探究全息技术赋能教育教学变革

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探究全息技术赋能教育教学变革摘要：随着科技的发展，以人工智能、全息技术、虚拟现实技术（VR）等为代表的信息技术掀起了第四次教育革命，正逐步而深刻地改变着技术与教育的关系。因全息技术具有全沉浸性、全数据化、全互动性等特性，对现代教育来说有着自身的特点和优势，所以本文着重选取了这颗孕育着无限潜能的新星来进行分析，试以发展性的眼光来看未来的教育，希望未来的教育能有一个新的发展和进步，真正对教师传授知识、学生学习知识有所帮助，为国家提供人才资源和保障。论文简单讲解全息技术的概念、全息技术相关设备、全息技术在教育教学中的好处、全息技术在当前教育中被推广的局限几个方面，并希望做教育产品设计的开发者能将该技术应用到产品中，让人们随时随地都能享用到该技术的成果。关键词：全息技术、教育应用、教育教学变革、教育公平引言随着5G、人工智能、大数据等技术在当今社会的成熟应用，人们看到了科技改变生活的实在性，这更推动了全息技术、AR、VR等虚拟技术的发展，也进一步激发了它们在教育领域上变为现实和广泛应用的可能性。恰如《科普中国》融创项目编辑委员会主任委员杨再石所说的：基于扩展现实技术，融合调度现实场景和虚拟场景，促进教学情景“灵境化”。与虚拟现实技术（VR）不同，全息技术不需要借助头盔或者眼镜等设备来充当一个虚拟显示器，它可以让用户用肉眼直接看到逼真的虚拟图像，甚至可以进行手动操作进行变换，

1并且它还可以追踪用户的声音或者手势，来实现更先进、更具代入感的技术操作。在当今社会中，科技者已经实现并相对成熟地将这门技术应用到博物馆、科技馆、城市规划的数字展馆、舞台表演之中，比如我们省博全息文物的数字展厅曾在2019年用它展示过陶瓷、青铜器、玉器、书画等这些出现于唐明清代历史久远的文物；早在2012年我国也在大型情景音舞诗画《天安门》中首次应用了全息技术。其实全息技术除了全息投影的应用，还有涉及其他各个领域的应用，例如利用网络进行虚拟购物、虚拟旅行、虚拟游戏等，同时在国内教育领域它也开始崭露头角——在2019年开学季，北京邮电大学首次采用5G全息直播技术实现两校区同上一门课，以全息影像的方式，将远在25公里外的教授“搬”到了另一校区的教室里，让人们看到了将“天涯变咫尺“的全息技术更多的可能性。一、全息技术概述区别于平时我们使用的手机、电脑、照相机的屏幕所呈现的平面化的二维空间，能够让传统的二维变成三维的技术，便是全息技术。全息技术能够将物体的三维形态记录下来，并能够精确地还原出被记录物体的三维影像。它是一种结合了干涉和衍射的光学原理，利用干涉原理记录物体光波的相位和振幅，在经过衍射将物体的光波展示出来，也就呈现出物体的三维图像。它不需要准备人手一个的昂贵设备只需要投影设备将不同角度影像投影至空气或全息投影膜上，众人就可以同时用肉眼看到原先自身角度所看不到的其他立体图像。

2二、全息技术相关设备及其在教育上的应用1.360度幻影成像系统利用全息技术制造出来的360度幻影成像系统，可将三维图像悬浮在半空中成像，形成的幻象可以结合实物，也可配加触摸屏实现与观众互动能，够营造出强烈的奇特效果，给人一种完全立体的感觉，亦真亦幻，引人注目。在全息课堂上，无论坐在教室哪个角落的同学都可以360度无死角，全方位锁定所投之物的每一个细节，因为全息投影会将它清晰、完整地传达到每一位同学的眼中，充分照顾到课堂上每一位同学的需求，让大家以最快的速度接受知识，进一步提高课堂教学的质量。将来教室中若引进了此设备，可以在教室前方或上空呈现譬如人物、动物、星体等立体的图像，能更直观地表现其细节，让课本“活”起来，给学生一种完全真实、立体的感觉，激发学习热情。比如科学课上讲到星体，教师可以投出适当比例大小的地球，学生会仿佛站在地球上空，各个大陆板块清晰可见，地球上聚集的层层白云也被还原。随着操作，镜头转换，可看到其它美丽的天体。当面对太阳时，虽然感受不到它的滚烫，可以看到它的耀眼，而且动感模拟非常到位，可以感觉到太阳表面黑子、耀斑、太阳风的活动是那么猛烈。2.全息互动展示系统

