探究全息技術(shù)賦能教育教學變革

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探究全息技術(shù)賦能教育教學變革摘要：隨著科技的發(fā)展，以人工智能、全息技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）等為代表的信息技術(shù)掀起了第四次教育革命，正逐步而深刻地改變著技術(shù)與教育的關(guān)系。因全息技術(shù)具有全沉浸性、全數(shù)據(jù)化、全互動性等特性，對現(xiàn)代教育來說有著自身的特點和優(yōu)勢，所以本文著重選取了這顆孕育著無限潛能的新星來進行分析，試以發(fā)展性的眼光來看未來的教育，希望未來的教育能有一個新的發(fā)展和進步，真正對教師傳授知識、學生學習知識有所幫助，為國家提供人才資源和保障。論文簡單講解全息技術(shù)的概念、全息技術(shù)相關(guān)設(shè)備、全息技術(shù)在教育教學中的好處、全息技術(shù)在當前教育中被推廣的局限幾個方面，并希望做教育產(chǎn)品設(shè)計的開發(fā)者能將該技術(shù)應用到產(chǎn)品中，讓人們隨時隨地都能享用到該技術(shù)的成果。關(guān)鍵詞：全息技術(shù)、教育應用、教育教學變革、教育公平引言隨著5G、人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)在當今社會的成熟應用，人們看到了科技改變生活的實在性，這更推動了全息技術(shù)、AR、VR等虛擬技術(shù)的發(fā)展，也進一步激發(fā)了它們在教育領(lǐng)域上變?yōu)楝F(xiàn)實和廣泛應用的可能性。恰如《科普中國》融創(chuàng)項目編輯委員會主任委員楊再石所說的：基于擴展現(xiàn)實技術(shù)，融合調(diào)度現(xiàn)實場景和虛擬場景，促進教學情景“靈境化”。與虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）不同，全息技術(shù)不需要借助頭盔或者眼鏡等設(shè)備來充當一個虛擬顯示器，它可以讓用戶用肉眼直接看到逼真的虛擬圖像，甚至可以進行手動操作進行變換，

1并且它還可以追蹤用戶的聲音或者手勢，來實現(xiàn)更先進、更具代入感的技術(shù)操作。在當今社會中，科技者已經(jīng)實現(xiàn)并相對成熟地將這門技術(shù)應用到博物館、科技館、城市規(guī)劃的數(shù)字展館、舞臺表演之中，比如我們省博全息文物的數(shù)字展廳曾在2019年用它展示過陶瓷、青銅器、玉器、書畫等這些出現(xiàn)于唐明清代歷史久遠的文物；早在2012年我國也在大型情景音舞詩畫《天安門》中首次應用了全息技術(shù)。其實全息技術(shù)除了全息投影的應用，還有涉及其他各個領(lǐng)域的應用，例如利用網(wǎng)絡(luò)進行虛擬購物、虛擬旅行、虛擬游戲等，同時在國內(nèi)教育領(lǐng)域它也開始嶄露頭角——在2019年開學季，北京郵電大學首次采用5G全息直播技術(shù)實現(xiàn)兩校區(qū)同上一門課，以全息影像的方式，將遠在25公里外的教授“搬”到了另一校區(qū)的教室里，讓人們看到了將“天涯變咫尺“的全息技術(shù)更多的可能性。一、全息技術(shù)概述區(qū)別于平時我們使用的手機、電腦、照相機的屏幕所呈現(xiàn)的平面化的二維空間，能夠讓傳統(tǒng)的二維變成三維的技術(shù)，便是全息技術(shù)。全息技術(shù)能夠?qū)⑽矬w的三維形態(tài)記錄下來，并能夠精確地還原出被記錄物體的三維影像。它是一種結(jié)合了干涉和衍射的光學原理，利用干涉原理記錄物體光波的相位和振幅，在經(jīng)過衍射將物體的光波展示出來，也就呈現(xiàn)出物體的三維圖像。它不需要準備人手一個的昂貴設(shè)備只需要投影設(shè)備將不同角度影像投影至空氣或全息投影膜上，眾人就可以同時用肉眼看到原先自身角度所看不到的其他立體圖像。

