難作形象地理解;而3D數(shù)字化教學(xué)資源能把講解的知識(shí)內(nèi)容立體顯示化，而且通過向?qū)W生展示逼真的3D內(nèi)容，使之獲得沉浸式的體驗(yàn)，能夠幫助學(xué)生迅速理解知識(shí)，對(duì)于提升未來課堂教學(xué)效果大有裨益。
(二)3D數(shù)字化教學(xué)資源建設(shè)存在的問題
未來課堂強(qiáng)調(diào)如何充分應(yīng)用各種先進(jìn)的技術(shù)和資源來進(jìn)一步支持教學(xué)活動(dòng)。3D顯示技術(shù)與3D數(shù)字化教學(xué)資源的創(chuàng)新應(yīng)用，使得未來課堂的教學(xué)活動(dòng)存在更多的發(fā)展空間。一系列逼真的3D內(nèi)容，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力，在一定程度上可以提高教育教學(xué)水平。然而，由于在3D數(shù)字化教學(xué)資源建設(shè)的過程中，存在成本高、投資大以及在相關(guān)技術(shù)和實(shí)踐方面的原因，用于未來課堂教學(xué)的3D數(shù)字化教學(xué)資源匱乏。建設(shè)符合學(xué)生智慧學(xué)習(xí)需求的3D數(shù)字化教學(xué)資源的過程任重而道遠(yuǎn)。
1、建設(shè)3D數(shù)字化教學(xué)資源成本高、難度大
3D數(shù)字化教學(xué)資源的制作成本較為昂貴，3D圖片和3D視頻的制作需要3D攝像機(jī)、拍攝輔助設(shè)備、3D編輯存儲(chǔ)設(shè)備等設(shè)施。首先，需要購(gòu)買大量的專業(yè)的錄制編輯器材和制作軟件。其次，拍攝的環(huán)境也較為嚴(yán)謹(jǐn)和苛刻，就3D視頻制作所付出的成本和精力都遠(yuǎn)超傳統(tǒng)模式下的視頻制作。過高的成本使得3D數(shù)字化教學(xué)資源在當(dāng)下的教育教學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用中乏人問津。
2、3D數(shù)字化教學(xué)資源制作人才缺乏
3D教學(xué)必須強(qiáng)化師資培養(yǎng)，打造精良的專兼職教師梯隊(duì)，為相關(guān)人員提供一個(gè)協(xié)作和迭代設(shè)計(jì)的環(huán)境和工具，以支持3D環(huán)境下的學(xué)習(xí)進(jìn)程[14]。將3D技術(shù)引入未來課堂中的目的在于改變學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)環(huán)境，而3D數(shù)字化教學(xué)資源不僅是技術(shù)環(huán)境中不可或缺的一部分，也是資源環(huán)境中重要的核心組成部分。然而，目前專業(yè)3D人才短缺，體現(xiàn)為總體數(shù)量不足和素質(zhì)偏低、專業(yè)和層次結(jié)構(gòu)不合理、知識(shí)和技能不匹配、職業(yè)素養(yǎng)有待提高四個(gè)方面[15]。培養(yǎng)3D技術(shù)開發(fā)人才與創(chuàng)作團(tuán)隊(duì)是建設(shè)3D數(shù)字化教學(xué)資源的關(guān)鍵。在教育教學(xué)領(lǐng)域中，缺乏3D數(shù)字化教學(xué)資源的原因除了其制作的成本高、難度大的因素以外，更重要的是缺乏3D技術(shù)開發(fā)人才。與傳統(tǒng)數(shù)字化教學(xué)資源內(nèi)容的制作相比，3D數(shù)字化教學(xué)資源的設(shè)計(jì)與制作對(duì)專業(yè)人員的要求、拍攝設(shè)備、制作與編輯技術(shù)、特效技術(shù)以及存儲(chǔ)設(shè)備等都提出了更高的要求，人才因素是3D數(shù)字化教學(xué)資源開發(fā)的進(jìn)程、質(zhì)量與成本的關(guān)鍵。由于這些技術(shù)難題，致使3D數(shù)字化教學(xué)資源十分稀少，大大限制了3D數(shù)字化教學(xué)資源在未來教育領(lǐng)域中快速發(fā)展。
3、3D數(shù)字化教學(xué)資源稀缺
