VR智慧教室建设方案

VR智慧教室建设方案2016年10月17日目录1. 关于VR 32. VR技术改变教育 43. 主流VR设备简介 54. 职业教育所面临的问题 65. VR+教育需求分析 76. VR智慧教室的构成 92.1 VR沉浸教室 92.2 VR实训教室 107. VR智慧教室的优势 117.1 沉浸开放，激发兴趣 117.2 场景建模，安全可靠 127.3 优质资源，应用分发 127.4 一键操作，交互设计 128. VR智慧教室建设内容 138.1 硬件终端 138.1.1 VR沉浸教室：101VR眼镜盒子+手机 138.1.2 VR实训教室：HTCvive眼镜+PC 148.2 智慧教室管理系统 158.2.1 VR软件-教师端 158.2.2 VR软件-学生端 158.2.3 后台管理系统 158.2.4 VR数据中心 168.2.5 VR教育资源 168.3 VR人生 178.3.1 海量3D素材 178.3.2 沉浸式漫游体验 188.3.3 自主创作 188.3.4 智能化编辑 189. 附录硬件参数要求及配置 18附录1：手机+VR眼镜 18附录2：HTCVIVE+PC 19附录3：普罗米修斯电子白板 20关于VR关于VR，在开始讲VR之前我们先来谈一下媒体呈现技术的一个演变，实际上这也跟VR有很大的关系。最早在历史上，媒体的演变是先从文字开始的，文字是最早可记录的媒体呈现的形态，是一种单一的媒体形态，现在也是用的非常的广泛。第二种形态就是交互式复合媒体，复合媒体是包括两种以上形态的媒体技术，我们常用的最多的是视听媒体，类似电影这样的技术。第三种媒体形态是多媒体技术，多媒体技术是从计算机发明以后，把视听相结合产生的一种交互式的复合的媒体，而这种媒体被大家所认识也有几十年的时间了。在多媒体技术之后是什么样的媒体呢？我们认为是虚拟现实，即VR是VirtualReality的缩写，是一种高沉浸的媒体形态，具有非常高度的沉浸感。那么什么叫做“沉浸感”呢？通俗来讲就是说佩戴上虚拟设备（虚拟眼镜、虚拟头盔等）后，我们好像进入了另外一个世界一样，就是身临其境，具有很高的沉浸性的特点。在媒体呈现技术的演变中，每一个媒体呈现形态的发展都有一个很大的进步。尤其是对VR来说，更是一个不可错过的盛宴！为什么这样讲呢？因为它对媒体呈现技术来说是一个革命性的节点，它对各个涉及媒体呈现的行业都会有本质上的冲击！主流VR设备简介VR当前主流的VR设备供应商，一个是非常有名的Oculus，后来19亿美金被Facebook收购。第二个是索尼推出来的PlayStationVR，但是由于它是专业的硬件设备，不能接在PC上，只能接在日本索尼的PlayStation上，所以它在国内应用并不是很多。第三个就是的HTCVive，这三者的体验都不错。另外，还有一种比较简单的VR设备，把手机插在设备上，跟手机结合，利用手机的屏幕去显示内容，而这种技术效果体验比较好的就是三星GEAR，三星GEARVR的效果也是在同类产品中是比较不错的，因为内置了陀螺仪，但是必须配合三星手机使用。笔者也体验了，感觉能提供较好的用户体验。VR技术改变教育2016年是VR元年，随着VR产业在全球范围内的兴起，由于其具备的各种技术特征，VR技术越来越多的被教育领域所重视，以往传统二维空间授课过程中的痛点也将迎刃而解。各项应用研究表明，VR技术进入高校教学，能形象生动地表现教学内容,有效地营造一个跟随技术发展的教学环境,提高学生掌握知识、技能的效率,真正使教学者更容易地去表达自己的教学思想和内容,使学习者更直观、更容易理解教学者的教学思想和教学内容。在2016年举办的“2016在线教育趋势论坛”、“北京VR教育产业高峰论坛”等峰会和论坛中，几乎都不约而同的提出了促进虚拟现实等新技术在职业教育中的应用，通过提升课堂教学质量加强职业技能实训，虚拟实验具有传统实验无法比拟的功能特点，决定了它在职业教育中的美好应用前景。