2二、全息技術(shù)相關(guān)設(shè)備及其在教育上的應用1.360度幻影成像系統(tǒng)利用全息技術(shù)制造出來的360度幻影成像系統(tǒng)，可將三維圖像懸浮在半空中成像，形成的幻象可以結(jié)合實物，也可配加觸摸屏實現(xiàn)與觀眾互動能，夠營造出強烈的奇特效果，給人一種完全立體的感覺，亦真亦幻，引人注目。在全息課堂上，無論坐在教室哪個角落的同學都可以360度無死角，全方位鎖定所投之物的每一個細節(jié)，因為全息投影會將它清晰、完整地傳達到每一位同學的眼中，充分照顧到課堂上每一位同學的需求，讓大家以最快的速度接受知識，進一步提高課堂教學的質(zhì)量。將來教室中若引進了此設(shè)備，可以在教室前方或上空呈現(xiàn)譬如人物、動物、星體等立體的圖像，能更直觀地表現(xiàn)其細節(jié)，讓課本“活”起來，給學生一種完全真實、立體的感覺，激發(fā)學習熱情。比如科學課上講到星體，教師可以投出適當比例大小的地球，學生會仿佛站在地球上空，各個大陸板塊清晰可見，地球上聚集的層層白云也被還原。隨著操作，鏡頭轉(zhuǎn)換，可看到其它美麗的天體。當面對太陽時，雖然感受不到它的滾燙，可以看到它的耀眼，而且動感模擬非常到位，可以感覺到太陽表面黑子、耀斑、太陽風的活動是那么猛烈。2.全息互動展示系統(tǒng)

3利用納米感應觸摸膜與散射投影技術(shù)，使用者可以通過全息展示屏鏡像互動，同時該系統(tǒng)可實現(xiàn)用手指或者其他物品在投影屏上進行操作，觸摸選擇、打開界面、轉(zhuǎn)換界面、信息查詢、拖動控制等功能。使用這種系統(tǒng)給人一種雖隔萬里但對方就在面前的感覺，它提供了一種新的交流手段，打破了時間空間的限制，方便了人們之間的交流和表達。比如家長可以將自身影像投到居家的孩子身邊，可進行眼神、語言的交流，督促他完成作業(yè)或其它事情，孩子在家長的監(jiān)督下能按要求完成任務(wù)。有時受時間、空間的限制，師生有時不方便面對面的進行授課和聽課，那必要時利用全息技術(shù)就可以使一個老師同時出現(xiàn)在不同的教室，使學生直面老師產(chǎn)生課堂感，此外利用全息技術(shù)的授課過程還可以被錄制下來，在需要的時候可以再次播放。在2018年11月，英國帝國理工學院也在商學院首次開設(shè)了“全息投影”課程形式，學生和講師隔空互動，并可以實現(xiàn)4個人的同時交互活動，可謂是全息技術(shù)成功的成果展示。全息技術(shù)可解決實驗中受條件限制的問題，比如，涉及到輻射、放射、有毒有害物質(zhì)的物理、化學實驗，或者使用造價高昂的實驗器材或不方便獲取的資源的情況。在全息影像構(gòu)建的虛擬的、立體的實驗室中，人們既可以身臨其境地一遍遍來操作，又保證了安全性。三、全息技術(shù)在教育教學中的好處1.形象化、可視化使得受眾廣泛且實用

4利用全息技術(shù)，能夠?qū)⒊橄蟮闹R和平面的知識以立體、直觀的方式進行呈現(xiàn)，通過身臨其境的體驗，能夠?qū)W生“存在感”、“印象性”“直覺感受”放大，并增強其學習的樂趣。全息投影技術(shù)可廣泛應用于教育的各個階段。在學前教育階段，處于該階段的兒童對文字印象不深，但對圖像印象深刻，因此該技術(shù)在兒童視野中呈現(xiàn)出真實的3D圖像，圖像可動并配有顏色，動感模擬增強了觸覺，可以吸引他們的注意力并鍛煉其思維能力，從而達到更好的教學效果。在中學教育和大學教育中，突破了幻燈片這些年的傳統(tǒng)地位，又使教學邁出了一大步。生動、靈活的全息投影技術(shù)將以往書本上死板的知識進行三維圖像轉(zhuǎn)化，讓書本上的知識變得“活”起來，充分調(diào)動了學生的視、聽、觸覺，無論是老師教著，還是學生學著，都因它的加入產(chǎn)生了很大的興趣，也有助于讓教師的講解更具有說服力，更有助于學生知識的學習記憶和思維的發(fā)散。例如，用全息技術(shù)把中小學幾何課上原來學生們難以理解的立體幾何圖以三維的形式呈現(xiàn)出來，這樣學生能更直觀的去觀察圖像并思考問題。在大學的醫(yī)學課程中，教授可以將器官通過全息立體投影成像，讓學生看到虛擬成像的具體細節(jié)，一目了然地了解生物的具體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，也可以呈像人體相應部位來模擬真實的手術(shù)場景，打破時間、空間限制，減少資源浪費，實現(xiàn)高效學習。2.強化教師教學技能，優(yōu)化學生學習

