新技术驱动下的文科实验教学混合式一流课程建设

涂俊??冯欢

摘 要：文科实验教学中的实验任务多是准实验、定性实验、综合性实验。文科实验教学有单件仪器成本高、仪器使用效率低、实践过程不可逆等困难，因此其线上线下混合式一流课程的建设也存在着特殊性。本文从促进虚拟仿真实验、线上教学与线下教学相结合的常态化，提升学生的实践能力与数字素养，推动智慧教学与实践教学融合等方面进行论述。在虚拟现实等新技术的驱动下，通过线上线下混合式一流课程的建设，积极改革文科实验教学模式，优化线上线下实验时长配置，对混合实验比例进行合理分配，全面提升文科实验教学效果。

关键词：文科实验教学;虚拟仿真;线上线下;混合式一流课程

一、文科实验教学需要混合式教学改革

课程质量提升作为新文科建设的三大基本抓手之一，除了需要提升学术内涵、强化价值引领、丰富载体形式，还需要创新手段方法。虚拟现实技术（VR）作为新兴的技术媒介，在文科实验教学中能产生举足轻重的作用，同时还能够满足学生个性化学习的需求，已经被越来越多的高校应用于文科实验教学。但是VR设备的使用需要较大的空间和场地，开课的虚拟情境实验室单次承载学生数量有限，传统的课堂实验教学模式不能适应新技术条件下文科实验教学的需求。南开大学文学国家级实验教学示范中心利用自建的教学平台以及相应的VR教学软件，开设了“VR体验与全景视频创作”文科实验课程，为了适应新文科建设形势下的教学要求，同时有效解决VR虚拟仿真教学中遇到的问题与困难，本课程最终采用了线上线下混合式教学模式。

在VR技术驱动下，“VR体验与全景视频创作”课程将教学目标划分为知识、能力、素养三个层面，如图1所示。

作为一门文科实验课程，本课程中涉及的大多为准实验、定性实验、综合性实验，VR全景视频拍摄者同时也是参与者，作为实验课程的结果是开放的，部分结果也是不可复现的，将VR课堂拍摄内容与学生的日常生活细节紧密结合，更能激发学生学习的热情。同时线上课程的数据有助于跟进教学内容的更新与教学方法的革新。课程团队深化文科实验教学改革，认真研究教学方法，充分挖掘学生的学习潜力，积极推动大学生自主学习和个性培养，提升学生的创新意识。

2016—2021年，课程团队在教学过程中积极推进“VR体验与全景视频创作”课程教学体系、线上线下教学模式改革，在教学方法和教学手段等方面进行创新性探索和实践，制订出适合学生的项目化课程教学实践模式。在线上线下混合式课程建设过程中，教学团队从以下方面进行了努力和尝试。①大力进行实验项目的创新工作。VR是新兴技术的突出代表，根据社会发展和科技进步的实际需求，将VR技术的新知识、新理论和新特点应用于文科实验教学中来。②VR既是学习内容，也是實验课程的技术手段。积极推进文科实验教学改革，从实验内容、模式和方法等诸多方面进行革新，帮助学生进行自主化学习，提高学生动手能力。③在上述基础上建立线上和线下相结合的多元实验考核方法，如线上学习进度考核、线下综合实验考核、创新和研究型实验考核等。

混合式的文科实验教学充分结合线上数字化学习、虚拟仿真实验以及线下实验的多重优势，达到良好的教学效果。线下班级授课的集体学习与线上学习的个性化、自主化相结合，教学过程的信息化得到了充分发挥。在线上学习中，学生不受学习内容和进度的限制，相对自由地安排自己的学习活动，更能便捷地获取学习资源，这一切使得教学活动相比线下学习更有灵活性。线上线下相结合的文科实验混合式教学，将线上学习与线下实践结合，能够发挥教师和学生的自主性，将传统的文科实验教学以教师为中心转变成以学生为中心，并充分发挥学生的主体作用，提升自主学习的积极性，优化教学效果和实现信息化教学。将课程教学与学生能力培养目标结合，以“数字能力导向式”教学方法，引导学生逐步完成整个项目，掌握理论与技能，调动学生学习积极性。将课程与大学生数字素养培育结合，形成符合新文科建设和人才培养需求的数字素养指标体系，从深度和广度两个维度建设模块化课程。