在國(guó)內(nèi)，3D技術(shù)的教育教學(xué)應(yīng)用往往滯后于廣告、電影、游戲等其他行業(yè)，特別是符合當(dāng)前教學(xué)者、學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)需求的3D數(shù)字化教學(xué)資源比較稀缺，3D數(shù)字化教學(xué)資源的開發(fā)需要大量的時(shí)間，此外還需要具備掌握專業(yè)知識(shí)與具有足夠?qū)嵺`經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)制作團(tuán)隊(duì)，并且能夠共同合作，提出集成解決方案，這一系列的任務(wù)需要投入大量的人力和精力。由于，未來課堂裝配3D硬件設(shè)備的條件有限，能體驗(yàn)并享有3D數(shù)字化教學(xué)資源帶來的視覺享受以及學(xué)習(xí)優(yōu)勢(shì)的學(xué)習(xí)者并不多見。由此可見，3D數(shù)字化教學(xué)資源的開發(fā)與建設(shè)刻不容緩，這也將成為未來資源建設(shè)的一個(gè)新熱點(diǎn)。
4、3D數(shù)字化教學(xué)資源的推廣政策和激勵(lì)機(jī)制薄弱
推廣3D數(shù)字化教學(xué)資源在教學(xué)中的中應(yīng)用，需要政府的大力引導(dǎo)，教育部積極發(fā)動(dòng)各部門應(yīng)重視3D學(xué)習(xí)環(huán)境以及3D資源在教育領(lǐng)域中的建設(shè)，政府提供一定的資金支持，鼓勵(lì)學(xué)校和公司合作共同制作符合教育教學(xué)相關(guān)理念的高質(zhì)量作品，為教師提供大量的專業(yè)性的3D視頻、課件等3D數(shù)字化教學(xué)資源，為學(xué)生創(chuàng)造一個(gè)充滿啟發(fā)性、趣味性的學(xué)習(xí)環(huán)境，使學(xué)生的創(chuàng)造性思維、自主學(xué)習(xí)能力等得到全面發(fā)展。
5、3D眼鏡給學(xué)習(xí)者帶來一些不便
觀看3D數(shù)字化教學(xué)資源需要搭配特定的眼鏡，但長(zhǎng)時(shí)間佩戴3D眼鏡容易引起視覺疲勞，觀看的舒適度大大降低，很多學(xué)生因?yàn)榻暤脑?，在觀看3D的時(shí)候需要佩戴兩副眼鏡，并且3D眼鏡穿戴前后需要做消毒處理，因?yàn)橛锌赡軙?huì)感染眼睛疾病，因此，將3D應(yīng)用于教學(xué)還存在一定的困難。
四、3D數(shù)字化教學(xué)資源建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)
智慧學(xué)習(xí)時(shí)代需要用技術(shù)創(chuàng)造符合學(xué)習(xí)者認(rèn)知特點(diǎn)的數(shù)字化教學(xué)資源，通過3D技術(shù)建設(shè)優(yōu)質(zhì)的3D數(shù)字化教學(xué)資源，可以為學(xué)生提供生動(dòng)逼真的學(xué)習(xí)材料，加強(qiáng)視聽感官的刺激，提高學(xué)習(xí)者感知效率，促進(jìn)學(xué)生的感知記憶。但是，要想更好地將3D數(shù)字化教學(xué)資源應(yīng)用于未來教育教學(xué)領(lǐng)域中，必須掌握其建設(shè)所具備的關(guān)鍵技術(shù)，了解3D成像原理、3D主流顯示技術(shù)、全息技術(shù)、AR/VR技術(shù)以及未來3D技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，借鑒國(guó)外的3D數(shù)字化教學(xué)資源制作的先進(jìn)技術(shù)，建設(shè)符合學(xué)習(xí)者智慧學(xué)習(xí)需求的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源。
(一)3D數(shù)字化教學(xué)資源建設(shè)的支撐技術(shù)