3利用纳米感应触摸膜与散射投影技术，使用者可以通过全息展示屏镜像互动，同时该系统可实现用手指或者其他物品在投影屏上进行操作，触摸选择、打开界面、转换界面、信息查询、拖动控制等功能。使用这种系统给人一种虽隔万里但对方就在面前的感觉，它提供了一种新的交流手段，打破了时间空间的限制，方便了人们之间的交流和表达。比如家长可以将自身影像投到居家的孩子身边，可进行眼神、语言的交流，督促他完成作业或其它事情，孩子在家长的监督下能按要求完成任务。有时受时间、空间的限制，师生有时不方便面对面的进行授课和听课，那必要时利用全息技术就可以使一个老师同时出现在不同的教室，使学生直面老师产生课堂感，此外利用全息技术的授课过程还可以被录制下来，在需要的时候可以再次播放。在2018年11月，英国帝国理工学院也在商学院首次开设了“全息投影”课程形式，学生和讲师隔空互动，并可以实现4个人的同时交互活动，可谓是全息技术成功的成果展示。全息技术可解决实验中受条件限制的问题，比如，涉及到辐射、放射、有毒有害物质的物理、化学实验，或者使用造价高昂的实验器材或不方便获取的资源的情况。在全息影像构建的虚拟的、立体的实验室中，人们既可以身临其境地一遍遍来操作，又保证了安全性。三、全息技术在教育教学中的好处1.形象化、可视化使得受众广泛且实用

4利用全息技术，能够将抽象的知识和平面的知识以立体、直观的方式进行呈现，通过身临其境的体验，能够将学生“存在感”、“印象性”“直觉感受”放大，并增强其学习的乐趣。全息投影技术可广泛应用于教育的各个阶段。在学前教育阶段，处于该阶段的儿童对文字印象不深，但对图像印象深刻，因此该技术在儿童视野中呈现出真实的3D图像，图像可动并配有颜色，动感模拟增强了触觉，可以吸引他们的注意力并锻炼其思维能力，从而达到更好的教学效果。在中学教育和大学教育中，突破了幻灯片这些年的传统地位，又使教学迈出了一大步。生动、灵活的全息投影技术将以往书本上死板的知识进行三维图像转化，让书本上的知识变得“活”起来，充分调动了学生的视、听、触觉，无论是老师教着，还是学生学着，都因它的加入产生了很大的兴趣，也有助于让教师的讲解更具有说服力，更有助于学生知识的学习记忆和思维的发散。例如，用全息技术把中小学几何课上原来学生们难以理解的立体几何图以三维的形式呈现出来，这样学生能更直观的去观察图像并思考问题。在大学的医学课程中，教授可以将器官通过全息立体投影成像，让学生看到虚拟成像的具体细节，一目了然地了解生物的具体内部结构，也可以呈像人体相应部位来模拟真实的手术场景，打破时间、空间限制，减少资源浪费，实现高效学习。2.强化教师教学技能，优化学生学习

5全息技术为丰富课堂提供了技术支持，同时也为提升教师教学技能创造环境，教师的教学技能在这一过程中得到提升，学生自由思考，自主学习在课堂上发挥主观能动性，使其学习成果更优化，减轻教师工作量。推动了师生间的互动，使教与学更加和谐。3.突破时间和空间的限制，更好的促进教育公平利用虚拟现实技术，将“全息”老师带进课堂，逐渐实现和北邮、英国帝国理工学院一样，哪怕教师和学生不在同一空间内，“教授”也能在不同校区同时上课的愿望，以最低成本完成“跨越时间和空间”的“面对面”的沉浸式教学学习体验。尤其是偏远山村的学生不用不远千里跑到大城市接受教育，他们在自己的村庄、县城，在足够的带宽支持下，就可将优秀老师的“真人”显示出来，实现课程同步。在其它需要宣传知识的场合中，宣讲人员可同时出现在不同地点，面对面地和听讲人交流，这都促进了教育的公平。四、全息技术在当前教育中被推广的局限1.全息技术本身还不够成熟。

