吴建平　姬永倩　陈培德　余秋磊　田玲芳

摘  要 将全息技术应用于教室中，并将全息技术与围观式教学相结合，具体以初中生物课程中观察细胞、观察大型动物为例，通过具体的教学设计与技术手段将整节课程以全息的方式呈现出来，结合围观式教学法，以符合现代学生的学习体验以及知识的快速构建，使学生在立体空间中进行全方位观察与学习，真正实现学习的自主化、情境化、个性化。

关键词 全息技术;围观式教学;教育技术;教学设计;全息教

室;初中生物

中图分类号：G642    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2019）01-0020-04

1 前言

全息技术作为新兴技术之一，以其自身独特的优势在众多技术中脱颖而出。全息技术可实现实物在虚拟环境中360°无死角展现，带给人们新的视觉体验。凭借这一优势，全息技术可被应用于教育中，以其优势促进教育的发展。同时，新时代的教育技术迫切需要新的力量注入来满足人们对教育的高质量需求。如今网络化的教学都是平面的、单一的，全息技术的立体感完全克服了这一不足，将全息技术应用于教育中是教育领域的重要研究课题，也是未来教育发展的必然趋势[1]。

2 全息教室的依据与可行性

技术依据  本设计所应用的主要技术是计算机学、光学领域相关的全息技术。全息技术是利用干涉和衍射原理来记录并再现物体真实的三维图像的技术。全息影像是真正的三维立体影像，使用者不需要佩戴立体眼镜或其他任何的辅助设备，就可以在不同角度裸眼观看影像，其基本机理是利用光波干涉法同时记录物光波的振幅与相位。由于全息再现象光波保留了原有物光波的全部振幅与相位的信息，故再现象与原物有着完全相同的三维特性[2]。

理论依据  全息技术应用于教育中的主要理论依据有认知理论、建构主义理论、模拟法则理论，这三条理论都可作为全息技术应用于课堂教学的理论基础。认知理论认为学生在学习过程中的直觉思维应该与其行为的表现、图像的识别、符号的认识相一致。基于此，全息技术可以为学生提供立体感强烈的逼真影像，从而对学生产生刺激，将用语言难以描述的实物栩栩如生地展现在学生面前，给予学生大量直觉思维的感知。建构主义认为知识的建构来自个人经验，是全息技术与教育相结合的最有利理论基础。全息技术打破人与计算机的界限，为学生提供了自主学习的良好环境，实现学习的情景化、个性化。模拟法则是以模型与生活原理之间的物理、化学机理相似为基础的模拟方法，是全息技术与教育相结合的主要理论依据。通过设计与实物相似的虚拟模型，使学生在虚拟环境中学习以达到意义学习的目的[3]。

全息教室的可行性分析  技术应用于教育中的利弊一直是现代教育技术学所讨论的热点问题，如何发挥技术的优势以优化教育，是教育技术所研究的重要问题。教育中技术的选择与使用要合适、适当，选择依据不仅要考虑学习者特征，还要结合学科特点、教学内容要求以及物质环境条件等诸多方面选择合适的技术，之后还需考虑使用该技术会给教育活动带来什么样的效果，会产生哪些有利或不利的影响等，充分发挥技术的优势以促进教育发展。

本设计的关键在于将全息技术应用于课堂学习中。

首先，选择合适的教学对象以及所呈现的教学内容。本设计选择初中学生作为教学对象，原因是处于本阶段的学生对事物有着强烈的好奇心以及容易接受新鲜事物，更容易培养自主学习的习惯[4]。所选择的教学内容是初中生物“观察细胞的结构”和“观察大型动物”。所选内容的共同特点是二者均为日常生活中见不到的或不常见到的实物，同时采用观察学习的方法更有利于学生学习。再者，两节课程需要掌握的内容并不是很多，所以学生既可以专注于本节课的内容，也不会产生太大的学习压力。

其次，選择合适的教学方法。本设计选择围观式教学法，该方法既有利于全息教室的教学，也有利于学生之间进行交流讨论。

最后，完成整个全息教室的搭建。

3 全息教室技术设计

将全息技术应用于教育中的主要目的是优化、提升课堂教学质量和效率，为学习者提供一个良好的学习环境，进而促进有意义学习的发生。同时，全息技术的应用为教育发展提供了新的思路和方向。全息技术可以应用于教学中的诸多方面，如课堂教学中物理实验、化学实验、历史人物、数学空间几何图形以及动植物微观细胞的展示等。