VR技术的研发应用已经由初期理论上的探索进入到目前广泛的实际应用阶段，VR技术能够把教学、技能实训、评价、反馈等多个过程有机融合在一起，对我国职业教育的创新发展将发挥积极的不可替代的作用。崭新的技术，会带给我们崭新的教育思维。真实、互动、情节化的特点是虚拟现实技术独特的魅力所在。结合了益智游戏、情景化学习、协作学习、远程教育等多种特性的虚拟现实VR的新技术，将会解决很多以前无法解决的教育问题,让我们感受到全方位的教育。而从普及的角度来看，沉浸式教学也有助于VR技术本身的发展。由于天生具备吸引眼球的特质，虚拟现实的全新体验可以拉动年轻一代拥抱VR这项新技术，对于教育工作者而言，VR也是节约成本的一种应用形式。通过VR技术，可以更好的让教育能够寓教于乐，有效地激发学习兴趣;同时它还能够有效地创建学习情景、支持合作、促进交流、促进知识表达和应用，从而有效地构建一个非常优良的学习环境，让学生学到更多的东西。应用到汽车维修中，各种器件的安装、维修等过程都可以通过虚拟的设备来进行培训，学校可以突破空间的限制，以及消除潜在安全威胁。职业教育所面临的问题1、职业教学实训项目面临资金或场地的问题一些实训项目的建设需要使用复杂的设备，昂贵的原材料和消耗大量的物质，比如：汽车、高铁等相关领域的岗位职业培训，而目前职业学校资金来源相对单一，主要靠自筹和专项拨款，这就导致许多职业教学的实训项目流于形式，甚至学校取消开设一些实训项目，学生只能在课堂上听教师进行讲解，难有实践操作体验的机会，不利于学生职业技能的训练，违背了实训教学的目标。2、职业教育实训条件有待完善实训基地是职业教育中对学生实施职业技能训练和素质培养的必备条件，也是职业教育办出特色、提高质量的基础性条件，实训基地主要分为校内基地和校外基地两种形式。目前，在绝大部分职业院校中，原有的实训基地基本上是建立在各校“自力更生”和“小而全”的基础上，实训场地建设与学校发展规模不相适应。另外，职业院校中用于实训的设备明显不足，技术落后，更新速度慢，不论是从数量上还是从先进程度上都未能与职业教育的培养目标相适应。这些都将降低实训教学的有效性。例如，在职业教育汽车制造、维修等培训专业中，许多学校还无法形成与现代物流企业模式相近的“准真实”环境，难以满足学生按照专业课程设置的要求进行全面的技能训练需要。3、安全性问题在某些职业工种，如：机械类、电子电工类、药物生产类专业开展实训教学还存在一定的安全风险。安全性问题产生的原因有很多，有的来自教师方面，有的则来自学生自身。一些职业学校教师未接受过系统安全培训，在一定程度上会缺乏系统的安全理论知识、安全技能和足够的安全经验；另外由于职业学校教师数量缺乏，学生的人数与职业教育课的教师配置常常比例失当，一位实训指导教师要负责指导的学生数量过多，很难全面地关注到每位学生的操作行为，给安全问题埋下了隐患。在学生方面，由于缺乏安全意识和自我保护意识以及防范危险的意识，操作不够谨慎和操作不规范也可能诱发安全事故；另外一些学生安全意识过重而忽略了专业技能训练的重要性，不敢进行实操训练，错过了很多实践训练的机会。另外有的学生考虑到自身安全，出现回避或袖手旁观的情形，这样就很难掌握实际工作需要的综合技能。像在传统的采矿行业，其客观环境条件决定了实习实训存有一定安全风险，如果教师只是借助传统教学手段向学生讲解实训课程内容，则无法帮助学生掌握岗位必须的工作技能。VR+教育需求分析VR与教育行业的深度融合是大势所需，其需求驱动主要体现在以下几方面：知识点呈现方式的升级需求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”的知识单向灌输到配合使用答题器、平板电脑终端进行师生交互，科技设备并非要取代“传统”，而是将各种高科技教学设备和信息化教学手段做互补、融合，针对课堂中不同学科、不同类型的知识点，为教师提供更先进的、适合的、多元化的呈现方式。