二、文科实验教学中线上线下内容安排

文学实验课程需要积极整合多种类型的教学资源，合理安排丰富多样的教学内容，同时扩大实验实践范围。通过理论联系实际，将课堂实验与实际应用相结合，帮助学生掌握专业技能，训练学生的实操与表达能力，培养学生的创新意识，促使学生的个性化发展。文科实验教学的线上线下混合式一流课程建设，需要树立以学生为本，传授知识、培养能力及提高素质协调发展的理念。首先，需要建立以能力培养为核心的文科实验教学混合式一流课程教学观念;其次，线上线下混合式一流课程的建设要利于学生的自主学习;再次，课程的线上内容需要具备高效的管理和对学生学习的即时反馈，线下教学则需要全面提高实验教学水平;最后，线上线下混合式一流课程建设需要为高校的文科实验教学提供示范经验。

VR技术驱动下的文科实验教学混合式一流课程，除了线上线下教学内容的区分，还包含线上的虚拟仿真实验。以“VR体验与全景视频操作”课程为例，在课程整体中，线下实验部分占约38%，线上虚拟仿真实验占约21%，线上课程资源约占41%。其中线上课程资源包括课程视频、图文单元、PPT、作业单元、讨论单元和公告栏等。疫情期间，线上虚拟仿真实验替代了线下实验的教学功能。疫情防控常态化阶段，线上虚拟仿真实验在学生完成线上课程学习之后进行，可作为线下实验的预实验，也是对线上学习的巩固与复习。线上虚拟仿真实验在线上课程与线下实验之间起到桥梁的作用。

混合式一流课程建设的目的是在VR这一新技术手段的帮助下，让学生尽早接触和感受VR技术，对其生态链、技术手段、发展前景等有清醒的认识，并且掌握VR内容制作的基础知识和实际操作能力。同时拓展学生的思维范畴，满足VR在各专业领域的应用需求。通过创作VR内容，帮助学生全面了解VR技术手段，对于交互沉浸式内容具备一定的鉴别和欣赏能力，并对由此衍生的大量的实验和探索进行试验。同时，让学生枯燥的学习过程通过软硬件一体化的VR产品变得有趣，让教学内容和形式变得形象生动。让学生在人机互动中学习，告别死记硬背，并了解目前最新的前沿科技与VR产业动态，对科技生态及其可持续发展保持敏锐的触觉。

1.线上课程强调“四化”与“四性”

混合式教学内容分为线上线下两部分，线上资源建设过程中强调“四化”：资源类型多样化、资源形态形象化、课程导入趣味化、课程内容精炼化。教学内容涉及教师演示和说明的制作成视频、PPT等线上资源，而资源本身以MOOC的形式进行制作和讲授，可以解决实验设备不足及实验场地有限的问题。

（1）线上教学资源类型多样化。2020年9月课程团队完成“VR体验与全景视频创作”线上线下混合式一流课程培育项目，制作了国际平台在线课程视频资源36个，图文单元15个，讨论单元9个，作业单元14个。通过多样化的基础知识学习，让学生对VR虚拟现实技术的特点、生态链、技术瓶颈、发展前景等有比较全面的理解，感受VR技术对交互式媒体内容产生的影响，加速推动以叙事方式为中心的多媒体趋势的发展。

（2）资源形态形象化。线上课程的视频和PPT，为文本搭配形象化的圖片与图标，便于学生理解。同时视频中文字、图片、图标与主讲教师分层显示，突出整个资源形态的形象程度。

（3）课程导入趣味化。为了提升学生学习兴趣，适当吸引学生关注度。使用MG动画的形式专门制作了线上课程的介绍，简明扼要地介绍了课程情况及学习内容。关于VR内容的讲解，从学习、生活的实际应用出发，趣味性地导入课程内容。