5全息技術(shù)為豐富課堂提供了技術(shù)支持，同時也為提升教師教學技能創(chuàng)造環(huán)境，教師的教學技能在這一過程中得到提升，學生自由思考，自主學習在課堂上發(fā)揮主觀能動性，使其學習成果更優(yōu)化，減輕教師工作量。推動了師生間的互動，使教與學更加和諧。3.突破時間和空間的限制，更好的促進教育公平利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，將“全息”老師帶進課堂，逐漸實現(xiàn)和北郵、英國帝國理工學院一樣，哪怕教師和學生不在同一空間內(nèi)，“教授”也能在不同校區(qū)同時上課的愿望，以最低成本完成“跨越時間和空間”的“面對面”的沉浸式教學學習體驗。尤其是偏遠山村的學生不用不遠千里跑到大城市接受教育，他們在自己的村莊、縣城，在足夠的帶寬支持下，就可將優(yōu)秀老師的“真人”顯示出來，實現(xiàn)課程同步。在其它需要宣傳知識的場合中，宣講人員可同時出現(xiàn)在不同地點，面對面地和聽講人交流，這都促進了教育的公平。四、全息技術(shù)在當前教育中被推廣的局限1.全息技術(shù)本身還不夠成熟。

6國內(nèi)全息技術(shù)教育應用還處在初級階段，全息技術(shù)要靠其呈現(xiàn)的內(nèi)容作為基礎(chǔ)，而現(xiàn)階段的內(nèi)容的制作技術(shù)不夠成熟，且受到系統(tǒng)制作平臺的限制，同時從事相關(guān)制作的技術(shù)人員比較缺乏，人員掌握的技術(shù)還不夠豐富，當涉及到制作一些科普內(nèi)容時，還必須拍攝大量的全息照片，過程繁瑣，整體制作起來會感到復雜，導致更新速度慢且很難產(chǎn)出高質(zhì)量的內(nèi)容。由于受場地和技術(shù)的限制，目前全息技術(shù)成像也存在比如人機交互部分還不能實現(xiàn)完全智能化的問題。因此全息技術(shù)運用于教學的普及，首先其技術(shù)亟需突破，在全息資源建設(shè)、全息虛擬環(huán)境構(gòu)建和全息教學層面還需廣大的教育工作者進行深入的研究，以推動全息技術(shù)在國內(nèi)教育應用的進程。2.全息設(shè)備成本過高。全息技術(shù)以投影呈像在人們眼前來實現(xiàn)沉浸式體驗，必不可少要使用到投影機，以比利時的BARCO投影機為例，其價格高達上萬元，價格高且維修貴。為實現(xiàn)動作感知，將用到動感模擬裝備，它可以感知包括眼睛及肢體動作(如頭、手、腳等)，使使用者產(chǎn)生臨場感，這是一種由計算機技術(shù)輔助生成的高精密度模擬仿真系統(tǒng)，其價格也昂貴。此外若想達到更好的投影效果，也就是將全息投影效果最終呈現(xiàn)在空間的各個立面，達到更動態(tài)、逼真的視覺效果，這就需要全息投影膜，但這種投影膜價格昂貴，運作成本高。所以，在學校教育中配備這些設(shè)備，可想而知學校需要得大量資金支持才能實現(xiàn)，教育成本過于昂貴，這對目前該技術(shù)的普及有一定壓力?？梢钥紤]先在學校特定的房間里配備，再逐步推廣到各個教室。3.全息教育資源產(chǎn)權(quán)缺乏保護。全息技術(shù)的優(yōu)勢之一是全息影像可以被錄制，并可復制。零成本復制問題，導致部分平臺在未得到教師許可的情況下，借助教師的全息影像來牟利，這不僅侵犯教師的肖像權(quán)與著作權(quán)，也使得保護知識產(chǎn)權(quán)顯得尤為重要。

