课堂开启3D模式

　　现如今，3D电影已是家喻户晓，但3D技术的使用并不仅仅局限于此。当3D跨出银屏进入课堂，又会给学生们带来怎样的体验呢？

　　1.“挖”出心来瞧一瞧

　　将一颗仍在跳动的人类心脏用于医学教学，这可能吗?如果要让学生查看这颗跳动心脏下的血管，这是不是更天方夜谭？先不要害怕，这并不是“开膛手杰克”的犯罪现场，也不是什么恐怖的活体实验。在3D全息投影技术的帮助下，上述“疯狂解剖”完全可以在屏幕上完成。

　　北科罗拉多大学视觉艺术教授安娜·乌尔森兴致勃勃地为学生演示了一次3D虚拟全息投影的高端大气上档次的效果。所用设备包括一个3D显示屏，一支触控笔，还有一副五点追踪式3D眼镜。

　　体验者戴着3D眼镜探索屏幕中央不断跳动的立体心脏结构，握着触控笔的手转动时，心脏也随之转动，露出另一面的结构。触控笔就像是电脑鼠标，此刻正随着心脏跳动的节律让体验者同步感受震动。随着体验者的点击，屏幕上跳动的心脏竟然层层剥开，学生们能够在不同角度下查看内部构造。

　　在过去，美国高校医学院为学生讲解心脏构造，往往要购入死者遗体，每具遗体花费在5000美元到10000美元不等。遗体保存、教学使用后的处理工作也为高校带来更多开销。更关键的是，一颗已经停止跳动的心脏无法让学生直接感受到人体中的心脏如何像压力泵一样将血液输送到全身。

　　相比之下，3D全息影像具备的逼真效果为学生带来更直观的感受。“心脏真的看起来触手可及，当你将它拉近到你的面前，看上去它就在我手指边，我只要一动就能碰触到，”北科罗拉多大学学生奥利瓦·科瓦尔在体验之后兴奋地评价，“你能看到每个心室颤动，手里的触控笔能让你感受到震颤，还可以看到心脏瓣膜的张开和闭合过程。你可以将它转到不同角度，观看心脏的每一面。”

　　2.身临其境的体验

　　上述互动式3D全息投影技术来自zSpace公司研发的同名zSpace系统。该系统配备的3D显示屏可以通过跟踪用户的头部动作(包括眼球运动)和手部动作，实时调整用户看到的3D影像。用户可以用触控笔来操控屏幕上的虚拟3D物体，实现对物体不同角度的观察，并让物体做出相应的移动、旋转、缩放等动作。

　　目前zSpace公司正在将3D虚拟全息投影推向高等教育领域来辅助提高高校的教学效果，其应用学科不仅局限于医学，在生物技术、建筑学、工业制造、工程学等方面均有巨大潜力。比如加州州立大学弗雷斯诺分校就将其应用到了测绘工程学方面。该项目的协调人、博士生里亚德·穆济表示，学生可以使用全球定位设备对飞机、卫星甚至在水中拍摄的照片进行测量。zSpace系统将这些测量过程进行可视化，从而帮助学生了解设备的精确性。在全世界范围内，zSpace系统已经应用于全世界超过60所高校的教学和科研，其中不乏斯坦福大学、麻省理工学院、卡内基梅隆大学等世界名校。

　　在3D虚拟全息影像技术的帮助下，模糊不清的2D画面被高清晰度地从屏幕中跃然而出的立体形象取代，通过虚拟现实建立起与真实环境相近的学习场景，以模拟真实的学习和实践环境，使学生身临其境。同时，该技术在无需对使用者进行培训的前提下，提高了学生的参与度，在体验的过程中，让学生置身其间进行独立探索或在教师的辅助下进行自主学习。学生可以反复研究同一个知识点，自主控制时间分配。

　　3.机遇与挑战并存

　　zSpace希望在高等教育领域推广3D全息技术，使其全面“占领”大学课堂，不过目前这一技术仍面临诸多挑战。比如：定制化教学课件从何而来?来自传统立体教学视频的挑战要如何应对?

　　大学教师可以轻而易举地按照自己的课程安排制作PPT课件，但制作课堂所用的3D图片和影片显然超出了他们的能力范围。尽管越来越多的公司正在开发3D图像数据库，其中包括谷歌提供的允许用户免费下载使用的3D资料仓库“草图”。不过，在教学过程中，教师对课件往往有不同的要求，现有3D图片和影片不能满足个性化需要。

　　zSpace技术还要面对传统3D课堂教学视频的竞争与冲击。与能够和使用者互动的3D全息技术相比，传统立体视频更像是教学影片，从开始播放到结束，无法展示更多细节，也无法按照用户需求完成翻转、挪移等操作，这成为传统立体教学视频的劣势所在。虽然传统3D教学视频不具互动性，但在效果展示方面已经超越普通2D教学片。以哈佛大学制作的生物学3D普通教学片“细胞内的世界”为例，自上传以来已经吸引超过24万点击。视频中形态各异的立体细胞不断活动、分裂，用户不需要佩戴3D眼镜已经可以感受到立体效果。所以，传统3D教学视频对互动式全息3D技术可能会造成一定程度的冲击。

　　根据美国Educause中心2013年进行的调查显示，美国高校对教室数字化和科技化的配置正在逐步提高，对互动教学和互动教学设备的认识也在缓步提升。被调查高校全部实现了无线网络覆盖，视频投影仪的覆盖率达到97%。在互动设备拥有率方面，5%的高校教室拥有交互式电子白板，3%的教室已经配有课堂应答系统。在接受调查的美国高校中，78%的高校已经引入互动式学习工具，另有13%的高校正在考虑引入。可见美国高校已经认识到，互动式教学能够更好地满足学生参与课堂的需求。学生不应只作为教学环节的终端，被动地接受知识，也应该创造更多互动条件，让学生参与到教学的每一步中。

　　2014年9月15日，国内一家数字技术公司宣布即将针对中国高校虚拟仿真的教学需求，正式推出“3D互动教学系统”。该系统将分为硬件环境(主要指虚拟现实系统)和软件(特指3D教学课件)两部分，由该公司联合多所高校共同进行开发。该3D互动教学系统将支持师生与课件内容进行3D互动操作，最终实现让复杂抽象的教学内容变得生动易懂，实现边学边模拟实践的高效教学。在不久的将来，这一本土技术或许能够为中国高校引入3D互动式教学模式打开方便之门。

　　炫目不是目的，辅助教学效果的提高才是将3D全息技术推向校园的意义。也许有一天3D技术可以像PPT课件一样进入每一间中国大学教室，让学生体会到炫酷的视觉效果，同时提高学习质量。

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