（2）高难度教学目标的需求利用虚拟现实技术，可以彻底打破空间的限制。大到宇宙天体，小至原子粒子，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。虚拟技术还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。（3）教学实践操作的需求以往对于危险的或对人体健康有危害的实验或实践，一般采用视频观看的方式来取代，学生无法直接参与实验，获得感性认识。VR技术可模拟现实中难以实现或者不存在的环境和角色、物体等，消除了以往教学中对学生人身安全、成本消耗的顾虑。在绝对安全、错误可逆可修复性上，利用VR技术的实验课和实践操作上拥有难以比拟的优势。这一点的明显应用就是虚拟实验室，对于那些对条件要求高、在现实中无法实现、危险性极高、产生结果不可逆的试验，VR化学实验可以避免实验所产生的燃烧、爆炸或其它危险和巨大消耗。采用虚拟实验的方式，学生通过亲身操作体验进行学，并且很容易进行错误修正，或对结果做出可逆的改变，而不用担心会有任何物质成本消耗或需要善后的相关工作。虚拟课堂还可以广泛运用于安全教育课，可避免由于学生操作失误，而造成地震、火场、踩踏等紧急情况下的安全事故；虚拟的飞机驾驶教学系统，可免除学员操作失误而造成飞机坠毁的严重事故。

自适应探究学习的需求虚拟现实技术可以对学生学习过程中所提出的各种假设模型进行虚拟,通过虚拟系统便可直观地观察到这一假设所产生的结果或效果。例如，在虚拟的化学系统中，学生可以按照自己的假设，将不同的分子组合在一起，电脑便虚拟出组合的物质来。通过这种探索式的学习，学生很有可能发现新的物质。利用虚拟技术，学生还可以进行温室效应、电路设计、建筑设计等方面的探索学习，从而研究二氧化碳对全球气候的影响规律，或设计出新的电路、新的建筑物。利用虚拟现实技术进行探索学习，有利于激发学生的创造性思维，培养学生的创新能力。VR智慧教室的构成VR沉浸教室科技在不断进步，为教育信息化的发展提供了坚实基础和机遇。一本书、一张嘴、一支粉笔、三尺讲台的授课形式早已成为了历史，近年几年来，随着国家三通两平台政策的推进，各种形态的多媒体数字教室、移动终端智慧教室如雨后春笋般出现在校园，而伴随VR虚拟现实技术、人工智能技术的进一步成熟，虚拟现实在教育中的应用，将大大提高学生学习兴趣和效率，VR教室以其颠覆性的优势迅速成为了教育领域最耀眼的新星。VR教室应用主要由三部分构成：硬件设备、VR软件、智慧教室云管理平台。基于教师网络，教师可通过PC端VR软件对学生端VR设备进行控制，实现VR教学。图VR教室网络拓扑图VR实训教室VR实训教室提供实训操作教学，配置2—6套HTCVIVE实训设备，供学生进行专业实训模拟操作和教学演练。例如在医学教学领域中，用VR技术呈现人的身体结构，让学生可以更直观清晰地认识到人体构造的模样并进行手术演练，这教学的效果比我们书面理论的教学方式高了很多倍。又或者说维修汽车，各种器件的安装、维修等过程都可以通过虚拟的设备来进行培训。模拟场景如下：VR智慧教室的优势沉浸开放，激发兴趣传统多媒体教室与智慧教室经过长时间的技术积累，交互方式是基于键鼠输入、电磁笔书写、按钮按键等，教学资源主要是文字、图片、视频，以及近来应用较为广泛的富媒体资源，在帮助教师教学上已具备了特定的优势，然而在帮助学生认知、提高学习体验感、增强代入感方面，VR智慧教室更有着不可比拟的优势。在VR智慧课堂上，学生的视觉、听觉与外界隔离，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。