（4）课程内容精炼化。录制在线课程资源，强化课堂设计，解决好怎么讲好课的问题，同时强化现代信息技术与教学深度的融合。将线上课程内容精炼为VR基础知识点、应用场景及范围、发展前景、软硬件构成、全景摄像机的操作方法、全景视频后期缝合与剪辑操作方法6个方面。

在具体的教学过程中，线上课程还努力做到突出“四性”：任务性、探究性、互动性和激励性。每个小节中的知识点都均匀分布在课程视频中，听完课程视频需要完成相应的习题，这种附带的学习任务有助于掌握知识点;线上内容将知识点和操作说明等进行循序渐进的展示，引导学生一步一步地进行探究式学习;通过在线解答、公告栏等在线学习工具与学生展开互动;学生自主学习完成后，系统会根据学习进度、答题情况等立刻判分，激励学生完成整个线上学习过程。

2.线下实践让学生以融入角色的方式呈现

需要学生动手操作和体验的实验教学内容安排在线下进行，如VR头戴显示器使用及电脑操作、全景摄像机实操、VR全景播放器使用操作、后期离线缝合软件操作等。为了有效地体验第一人称VR，线下实践通过让学生融入角色的方式呈现，实践环节中保证学生头戴显示器的活动能力，让学生在体验环节中保持高度的临在感和沉浸感。以分组的方式通过预先编写的剧本，使用VR摄像机进行360度全景视频拍摄，对拍摄的素材进行缝合、剪辑，体验VR制作的全部流程。

线下实践部分通过体验的方式让学生了解临在感或沉浸感对于VR技术的重要性，并且练习如何有效地减少可能产生的时延晕动症。使用全景摄像机拍摄后在计算机平台上进行缝合，让学生系统了解VR技术的生产流程，能够熟练配合使用VR头戴显示器，独立操作全景摄像机，对拍摄素材进行独立自主的缝合编辑。最后对学生最终完成的全景视频作品进行综合评价，评价标准主要参考拍摄技巧和后期缝合两部分，这也是课程线下成绩的主要考核方式。

3.强调混合式教学的互动性以及学习过程的合作化

线上线下混合式文科实验教学强化学生对知识的实践与应用，线下教学重视“五度”：教学内容重视衔接度、教学方法重视恰当度、教学过程注重完整度、问题探究注重深刻度、学生参与注重广泛度。文科实验课程多属于操作型实验课，教学计划中多强调知识与技能的拓展训练。结合线上学习的内容，线下实操时学生来实验室直接动手实践即可。线下教学主张学生以小组形式进行自主操作，内化学习成果，形成对实操的见解，给更多机会让学生发表意见，教师与学生之间产生积极的互动。教学环节中鼓励学生拍摄大量原创VR视频的环节，可有效地解决目前缺乏优质教学素材和内容的问题，真正做到教学相长。

混合式教学过程中，线上学习学生采用自主学习模式，线下学习阶段教师适时给予指导，推动以叙事方式为中心的VR全景视频叙事趋势的发展。伴随着教学方法的改变，学生以小组为单位，协作使用360度全景摄像机完成整个剧本的拍摄，并且在后期缝合、制作和输出的过程中，学生在团队协作的基础上也能独立完成全流程的VR全景视频内容制作任务。

三、文科实验教学混合式一流课程建设与实践方法

从实验教学的方法而言，一线教师及诸多学者们提出了多种观点，其中比较全面的是朱科蓉提出的“根据不同实验课程的具体情况，采用了多种实验教学方法：观察体验式——演示实验教学，情景仿真式——模拟实验教学，全真案例式——实操实验教学，专业集成式——综合实验教学，自主研发式——创新实验教学”。这一方法在传统文科实验教学中亦有所体现，其流程如图2所示。