3D數(shù)字化教學(xué)資源應(yīng)用于未來課堂需要一定的技術(shù)環(huán)境支撐，比如，3D影像投影儀、3D眼鏡、電腦等。3D顯示技術(shù)是利用一系列的光學(xué)方法使人左右眼產(chǎn)生視差從而接受到不同的畫面，再在大腦形成3D立體效果的技術(shù)(16+。在3D數(shù)字化教學(xué)資源建設(shè)中，3D主流顯示技術(shù)、全息技術(shù)、AR/VR技術(shù)對(duì)于未來課堂教學(xué)環(huán)境的構(gòu)建起著至關(guān)重要的作用，其相關(guān)類另叭特點(diǎn)以及教學(xué)應(yīng)用的相關(guān)分析如表1所示。
通過以上對(duì)比，我們不難發(fā)現(xiàn)，在未來教育領(lǐng)域中，幾種不同的3D數(shù)字化教學(xué)資源建設(shè)的主流技術(shù)都有各自優(yōu)勢(shì)。在未來課堂教學(xué)中，比較重視學(xué)生對(duì)知識(shí)的探索，也關(guān)注學(xué)生的情感體驗(yàn)，不論是3D顯示技術(shù)，還是VR/AR技術(shù)都對(duì)學(xué)生的情感體驗(yàn)、知識(shí)探索以及實(shí)踐能力等方面產(chǎn)生了較大的影響，也為學(xué)生的智慧學(xué)習(xí)提供了支持。
(二)3D數(shù)字化教學(xué)資源建設(shè)的先進(jìn)制作技術(shù)
1、3D立體圖片的制作
針對(duì)制作3D立體圖片，筆者通過搜索發(fā)現(xiàn)，有不少關(guān)于3D圖片制作的網(wǎng)絡(luò)教程。而合成3D紅藍(lán)立體圖片的工具主要有Photoshop和i3D Photo兩款軟件。首先，使用普通相機(jī)拍攝的兩張素材照片，拍攝完成第一張，水平移動(dòng)相機(jī)再拍一張，模擬左右眼得到的圖像素材，并準(zhǔn)備一副紅藍(lán)濾色立體眼鏡。以3D圖片合成軟件i3D Photo”為例，首先，打開軟件新建一個(gè)項(xiàng)目，其次，選取所拍的照片并分別對(duì)應(yīng)右眼和左眼，再按確定，如圖3所示。完成以上步驟后進(jìn)行效果查看，如果重影較大，可以查看上圖提示并點(diǎn)擊下自動(dòng)對(duì)齊，完成作品后，可戴紅藍(lán)立體眼鏡觀看制作的3D圖片。
2、3D視頻與3D動(dòng)畫的制作技術(shù)
3D數(shù)字化教學(xué)資源的制作是在相應(yīng)的3D制作設(shè)備中進(jìn)行的，核心設(shè)備包括3D攝像機(jī)(3D攝錄一體機(jī)、雙機(jī)3D攝像機(jī))、3D編輯軟件、存儲(chǔ)設(shè)備和一些相應(yīng)的輔助設(shè)備。3D和2D的制作技術(shù)存在很大的差異，3D的關(guān)鍵制作技術(shù)是3D拍攝技術(shù)和3D后期技術(shù)，其整個(gè)制作流程如圖4所示[18]。3D拍攝技術(shù)主要是3D攝像機(jī)操作技術(shù)、雙機(jī)3D攝像光軸控制技術(shù)、3D拍攝支架調(diào)校技術(shù)等;后期技術(shù)則更為復(fù)雜，包括三維合成技術(shù)、CG技術(shù)、虛擬植入技術(shù)、動(dòng)畫Flash、摳像技術(shù)、藍(lán)幕技術(shù)、E-Motion動(dòng)作捕捉技術(shù)(10)View-D轉(zhuǎn)換技術(shù)、立體效果校正技術(shù)、顏色亮度校正技術(shù)等[19]。
目前，常見的3D視頻與3D動(dòng)畫的編輯軟件有Adobe premiere、Ulead COOL 3D、Edius、3dMax等，其中這些軟件也是2D視頻編輯時(shí)常用的軟件，但隨著版本的不斷更新，這些軟件己增加了3D編輯的功能，這為3D數(shù)字化教學(xué)資源的建設(shè)提供了更多的平臺(tái)和幫助。目前，3D拍攝團(tuán)隊(duì)多為原來2D拍攝團(tuán)隊(duì)，對(duì)3D的編輯也是處在不斷探索的階段，培養(yǎng)專業(yè)3D人才、開發(fā)先進(jìn)的3D數(shù)字化教學(xué)資源將成為未來3D教學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)。