本次设计将全息技术具体应用于初中生物“观察细胞的结构”和“观察大型动物”的教学中。充分利用全息影像强烈的立体感优势，克服教师抽象的口述及观看视频的平面化存在的不足。全息教室的设计主要是将全息技术搬进课堂，利用互联网技术将教学内容通过电脑主机、显示器、投影仪等呈现出来，再通过透明四面锥体对教学内容进行立体再现，增强画面的立体感。整个全息教室的搭建分为教师编写教案、制作课件、录制全息视频、编辑视频、选择显示器、制作透明四面锥体以及进行搭建等过程。整个教学体系主要依据认知主义、建构主义、模拟法则等理论，转换师生角色，教师为学生助理，控制教师终端系统并记录学生表现;学生围坐在虚拟影像周围自主学习并相互交流，通过学生终端进行知识总结。教师终端与学生终端将数据传至数据库服务器进行数据分析，最后将数据分析结果反馈给教师与学生，学生将原有知识与分析结果进行整合，建构出自己的知识体系。

全息教室设计原理如图1所示。全息教室技术路线如图2所示。全息教室教学体系设计如图3所示。

4 全息教室的应用设计

【设计一】全息教室：初中生物“观察细胞的结构”

科目：初中生物“观察细胞的结构”。教学对象：初中学生。课时：一课时。

1）教学内容分析：本节课的主要内容是对细胞进行观察，并了解细胞中各部分的功能。全息技术实现细胞的立体展示，更有利于学生的学习。

2）教学目标。知识目标：了解细胞的组成;了解细胞的各部分功能。能力目标：培养学生自主学习的能力。情感目标：激发学习热情，培养学习的积极性。

3）学生特征分析：初中生已经具备一定的社会属性，有自己的想法和行为特点，但由于年龄小，心理不成熟，容易受环境影响;对事物充满好奇心，有探索欲，更易培养自主学习的能力。全息教室为培养学生自主学习提供环境。

4）教学策略选择：采用围观学习方式结合小组讨论，教师可做适当的引导学习。全息影像的空间立体效果更有利于围观式学习与相互讨论。

5）教学重点及难点。重点：学生对细胞进行观察学习。难点：学生对知识进行整理和理解。全息视频中将所有知识点都显示在细胞旁侧辅助学习。

6）教学过程。

导入：用一捧花引入本节课，要求学生说出植物是由什么构成的。

学生：植物是由细胞组成的，那细胞到底是什样子的？

教师：那接下来我们就来通过全息视频进行学习，看看细胞到底长什么样子。

教师引导学生观看全息视频并进行学习，让学生通过全息视频画面观察细胞以及细胞的具体结构，学习细胞各个组成部分的功能和作用;确认学生观察学习完之后，引导学生进行讨论，相互交换所学到的知识点，并引导学生进行深入学习;总结整节课的知识点，并对知识点进行回顾以加深记忆。全息教室为学生提供形象生动的细胞结构，使学生更加深入地学习，培养学生自学的能力。

7）教学评价：全息技术为学生提供了立体感强烈的细胞虚拟影像，学生能够在观察中进行自主学习，实现寓教于乐。

全息教室设计方案如表1所示，课堂形式采用围观学习方式结合小组讨论，预期效果及效果图如图4所示。在整个教学过程中，教师由课堂的主宰者转换为学生的助理，让学生通过观看立体感强烈的虚拟细胞进行自主学习，为学生提供适当帮助，促进学生学习。

注意事项：全息影像应突出对细胞的展示以及文字解释;在教学过程中，播放全息视频时要找准透明四面锥体与显示器的位置，以免影响全息视频的成像效果。

【设计二】全息教室：初中生物“观察大型动物”