以教师为主导的“填鸭式”教学方法容易导致学生低主动性学习，过分依赖老师等。即使进行一定程度上的改革，譬如采用讨论式、引导式等方法，也不能完全改变教学过程中教师的主导性地位。改革会激发学生产生一些创造性思维，提出新问题，但将“要我学”转变为“我要学”还有一段距离。总结起来看，传统的文科实验教学实践中存在几个较突出的问题：①学生一旦错过教师的实验示范，便会影响学习进度，降低学习效率并影响学习效果。②课前、课上及课后的流程按部就班，不能缺失步骤。③学生的学习必须在教师进行实验讲解示范及布置教学任务后才能进行，不同学生的学习能力得不到充分的效率性满足。④教学活动以教师为主体，学生围绕教师的进度展开学习，学习的自主性受到限制，无法满足学生的个性化学习需求。

文科实验教学进行线上线下混合式改革之后，通过线上资源“四化”与“四性”建设、强化混合教学过程的互动性、注重学习过程的合作化等诸多改革手段有效地解决了传统文科实验课程的上述弊端。随着课堂上主体的转变，混合式教学的关联模式也发生了根本变化，如图3所示。

1.线上线下实验教学手段多元化

（1）线上资源以MOOC的形式制作。内容包括课程大纲、视频、电子课件PPT、电子教案、讨论区、公告栏、习题等内容。课程大纲介绍课程的教学目的与要求;视频是对具体内容进行的教授与介绍;PPT是教师讲课的电子课件;电子教案重点指出了线上课程内容的重点及难点，并做出相应解析;讨论区和公告栏则用于同学、师生之间线上交流;习题是视频和PPT等教学内容的检验和补充。

（2）双语教学。课程线上内容的视频、PPT、作业和考核内容均使用中英文双语制作，并在学堂在线国际平台上线运营。内容包括免费开放课程、付费发放证书、SPOC校内教学、企业培训等。

（3）使用“金课工厂”录制并制作实景与动画合成的教学视频。全新的视频内容形象生动、图文并茂，教学视频中将PPT播放与电子板书相结合，杜绝“播报员式”的讲课效果，活跃线上课堂气氛并富有启发性。

（4）线下案例实验教学。教师团队拍摄并制作大量全景视频案例素材库，内容丰富，涵盖校园导视、公路旅行、风光拍摄等多种题材，资料内容新颖。每学期选课学生拍摄的素材资料都进行归档整理，方便借鉴使用。课程团队编写全景视频拍摄制作教材，方便学生课下学习使用。这些实验教学方法能够帮助学生运用理论和实操来分析和解决具体问题，实现理论知识向技能的转化。

（5）科研实践。课程团队结合3D激光扫描、VR眼动等专业科研优势和数字媒体服务学习基地，为学生提供多种实践平台，鼓励学生参与教师科研项目或自主研究，以此激发学生的自主学习。如学生团队完成的“云砌南开——

南开大学建筑数字立体档案制作工程”，使用VR、航拍及后期建模技术，对南开大学主要建筑进行立体扫描并建模，完成了南开大学八里台和津南校区建筑外形的立体电子档案，全景数字模型及所有数据资源已移交给校史馆。

2.创建混合式课程考核形式

文学实验教学混合式一流课程从不同角度和层面考核学生的综合能力，不同教学阶段采用不同方式考核学生的学习质量与效果，因此考核内容和形式需要多样化。混合式课程考核做到“三化”：评价工具的智能化、评价内容的多样化、评价过程的动态化。首先，借助线上的智能化评价工具对线上学习进行考核，考核项目包括课程视频观看进度、在线讨论、公告回复、发帖提问等。其次，对学生线下学习进行多样化考核，考核内容包括出勤、翻转课堂表现、分组讨论、剧本编写、实际拍摄、后期缝合与剪辑等。再次，对学生学习的过程进行动态性考核，如线上作业批改、单元测试等，随时掌握学生学习进度及效果，并以此为基础进行有针对性的辅导，结课时还需提交拍摄实验报告和成片。

课程采取两级制进行最终考核，让学生更加积极地参与学习、享受学习过程，锻炼动手能力。从多个角度丰富考核形式，鉴于课程的实践性特质，需突出过程性考核。丰富的线上资源及考核方式，对学生的学习进行阶段性考核，教学效果更好。