3、2D至3D視頻轉(zhuǎn)換技術(shù)
2D轉(zhuǎn)3D視頻技術(shù)可以充分利用大量已拍攝的2D圖片或者視頻來制作3D視頻，如前所述，由于使用3D攝像機(jī)拍攝成本高、制作3D視頻難度大、周期長(zhǎng)等難題，很難在短時(shí)間內(nèi)解決3D數(shù)字化教學(xué)資源急缺的問題。所以，近年來很多學(xué)者對(duì)2D轉(zhuǎn)3D視頻中各關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了一系列研究，目前，2D轉(zhuǎn)3D技術(shù)主要有以下兩種：基于模型的轉(zhuǎn)換方法(MBC)和基于圖像的轉(zhuǎn)換方法(IBC)[20]。今后，隨著人們的不斷探索，需要在2D轉(zhuǎn)3D技術(shù)為主要代表的立體視頻制作技術(shù)方面，加大研究力度，逐漸提高普通2D視頻轉(zhuǎn)3D視頻技術(shù)的使用效果，進(jìn)一步促進(jìn)3D產(chǎn)業(yè)的整體發(fā)展，使學(xué)習(xí)者在教育教學(xué)領(lǐng)域都能享受到3D帶來的魅力。
五、3D數(shù)字化教學(xué)資源建設(shè)的推進(jìn)策略
在智慧學(xué)習(xí)時(shí)代，提倡利用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、資源、環(huán)境與方法，科學(xué)選擇知識(shí)性和實(shí)踐性的內(nèi)容進(jìn)行有效學(xué)習(xí)、高效學(xué)習(xí)、創(chuàng)新學(xué)習(xí)、創(chuàng)造學(xué)習(xí)。3D數(shù)字化教學(xué)資源集視、聽覺等綜合體驗(yàn)于一體，可以有效地構(gòu)建便于獲得直接經(jīng)驗(yàn)的學(xué)習(xí)環(huán)境，使學(xué)習(xí)者產(chǎn)生一種身臨其境的感覺，主動(dòng)參與到體驗(yàn)學(xué)習(xí)的過程。它為實(shí)現(xiàn)智慧學(xué)習(xí)提供了必要的支持，也為未來課堂提供了豐富的教學(xué)資源。3D數(shù)字化教育資源的建設(shè)涉及面比較廣、開發(fā)周期長(zhǎng)、資金投人大。根據(jù)當(dāng)前已有的研究理論基礎(chǔ)，針對(duì)3D數(shù)字化教學(xué)資源建設(shè)的現(xiàn)狀及問題訴求，充分利用現(xiàn)有的關(guān)鍵技術(shù)，有針對(duì)性的提出解決資源建設(shè)重難點(diǎn)問題的策略，全面推進(jìn)3D數(shù)字化教學(xué)資源建設(shè)，對(duì)于學(xué)生學(xué)習(xí)能力以及問題意識(shí)的培養(yǎng)乃至創(chuàng)新精神的塑造均具有重要意義。
(一)加大對(duì)3D數(shù)字化教學(xué)資源建設(shè)基礎(chǔ)理論研究的支持力度
教學(xué)資源是各種教學(xué)活動(dòng)得以開展的有利條件，教學(xué)資源的好壞也直接關(guān)系到教學(xué)效果的好壞。3D數(shù)字化教學(xué)資源是在信息時(shí)代與3D技術(shù)相互融合下呈現(xiàn)出的獨(dú)特一面，即資源的立體化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化。3D數(shù)字化教學(xué)資源的建設(shè)符合未來課堂提出的要求，即以學(xué)習(xí)者為中心，強(qiáng)調(diào)知識(shí)的可視化，能滿足學(xué)習(xí)者多元化、個(gè)性化發(fā)展需求。在國(guó)外，針對(duì)3D資源建設(shè)已經(jīng)有相關(guān)的項(xiàng)目正在展開，如，比較典型的“未來教育與學(xué)習(xí)(LIFE)”項(xiàng)目，對(duì)歐洲7國(guó)的師生進(jìn)行調(diào)研，以獲取3D教學(xué)對(duì)學(xué)生課堂專心度和學(xué)習(xí)成績(jī)的影響[21]。