学生可借助专用的VR设备从视觉、听觉和触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。教师可以利用VR课堂上一定程度的体感交互、深度沉浸式教学，达到营造期望意境、加深知识记忆、提升学习效果的教学目的。场景建模，安全可靠根据网龙华渔教育对全国多个职业学校的VR需求度调研报告分析显示，对VR技术应用于课堂教学的期望，主要集中在具有一定安全隐患的课程如高压电池组的检修操作，而其中一些知识点的切实掌握，往往需要具有一定危险性或代价昂贵的实验来实现。通常情况下，教师会使用视频的方式教学，其效果当然不甚理想。现在，利用虚拟现实技术进行虚拟实验，则可以免除这种顾虑。优质资源，应用分发网龙华渔教育面向全球收购最顶尖教学资源，配合高品质后期制作，目前正在形成庞大规模的教学资源库。公司以强劲的技术研发优势及资金优势，快速整合包括电子书、教学素材、国际化顶尖教育产品、3D教学资源等多种教育资源，通过移动互联网、教育云平台等技术，与全球的教育工作者和学习者分享。未来，VR教学资源将是教育资源云平台的重点扩充方向。VR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课堂的实质性基础。网龙华渔教育依托行业领先的多媒体资源开发团队，不仅拥有强大的3D资源制作能力，并且在引擎开发方面有着丰富的自主研发经验，对实现VR技术的交互性、沉浸感、构想设计等核心技术有着先天的优势。一键操作，交互设计VR智慧教室提供教育专用VR设备和教学资源，学生可以在虚拟现实环境下，获得与平常生活体验中不一样的听觉、视觉等感受，并对日常难以接触到的自然环境、历史场景、科学实验等进行虚拟实践。而学生的信息输入也不再局限于课堂测试、口头回答老师问题，VR教室将逐步实现通过视觉、声音、触碰、手势、动作甚至是脑电波等相结合的“多模态”交互方式，教师可利用VR课堂云系统，一键控制全班学生VR设备的播放和停止，彻底突破人机交互、师生交互的二维交互局限性，使教师更有效率的教，使学生更自然轻松的学。VR智慧教室建设内容硬件终端VR沉浸教室：101VR眼镜盒子+手机（硬件具体参数详见附录1）VR眼镜盒子+手机符合多种VR教学场景的需求，对原有的普通教室、多媒体教室、智慧教室的部署设施无需再改造，在连接教室局域网的前提下，教师一键下发教学资源，同时，系统帮助教师对学生终端进行监测和控制，学生只需戴上VR眼镜盒子，无需任何操作，即可体验沉浸式的学习。VR眼镜盒子：专用于配合手机使用的沉浸式虚拟现实眼镜，外观简洁时尚，根据人体工程学设计理念，贴合青少年面部结构；智能手机：适合于VR眼镜盒子的智能手机设备，提供符合眼镜盒子的观看屏幕，以及所需的智能操作系统；设备管理站：用于VR眼镜盒子和手机设备的统一存放保管。设备管理站不仅可为智能手机提供集中充电，另考虑到VR教室学生流动性的因素，采用内置紫外线消毒灯的设计，保证在校学生的使用卫生。 特点(1)高性价比：本方案提供的眼镜盒子和智能手机设备，各功能参数达到行业高端水准，能完全满足课堂体验沉浸式教学的需求，价格优势明显，是最具性价比的VR教室配置方案。(2)轻便灵巧：学生使用的VR眼镜盒子和智能手机体积小重量轻，携带轻便。安装设计上体现简易耐用，无需更多繁琐操作，适宜学校多个班级轮流使用，易于学校管理。(3)安全卫生：配合方案独有的设备管理站，帮助学校解决存放、管理、设备消毒的后顾之忧。VR实训教室：HTCvive眼镜+PC（硬件具体参数详见附录2）HTCvive眼镜+PC方案符合多种VR教学场景的需求，对已配置电脑的多媒体教室，可对PC机性能和参数进行考察评估，进行更换和改造升级。课前可提前将HTCvive眼镜连接PC端并将其设置为主屏幕。