74.全息網(wǎng)絡(luò)信號亟待增強。全息技術(shù)要靠投影來實現(xiàn)，它對網(wǎng)絡(luò)的傳輸?shù)囊蠛芨?，如果信號傳輸速度慢，將無法滿足全息傳送的需要，會出現(xiàn)遠程呈現(xiàn)的彩像分辨率低、實時性差等問題，它們將會大大降低使用者的使用體驗，在一定程度上影響了沉浸式學習環(huán)境的構(gòu)建。早在2000年，英國倫敦南部一所學校的數(shù)學老師使用全息技術(shù)投影“虛擬教師”到教室的事例，提醒我們?nèi)羰芫W(wǎng)絡(luò)的限制，傳輸?shù)木嚯x會受影響。5.當前教育制度不能保障全息技術(shù)的實施。近些年來我國不斷嘗試改革教育制度和教學模式，但當前還處于九年義務(wù)教育的應試教育的大背景之中，學校為了保證升學率，使教師還是過度地強調(diào)學習和強化訓練，片面地追求分數(shù)，造成學生作業(yè)量過大，學習壓力過大，不利于素質(zhì)教育的實施，此背景下教師和學生都難以有充足的時間和精力去了解和掌握新的技術(shù)，這使得很多新技術(shù)的介入也無法改變“知識課堂”為主的狀況，只是匆匆而過，并沒有充分發(fā)揮其優(yōu)勢，沒有發(fā)揮學生的主觀能動性和創(chuàng)造性，因此如何能使全息技術(shù)充分發(fā)揮其優(yōu)勢將成為教育工作者需要思考的問題。

8解決這個問題關(guān)鍵在于從上級教育部門能出臺相應的制度，為實現(xiàn)素質(zhì)教育指明一個方向，這緩解了教師的成績壓力，給教師一個自由發(fā)揮的空間，讓教師寓教于樂，用科技激發(fā)起學生的學習興趣和創(chuàng)造力。相信有了國家的制度加持，基層教師不會有那么多的顧慮，哪怕“犧牲”一節(jié)課的時間，也能使學生收獲翻倍。各學校也要相信老師對課堂的把控能力，相信老師們能用新技術(shù)傳授給學生更優(yōu)的知識。五、全息技術(shù)在教育產(chǎn)品中未來的發(fā)展近年來，隨著通信技術(shù)的發(fā)展，手機、平板等電子產(chǎn)品技術(shù)的進步，開發(fā)移動學習的新模式成為教育媒體關(guān)注的焦點，他們紛紛推出了手機版用戶端。未來，全息教學資源與手機的融合可打造便攜式全息移動課堂，實現(xiàn)資源的立體交互，增強學習體驗。早在2014年美國Ostendo科技公司就研發(fā)出三維全息投影芯片，該芯片嵌入到移動設(shè)備中可實現(xiàn)三維全息投影，同年，我國的鈦客科技在北京國家會議中心正式發(fā)布全球首款全息智能手機，即takee全息手機。雖然8年過去，受技術(shù)等因素的限制它們未能成功投入到移動設(shè)備中走進千家萬戶，但這不會阻礙全息技術(shù)在移動設(shè)備中發(fā)展的進程，全息技術(shù)是有發(fā)展前景的，未來終會實現(xiàn)。中國移動“和教育”若能快人一步地看到這項新技術(shù)未來的發(fā)展前景，開發(fā)者從現(xiàn)在起吸納和培養(yǎng)擁有該技術(shù)的人才，拍攝全息圖片素材，探索軟件的新功能——利用客戶端就可以看到自己想看的全息影像。這將不僅走在中國教育的前列，也將給公司帶來利潤和好的影響。結(jié)語總之，伴隨著互聯(lián)網(wǎng)、人工智能與光電信息處理技術(shù)的快速發(fā)展，全息技術(shù)正向我們走來。全息技術(shù)以后能在教育中得到廣泛應用,是國家、科技者和教育工作者共同努力創(chuàng)造的必然結(jié)果。

9我們要從基礎(chǔ)理論研究入手，從嘗試實際應用起步。全息技術(shù)將引領(lǐng)我們的生活步入美好的明天，也使子孫后代共享科技成果。