然而，在國(guó)內(nèi)，針對(duì)3D數(shù)字化教學(xué)資源建設(shè)的相關(guān)基礎(chǔ)理論研究較薄弱，應(yīng)通過國(guó)家項(xiàng)目引導(dǎo)，加大對(duì)理論基礎(chǔ)研究的支持力度。3D數(shù)字化教學(xué)資源能夠構(gòu)建立體逼真的學(xué)習(xí)環(huán)境，不僅彌補(bǔ)了以往教學(xué)情境的不足，也促進(jìn)了學(xué)習(xí)者對(duì)知識(shí)技能的構(gòu)建、保持和運(yùn)用。將3D資源應(yīng)用于未來課堂具有一定的開拓性和前瞻性。因此，亟需加強(qiáng)3D數(shù)字化教學(xué)資源建設(shè)的基礎(chǔ)理論研究，從而能夠在理論的支撐下充分利用先進(jìn)的3D制作技術(shù)和轉(zhuǎn)換技術(shù)進(jìn)行3D數(shù)字化教學(xué)資源的設(shè)計(jì)與開發(fā)，建設(shè)優(yōu)質(zhì)的3D資源，為學(xué)習(xí)者創(chuàng)設(shè)真實(shí)的學(xué)習(xí)情境，激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)習(xí)者更好地理解、內(nèi)化學(xué)習(xí)內(nèi)容。
(二)加強(qiáng)3D技術(shù)開發(fā)人才隊(duì)伍建設(shè)，增強(qiáng)3D資源應(yīng)用與服務(wù)能力
3D電影、3D照相、3D打印、3D虛擬世界等新技術(shù)的出現(xiàn)迅速改變著人們的生活方式。3D視覺是目前的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，在未來教育教學(xué)領(lǐng)域中，3D技術(shù)及其資源的開發(fā)與應(yīng)用將發(fā)揮具大的潛力。只有培養(yǎng)3D技術(shù)開發(fā)人才，創(chuàng)作出高品質(zhì)的3D數(shù)字化教學(xué)資源，才能滿足未來智慧學(xué)習(xí)的發(fā)展需求。在3D數(shù)字化教學(xué)資源建設(shè)過程中，培養(yǎng)3D技術(shù)開發(fā)人才與創(chuàng)作團(tuán)隊(duì)是關(guān)鍵，人才隊(duì)伍是3D數(shù)字化教育資源建設(shè)的具體承擔(dān)者和組織者，它關(guān)系到3D數(shù)字化教學(xué)資源能否實(shí)實(shí)在在地服務(wù)于教育。特別是在3D數(shù)字化資源緊缺的環(huán)境中，必須要加強(qiáng)人才隊(duì)伍建設(shè)，培養(yǎng)能熟悉掌握3D數(shù)字化資源建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)的隊(duì)伍，克服制作技術(shù)難題，增強(qiáng)3D數(shù)字化教學(xué)資源在未來課堂中的應(yīng)用與服務(wù)能力。
(三)加速建設(shè)3D學(xué)習(xí)環(huán)境，滿足以學(xué)習(xí)者為中心的智慧學(xué)習(xí)需求
奧托•戴克(H. Otto Dahlke)認(rèn)為：“教學(xué)活動(dòng)是在一定的物理環(huán)境中進(jìn)行的，這個(gè)環(huán)境在一些非常重要的方面限制和規(guī)定著學(xué)生學(xué)習(xí)和發(fā)展的可能性，環(huán)境這個(gè)舞臺(tái)一旦搭起來，那么在這個(gè)舞臺(tái)上將要進(jìn)行的演出活動(dòng)就已經(jīng)被部分地決定了[22]。”加速建設(shè)3D學(xué)習(xí)環(huán)境，把一些難理解的概念或者復(fù)雜且難接觸的實(shí)驗(yàn)或場(chǎng)景通過3D展示，能使學(xué)生更好的融入學(xué)習(xí)情境，讓學(xué)生更貼切地感知所傳授的知識(shí)內(nèi)容。3D學(xué)習(xí)環(huán)境應(yīng)通過購(gòu)買和安裝3D教學(xué)的設(shè)備，如3D投影、3D電視、3D眼鏡以及VR/AR技術(shù)和全息技術(shù)相關(guān)的裝備等，為學(xué)習(xí)者提供優(yōu)質(zhì)的3D教學(xué)設(shè)備，創(chuàng)造一種新型的高沉浸感的學(xué)習(xí)環(huán)境。