HTCvive眼镜：专用于配合PC使用的VR虚拟现实体验眼镜设备，跟方案1中VR眼镜盒子相比，VR眼镜内部除了光学镜片外，自身内置了高清屏幕，其产品主要特点如下：一体化连接设计，融合人体工程学设计，为使用者带来舒适的整体面部贴合感，头戴时可调节顶部与两侧的大小松紧；配置5.5寸高清屏幕，分辨率1920*1080P，刷新率60Hz，画面质感清晰，亮度及色彩饱和度适中，为VR教学提供了优秀的视觉体验，有效减少由劣质屏幕带来的眩晕感；采用顶尖光学设计，超过100°的视场角，大口径非球面光学镜片，打造完美的深度沉浸感；USB和HDMI二合一接口即插即用，便于课堂上快速启用；双目镜片适应0-600度的普通近视，提供双组镜片灵活瞳距调节方案；PC机：适用于HTCVIVE眼镜的计算机设备，本方案的PC端配置高端，为沉浸式学习体验提供了极为高清、流畅的技术保障。智慧教室管理系统VR智慧教室管理系统是用于VR课堂资源、授课教学管理、终端设备控制、数据采集分析的综合性教室管理软件，保证了VR课堂的顺利进行，为教师提供了便捷简单、系统有序、合理有效的VR教室管理工具。VR软件-教师端VR软件-教师端是面向教师使用的课堂管理平台，实现对课堂学生VR设备的控制、课中VR资源的下发，以及对教学产生的课中数据进行统计和分析。VR软件-学生端学生端面向学生个体，除衔接与对应其教师端的课堂授课控制功能外，还向其开放了完善的资源库及个人中心功能。后台管理系统VR教室助手后台系统实现对资源库平台运行，以及对教师端和学生端账号信息的统一管理。（1）资源库资源管理：基于资源库对的适用性、针对性，制定专有的资源审核规则。提供资源上传的规范和模版，保证资源呈现方式的统一化。实现所有资源的编辑、审核、上传、发布、下架等后台管理。（2）学校信息管理：学校基本信息维护、学校账号权限管理、学校上传资源管理。后台提供学校使用情况汇总报表，便于对学校用户进行问题分析和总结。（3）数据统计管理：对不同时间、资源类型、不同学科等维度的资源进行播放统计，提供播放次数排名、下载排名、上传排名。对学校VR教室内相关VR硬件设备，进行使用率等关联数据的统计。（4）运营活动管理：对资源库、教师端首页进行运营活动的管理，如活动的发布和下架更新、活动数据统计分析反馈等，使平台保持人气和活力。（5）用户服务：后台为用户提供绿色服务通道，面向广大师生，收集用户问题、建议、意见等，并在用户反馈后第一时间提供回复。VR数据中心VR教室管理系统的数据中心承载了所有数据记录、存储、分析反馈的功能。例如为教师及管理者提供多样的参考数据，包括学生课程完成度、下载到达率、疑难点最多的课程、帮助最大的课程、讨论最多的类目，以及按周、月、学期计算各课程的受欢迎程度排名等，帮助教师改进教学流程、提高资源内容质量等。VR教育资源VR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课堂的实质性基础。网龙华渔教育依托行业领先的多媒体资源开发团队，不仅拥有强大的3D资源制作能力，并且在引擎开发方面有着丰富的自主研发经验，对实现VR技术的交互性、沉浸感、构想设计等核心技术有着先天的优势。VR人生目前市场上VR制作软件普遍使用难度大、专业性强，使用起来需要一定的技术门槛，本方案为部分有探究能力的学研机构提供使用简单、界面友好、技术门槛低的VR基础制作流程。在unity3d三维引擎等功能的基础之上，打造实用的VR环境及内容编辑方式。VR编辑器给予了用户看似简单的专业创作组合，采用最先进的3D游戏引擎，用户可以短时间内创造出令人惊叹的3D虚拟场景。海量3D素材VR编辑器内置了海量3D素材，用户可使用这些素材轻松搭建VR虚拟环境。用户需要做的仅仅是从素材资源库中将模型连同动画导入到VR编辑器中，加上一些预设贴图和沉浸技术以及动画设定，即可完成3D虚拟场景的构建。沉浸