3.运用教学软件，构建混合式教学平台

文科实验教学混合式一流课程使用虚拟仿真实验进行线上教学，可以作为理论知识点的复习与巩固，还可作为线下课程的预实验。疫情期间课程组使用国家虚拟仿真实验教学项目共享平台，积极开展虚拟仿真实验教学，逐渐摸索出一条线上教学的实验教学方法，为自制虚拟仿真内容打下基础。线上教学阶段主要使用“企业形象广告空间体验与传播策划VR实验”和“镜头语言虚拟实验”等虚拟仿真实验完成教学。线下的虚拟仿真实验采用自制的“古代语言涌现虚拟仿真实验教学系统”进行VR体验，根据学生使用与体验的反馈不断对实验教学软件进行内容和操作逻辑等问题进行改进，做到教与学相互促进。

4.丰富线上线下教学方法，提升课程教学效果

混合式课程的线上线下内容使用了讨论式互动法、示范设计法以及基于项目研究的教学方法。线上内容应用讨论式互动教学方法，不限于让学生观看在线视频、读PPT和完成习题。讨论式互动教学贯穿线上教学的全过程，线上学习开始前，教师会讲解学习要求或实验原理，通过公告、讨论区等方法调动学生的积极性，帮助学生更好地理解和掌握所学知识;在线学习过程中，针对学生提出的不同解决方案进行讨论，分析学生的自编剧本，剔除不适合全景视频拍摄与制作的镜头与场景。

线下实验多使用示范设计法和基于项目研究的教学法。首先，针对综合性实验，教师进行剧本、样片等成果展示。同时将全景摄像机、监看设备等调试完成，为学生在自主拍摄阶段提供参考，帮助学生掌握拍摄参数以及全景摄像机的硬件性能指标等。开始拍摄前，教师将各项参数复原，学生在“模仿”的基础上掌握需要调整的参数，符合教学规律和学生的认知过程。其次，学生分小组进行综合性实验，在教师指导下，学生自主编剧。在给定拍攝目标和要求情况下，从剧本、分镜头、拍摄方案拟定，再到灯光、演员安排、实地拍摄，缝合、剪辑、输出及最后的拍摄总结报告，均由学生自主完成。这种直面任务的线下实验教学方法给予学生最大的自由度和发挥空间，能够培养学生拟定计划、解决问题的能力和团队协作的精神。

四、文科实验教学线上线下混合式一流课程创新效果及价值

在文科实验课程线上线下混合式改革过程中，课程团队将实验教学与创新实践统筹考虑，以科研工作推动教学质量的提升，有针对性地完善实验教学与人才培养机制，形成具有人文学科烙印的文科实验教学特色。在线课程资源的内容建设利用数字合成、虚拟现实等新技术制作视频、课件等教学资源，将教学内容进行细化与精心设计。线下内容则全部实践化，分离理论知识，节约授课时间并提升整体效率。在现有实验场所以及实验设备不变的情况下，实现选课人数翻倍，提高课程的选课覆盖面。线上线下改革之前，每学年能够接收选课的学生人数为64人。改革后每学年能够接收的选课人数为128人，让更多的学生可以接触体验VR这一新技术在本科教学中的应用。

线下分组实验过程中，教师的照顾面有限，线上资源中详细地介绍了线下实验中需要使用的设备操作方法、流程以及注意事项，因此线上课程可作为线下实验的“使用说明”。涉及的操作方法或实验步骤不明确时，学生在无法及时得到教师的帮助下，可以根据章节提示在线上快速找到相关知识点进行查阅。由此可以保证线下实验的顺利完成，实验可以取得较满意的结果。另一方面，线上资源以知识点为单位进行安排，内容包括理论知识以及线上虚拟仿真实验。将线下实践内容与线上资源进行呼应，实践的过程也是线上知识的复习过程。学生完成线上理论知识及操作说明的学习后，可以先进行线上虚拟仿真实验的操作，线上线下实验比例分别占整体实验的20%和80%。虚拟仿真实验可作为线下实践的预实验，保证线下实验的顺利开展。