目前，在國(guó)外已很多國(guó)家進(jìn)行了3D教學(xué)，如，印度已經(jīng)有1400多所學(xué)校使用3D技術(shù)教學(xué)。在國(guó)內(nèi)也有部分學(xué)校建設(shè)3D學(xué)習(xí)環(huán)境，3D數(shù)字化資源也逐漸開始進(jìn)入學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)生活中，如，蘭州四中集聲光電、數(shù)字投影系統(tǒng)等立體模型于一體的3D教室，和湖州職業(yè)技術(shù)學(xué)院的3D視影仿真數(shù)字學(xué)習(xí)平臺(tái)[23]，其不僅為學(xué)習(xí)者提供了一種全新的體驗(yàn)式學(xué)習(xí)環(huán)境，而且還滿足了未來課堂所強(qiáng)調(diào)的交互與參與的特性，激發(fā)了學(xué)習(xí)者的主動(dòng)性。
3D數(shù)字化教學(xué)資源建設(shè)的終極目標(biāo)是為了促進(jìn)學(xué)習(xí)者的智慧學(xué)習(xí)，因此，是否能夠滿足學(xué)習(xí)者的智慧學(xué)習(xí)需求是評(píng)判資源質(zhì)量的好壞的關(guān)鍵。根據(jù)教學(xué)與學(xué)習(xí)者的需求，為學(xué)習(xí)者創(chuàng)設(shè)3D學(xué)習(xí)情境并呈現(xiàn)高品質(zhì)的3D數(shù)字化教學(xué)資源，創(chuàng)造更多有趣且具有啟發(fā)性的課堂，提供個(gè)性化的獨(dú)特學(xué)習(xí)體驗(yàn)，提高學(xué)習(xí)者的參與度，也能有效地激發(fā)了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣與學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。使學(xué)習(xí)者更好地融入學(xué)習(xí)情境中探尋知識(shí)，建立持久的學(xué)習(xí)熱情，與此同時(shí)可以擴(kuò)展學(xué)習(xí)者的技術(shù)視野和經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步幫助他們未來對(duì)現(xiàn)有基礎(chǔ)的創(chuàng)新超越。
(四)加快普及和推廣3D數(shù)字化教學(xué)資源在未來課堂中的應(yīng)用
3D技術(shù)為教育教學(xué)提供了立體逼真的學(xué)習(xí)資源，其能夠在學(xué)習(xí)過程中創(chuàng)設(shè)一種真實(shí)的情境，使教學(xué)內(nèi)容對(duì)學(xué)習(xí)者具有很強(qiáng)的吸引力，學(xué)習(xí)者通過體驗(yàn)、感悟去內(nèi)化知識(shí)。3D資源的情境性、逼真性有助于激發(fā)和維持學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，在學(xué)習(xí)的過程中能夠體會(huì)到更多的學(xué)習(xí)樂趣，并進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生身心大腦高度參與學(xué)習(xí)過程。3D數(shù)字化教學(xué)資源在一定程度上對(duì)于教育領(lǐng)域具有重大的影響。
