基于VR/AR的“地球物理学”课程改革研究
（东华理工大学地球物理与测控技术学院，江西南昌330013）
“互联网+”教育这种以学习者为中心，利用信息技术和互联网平台的教学模式被越来越多地推广和应用［1］。如今大学生的学习需求日益丰富，并向着多样化、个性化的趋势发展［2］。在“互联网+”背景下，协调线下和线上学习模式，突破空间和时间的限制，形成更优化、更适应时代发展的创新型学习方式，可以促进创新型人才培养、支持创新型国家建设［3］。
VR技术（VirtualReality），即虚拟现实技术，是利用计算机技术来生成特定的虚拟环境，让使用者产生身临其境的体验和感受［4］。VR可以实现实体行为系统以及三维动态视景的仿真，让使用者沉浸在模拟环境中，使用户和互联网之间能够进行深度的沟通和互动［5］。
AR技术（AugmentedReality），即增强现实技术，可以利用计算机技术将虚拟的信息叠加到真实世界［6］，使得虚拟的物体和真实的环境实时融合到同一个画面中［7］。VR/AR技术以其自主性、存在感、多感知、交互性等优势在教学辅助中具有非常重要的地位［8］。
“地球物理学”课程强调实际应用，工程能力、科研能力和创新能力是地球物理学专业人才能力培养的核心。目前许多教师对本专业课程采用的都是理论课知识讲解与校内实践相结合的教学模式，旨在培养学生理论基础与实践操作融会贯通的能力。但在实际教学过程中，往往会出现学生对抽象概念认知不充分、实践操作受限较多、学习的自主性不强等问题。
针对地球物理专业课程具有的理论性较强、内容较多、实践性要求高、学生需求不均衡等特点，本文拟利用VR/AR技术，构建出自主学习的环境，由传统上“以教促学”的学习方式，转变为学生通过自身与信息环境的交互作用来得到知识与技能的新型学习方式，提高学生的创新能力、工程能力和科研能力，为“互联网+”背景下普通本科院校工科专业的人才培养探索出符合我国基本国情的有效教学模式。
VR/AR技术在教学中具备其专属特点和优势。在“互联网+”背景下，通过在地球物理专业课程教学中采用VR/AR技术，能够为教师提供全新的工具。传统方式传递的地球物理专业知识大多以繁杂的公式推导、晦涩的文字和图片的形式进行表达，而基于VR/AR的地球物理课程设计可将知识以更加直观、通俗的场景或游戏、卡通的方式展现，更容易让学生理解接受，激发学生对知识的兴趣。
VR/AR虚拟视角下地球物理课程教学的目标是在特定活动中鼓励、激励学生，教学设计与VR/AR技术之间的协调性起到关键性作用，比如课件编写、场景设置、多媒体制作等都至关重要。
基于VR/AR的互动式教学作为一种新型教学模式，可从以下三个方面改进教学质量：（1）课程重点可视化、教学难点形象化：VR/AR技术仿真和交互的特性，能将地球物理学专业课程中抽象、晦涩难懂的知识以更生动、直观、全面的方式呈现，用沉浸式体验增强学生的代入感。（2）学习环境多样化、知识运用情景化：移动VR/AR系统能够基于真实环境中的虚拟物体帮助下，使无处不在的合作式和情境式学习得到加强，现实生活中的一切都能成为VR/AR学习的道具，实现情境性、交互性、连通性、便捷性和个性化。VR/AR系统能够检测到学生的当前位置和活动状态，从而及时发出提醒和待选选项以集中学生的注意力。（3）提升学生存在感、增强学生专注度：VR/AR提供一个虚拟的学习空间，让学生感觉与其他人或事物同处一个位置。这种存在感可加强学生对地球物理专业知识的认知。所以，VR/AR在培养学习者直觉方面有巨大潜力，这种感觉也是学习者在综合而真实的体验中所拥有的主观感受。
地球物理学专业某些特定的课程，如放射性勘探、地震勘探、电磁勘探等进行知识传达时，仅基于课本知识达不到预期效果，而现场考察学习又存在一定的危险系数。采用结合VR/AR虚拟视角的交互式授课方式，可以精确模拟真实环境，采用传感器模拟视觉、听觉、力量、触感等，达到与高危现场一致的体验，完成授课目标。充分利用VR/AR技术等信息化手段和数字化资源，探索VR/AR技术在地球物理专业课程中的适用场景，以解决传统地球物理专业教学中的“痛点”问题。从VR/AR技术与“地球物理学”理论教学的融合、VR/AR技术在“地球物理学”实践教学中的应用及教学评价方式这三个方面展开讨论，具体内容如下。
1.抽象概念的可视化阐释。“地球物理学”课程中，涉及的许多基本概念都是抽象而不可直接观察的。如地磁场的磁力线、电法勘探中电流的分布、地震波在介质中的传播等。传统教学中，对于这些概念采用语言文字描述以及画示意图的方式来阐释，不够形象生动，造成学生学习抽象概念时理解困难。利用VR/AR技术，可以将磁力线等抽象的概念可视化，让学生看到这些实际存在、却在现实生活中无法直接观察到的事物，化抽象为具体，极