6国内全息技术教育应用还处在初级阶段，全息技术要靠其呈现的内容作为基础，而现阶段的内容的制作技术不够成熟，且受到系统制作平台的限制，同时从事相关制作的技术人员比较缺乏，人员掌握的技术还不够丰富，当涉及到制作一些科普内容时，还必须拍摄大量的全息照片，过程繁琐，整体制作起来会感到复杂，导致更新速度慢且很难产出高质量的内容。由于受场地和技术的限制，目前全息技术成像也存在比如人机交互部分还不能实现完全智能化的问题。因此全息技术运用于教学的普及，首先其技术亟需突破，在全息资源建设、全息虚拟环境构建和全息教学层面还需广大的教育工作者进行深入的研究，以推动全息技术在国内教育应用的进程。2.全息设备成本过高。全息技术以投影呈像在人们眼前来实现沉浸式体验，必不可少要使用到投影机，以比利时的BARCO投影机为例，其价格高达上万元，价格高且维修贵。为实现动作感知，将用到动感模拟装备，它可以感知包括眼睛及肢体动作(如头、手、脚等)，使使用者产生临场感，这是一种由计算机技术辅助生成的高精密度模拟仿真系统，其价格也昂贵。此外若想达到更好的投影效果，也就是将全息投影效果最终呈现在空间的各个立面，达到更动态、逼真的视觉效果，这就需要全息投影膜，但这种投影膜价格昂贵，运作成本高。所以，在学校教育中配备这些设备，可想而知学校需要得大量资金支持才能实现，教育成本过于昂贵，这对目前该技术的普及有一定压力。可以考虑先在学校特定的房间里配备，再逐步推广到各个教室。3.全息教育资源产权缺乏保护。全息技术的优势之一是全息影像可以被录制，并可复制。零成本复制问题，导致部分平台在未得到教师许可的情况下，借助教师的全息影像来牟利，这不仅侵犯教师的肖像权与著作权，也使得保护知识产权显得尤为重要。

74.全息网络信号亟待增强。全息技术要靠投影来实现，它对网络的传输的要求很高，如果信号传输速度慢，将无法满足全息传送的需要，会出现远程呈现的彩像分辨率低、实时性差等问题，它们将会大大降低使用者的使用体验，在一定程度上影响了沉浸式学习环境的构建。早在2000年，英国伦敦南部一所学校的数学老师使用全息技术投影“虚拟教师”到教室的事例，提醒我们若受网络的限制，传输的距离会受影响。5.当前教育制度不能保障全息技术的实施。近些年来我国不断尝试改革教育制度和教学模式，但当前还处于九年义务教育的应试教育的大背景之中，学校为了保证升学率，使教师还是过度地强调学习和强化训练，片面地追求分数，造成学生作业量过大，学习压力过大，不利于素质教育的实施，此背景下教师和学生都难以有充足的时间和精力去了解和掌握新的技术，这使得很多新技术的介入也无法改变“知识课堂”为主的状况，只是匆匆而过，并没有充分发挥其优势，没有发挥学生的主观能动性和创造性，因此如何能使全息技术充分发挥其优势将成为教育工作者需要思考的问题。

8解决这个问题关键在于从上级教育部门能出台相应的制度，为实现素质教育指明一个方向，这缓解了教师的成绩压力，给教师一个自由发挥的空间，让教师寓教于乐，用科技激发起学生的学习兴趣和创造力。相信有了国家的制度加持，基层教师不会有那么多的顾虑，哪怕“牺牲”一节课的时间，也能使学生收获翻倍。各学校也要相信老师对课堂的把控能力，相信老师们能用新技术传授给学生更优的知识。五、全息技术在教育产品中未来的发展近年来，随着通信技术的发展，手机、平板等电子产品技术的进步，开发移动学习的新模式成为教育媒体关注的焦点，他们纷纷推出了手机版用户端。未来，全息教学资源与手机的融合可打造便携式全息移动课堂，实现资源的立体交互，增强学习体验。早在2014年美国Ostendo科技公司就研发出三维全息投影芯片，该芯片嵌入到移动设备中可实现三维全息投影，同年，我国的钛客科技在北京国家会议中心正式发布全球首款全息智能手机，即takee全息手机。虽然8年过去，受技术等因素的限制它们未能成功投入到移动设备中走进千家万户，但这不会阻碍全息技术在移动设备中发展的进程，全息技术是有发展前景的，未来终会实现。中国移动“和教育”若能快人一步地看到这项新技术未来的发展前景，开发者从现在起吸纳和培养拥有该技术的人才，拍摄全息图片素材，探索软件的新功能——利用客户端就可以看到自己想看的全息影像。这将不仅走在中国教育的前列，也将给公司带来利润和好的影响。结语总之，伴随着互联网、人工智能与光电信息处理技术的快速发展，全息技术正向我们走来。全息技术以后能在教育中得到广泛应用,是国家、科技者和教育工作者共同努力创造的必然结果。

9我们要从基础理论研究入手，从尝试实际应用起步。全息技术将引领我们的生活步入美好的明天，也使子孙后代共享科技成果。