同时，文科实验混合式课程开展数字素养教育活动新形式。“数字能力导向式”实验教学方法引导学生根据线上线下学习内容完成实践，掌握理论与技能，培养学生拍摄VR全景视频的能力。鼓励学生应用所学知识参加比赛，将VR数字能力用于实践，引导和帮助学生参加各类VR视频和内容比赛并获得佳绩。探索大学生数字素养培育的新模式，针对信息获取、创作、交流和解决数字问题的能力进行培养，“VR体验与全景视频创作”的课程目标即提升大学生的数字素养，优化大学生数字时代的知识结构。

在“VR体验与全景视频创作”课程中，VR这一新技术既是内容也是手段。课程充分利用VR技术为学生提供优秀的学习体验和人机交互资源，提升学生对VR的关注度，培养学生的兴趣。VR技术提供了前所未有的学习方式，体验环节中，作为最具沉浸感的媒介，VR能帮助学生通过体验和探索来学习。学生使用VR设备时的头部与身体运动参数、控制输入和交流都会被记录下来，教师和研究人员借此获得更多的研究数据。利用这些信息帮助教师调整或者学生自我调节学习进程。将虚拟现实的实验作为一种“寓教娱乐”，而非“寓教于乐”。课程线上内容的视频、PPT、作业和考核内容均使用中英文双语制作，并在学堂在线国际平台上线运营，服务全球用户，扩展课程的影响力。内容包括免费开放课程、付费发放证书、SPOC校内教学、企业培训等。截至2021年12月，线上课程上线以来选课人数已达800余人。

文科实验课程在新技术驱动下的教学内容和方式的改革，需要与社会服务和科学研究紧密结合。“VR体验与全景视频创作”课程组成员与天津市青少年协会共同举办多场VR科普活动及骨干教师培训活动。在扩展教学内容的同时，广泛开展针对社会各界及中小学生的VR相关知识科普活动，2016—2019年底先后接待中小学生及家长400余人次。同时，任课教师积极参加相关学术会议、体验周等活动并作报告介绍课程建设经验。

五、文科实验教学混合式一流课程未来建设方向

新技术驱动下的文科实验教学线上线下混合式课程教学改革已经取得一定成效，但目前仍存在着一些不足，需要我们进一步研究和探索。

（1）加强优质教学资源建设。利用虚拟现实技术的实验教学虽然是全新的技术手段，具有极大的发展前景，但同样也缺少可借鉴学习的榜样，因此其过程同样是漫长的探索过程。另外优质的教学案例与内容目前相对匮乏，所以制作并积攒好的教学素材也是需要解决的问题。

（2）更加科学和全面地开展教学评价。使用线上数据和线下的量化标准评价学生是不够的，线下教学中还需要制定一套科学的非量化评价标准。

（3）需要引入AR、MR等新的教学技术、设备及手段，进一步拓展学生关于XR技术的视野。混合现实是在虚拟现实与增强现实的基础上进一步发展的新兴技术，其在沉浸感和交互性方面带来了更好的体验，课程改革需要始终积极探索新兴技术与本科教育的深度融合、创新和发展。

（4）需要融入课程思政建设。根据教育部制定的《高等学校课程思政建设指导纲要》的要求，课程建设应该充分发挥课程思政的育人作用，提高人才培养素质和水平。在线上线下混合式一流课程建设过程中，需根据本课程特点挖掘课程思政元素，在确定教学内容、教学组织与设计、教学实施中将课程思政的内容融入线上线下教学的各个环节中，推动课程思政与VR等新技术手段的结合，将价值导向与知识讲授相互融合、相互渗透，全景拍摄、制作等线下实验内容的设置与社会热点问题紧密衔接。加强对学生愛国主义情怀、奋斗精神等方面的教育。

[基金资助：2020年天津市高等学校本科教学质量与教学改革研究计划重点项目（A201005501）]

涂 俊，南开大学文学国家级实验教学示范中心主任，教授;冯 欢（通信作者），南开大学文学国家级实验教学示范中心教师。