目前，在國(guó)內(nèi)3D數(shù)字化教學(xué)資源在教育中的應(yīng)用存在一定的困難與障礙。3D產(chǎn)品價(jià)格昂貴，初期投入成本較大，其硬件主要包括3D投影儀、3D攝像機(jī)，3D電視等，后續(xù)的維修保養(yǎng)及管理等費(fèi)用較高。此外，3D數(shù)字化教學(xué)資源稀少，軟件開發(fā)與制作技術(shù)難度大，普通的學(xué)校較難承受。因此，3D數(shù)字化教學(xué)資源在未來課堂中的推廣和普及仍面臨較多困難。王龍[24]指出，以政府為主體，以政策驅(qū)動(dòng)為動(dòng)力，是保障我國(guó)教育體系資源建設(shè)的基礎(chǔ)。3D數(shù)字化教學(xué)資源建設(shè)及其普及是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，要大力建設(shè)和推廣高質(zhì)量的3D數(shù)字化教學(xué)資源，必須促使多種力量共同參與，包括政府、學(xué)校、企業(yè)、社會(huì)媒體等。政府作為目前我國(guó)資源開發(fā)的經(jīng)費(fèi)來源的主力，應(yīng)當(dāng)扮演資源建設(shè)的規(guī)劃者、組織者、傳播者。學(xué)校則是政府引導(dǎo)下參與3D數(shù)字化教學(xué)資源建設(shè)的主力軍，學(xué)校通過以硬件建設(shè)、3D數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)為先，依靠政府的資源建設(shè)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)，推廣3D數(shù)字化教學(xué)資源在教學(xué)中的應(yīng)用，為師生提供大量的專業(yè)性的3D數(shù)字化教學(xué)資源，為學(xué)生創(chuàng)造一個(gè)充滿啟發(fā)性、趣味性的學(xué)習(xí)環(huán)境，使學(xué)生的創(chuàng)造性思維、自主學(xué)習(xí)能力等得到全面發(fā)展。
六、結(jié)語
未來課堂強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者的個(gè)性需求，3D數(shù)字化教學(xué)資源為學(xué)習(xí)者提供立體、逼真、直觀的學(xué)習(xí)內(nèi)容，不僅讓觀者產(chǎn)生身臨其境的感覺，帶給學(xué)習(xí)者前所未有的視覺體驗(yàn)，而且使學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中高度參與，有助于啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。然而，在3D數(shù)字化教學(xué)資源建設(shè)的過程中，如何克服制作成本高、難度大的現(xiàn)實(shí)問題?如何培養(yǎng)大量諳熟3D技術(shù)、全息技術(shù)以及VR/AR技術(shù)的人才?如何通過相關(guān)政策和激勵(lì)機(jī)制，使越來越多的學(xué)校建設(shè)3D數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境，并推廣3D數(shù)字化教學(xué)資源在未來教學(xué)中的應(yīng)用?等問題仍然是我們需要進(jìn)一步關(guān)注的重點(diǎn)。另外，裸眼3D教學(xué)資源將會(huì)是一種主流趨勢(shì)，將其應(yīng)用于教育具有巨大的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)加大對(duì)裸眼3D技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用研究，將裸眼3D教學(xué)資源更好的應(yīng)用到教育教學(xué)實(shí)踐中，以期為提高教育教學(xué)水平和實(shí)現(xiàn)智慧學(xué)習(xí)提供更多的支持。
作者簡(jiǎn)介：王洪梅，江蘇師范大學(xué)智慧教育學(xué)院在讀碩士研究生，研究方向：數(shù)字化資源的建設(shè)、教學(xué)微視頻;王運(yùn)武，江蘇師范大學(xué)智慧教育學(xué)院副教授，碩士生導(dǎo)師，博士，研究方向：智慧學(xué)習(xí)環(huán)境、教育信息化發(fā)展規(guī)劃等;吳健，江蘇師范大學(xué)智慧教育學(xué)院在讀碩士研究生，研究方向：數(shù)字化深入閱讀。
轉(zhuǎn)載自：《遠(yuǎn)程教育雜志》2017年2期 第35卷總第239期