科目：初中生物“观察大型动物”。教学对象：初中学生。课时：一课时。

1）教学内容分析：本节课的主要内容是对生活中不常见到的大型动物进行观察，具体以北极熊、海象、鲨鱼为例。全息教室为学生提供立体感强烈的虚拟影像。

2）教学目标。知识目标：了解大型动物;知道大型动物的生活习性。能力目标：培养学生的观察力。情感目标：激励学生保护大自然、保护动物。

3）学生特征分析：初中学生活泼好动，具有较强的观察能力，在学习方面，注意力、记忆力、理解能力、思维能力、表达能力等不断增强。全息课堂为学生提供可观察学习的环境。

4）教学策略选择：采用围观学习方式结合小组讨论，教师可做适当的引导学习。全息影像的空间立体效果更有利于围观式学习与相互讨论。

5）教学重点及难点。重点：学生对北极熊、海象、鲨鱼进行观察。难点：学生对大型动物的认识总结。虚拟立体影像更有助于学生观察。

6）教学过程。

导入：同学们喜欢动物吗？那么大型的动物又知道哪些，了解多少呢？

学生：有熊、鯊鱼、恐龙……

教师：那接下来我们就来通过全息视频进行学习，看看北极熊、海象、鲨鱼。

教师引导学生观看全息视频并进行学习，让学生通过全息影像观察北极熊、海象、鲨鱼，描述它们的身体形态、生活习性;确认学生观察完之后，引导学生进行讨论，并相互交换所学到的知识点，引导学生进行深入学习;总结整节课的知识点，并对知识点进行回顾以加深记忆。全息教室为学生提供了更为形象生动的动物影像，学生可以自由观察、自主学习，锻炼自学能力。

7）教学评价：大型动物是学生生活中不常见到的且有必要了解的，全息教室为学生提供了立体感强烈的观察模型，学生能够在观察中进行自主学习，实现寓教于乐。

全息教室设计方案如表2所示，课堂形式采用围观学习方式结合小组讨论，预期效果及效果图如图5所示。本节课展示大型动物以北极熊、海象、鲨鱼为例，利用全息技术为学生提供立体感强烈的虚拟学习环境，更有利于学生进行观察和学习，同时培养学生自主学习的能力。

注意事项：全息视频中解释语句要简洁、明了;在安装整个设备时，注意将电脑显示器水平放置并进行固定;下课注意设备的保存。

5 结语

全息教室的创新点  全息教室将给学生创造一个全新的、临场感极强的虚拟现实学习环境;给教师带来更有效

率、实用的教学方式，是现代教育技术的突破方向;打破传统的以讲授为主的教学模式，实现学习的情景化、自主化和个性化，促进意义学习的发生;打破平面化、单一化的多媒体教学方式，以立体的视角进行教学。

全息教室的实际意义  将全息技术应用于教学中，解决了现阶段教育所面临的困境，也为教育发展提供了新的方向和思路。网络学习、远程教学相较于传统教育有着一定的优势，无论是教师与学生角色的转变，还是学习方式的灵活，都为人们创造了更多的学习机会。但问题也随之产生，如教学模式单一，教学交互性差，退学率高，结业证书大多不被认可，忽视学生的自主性和个性化，等等。信息化教育发展迫切需要新的力量注入，解决问题，推动发展。

全息技术的虚拟影像立体感强烈，可以营造出一个趋于真实的虚拟学习环境。这一优势为学生提供了不同于网络学习的学习环境，使学生完全自主地进行学习和建构自己的知识体系，进而提高学生对知识的掌握、提高效率，优化教学过程，提高教学质量，调动学生的积极性，突破教学的重点、难点，促进意义学习的发生[5]。同时，全息技术在教育中加入了情景化学习、益智游戏、协作学习、远程教育等手段，丰富了教育形式，也突破了现阶段教育的瓶颈。笔者相信，全息技术与教育的结合将会是教育未来发展的新方向。■

参考文献

[1]周进.全息技术教育应用与现实挑战[J].中小学信息技术教育，2017（12）：80-83.

[2]Lee H. 3D Holographic Technology and Its Educa-tional Potential[J].TechTrends，2013，57（4）：34-39.

[3]董清爽，吴兵.三维全息技术现状及教育展望[J].计算机光盘软件与应用，2014（21）：314-315.

[4]吴婷婷，陆建隆.伪全息技术的应用及其在物理教学中的教育价值探讨[J].物理教学探讨：中学教学教研专辑，2016（9）：54-56.

[5]李佩佩，陈琳，冯熳.全息技术在智慧教育中的应用研究[J].现代教育技术，2017（6）：12-17.