蓝皮书案例篇① | 上海市徐汇中学——人工智能 混合学习模式

导读

本蓝皮书包括总报告、理论篇、人物篇、案例篇等多部分内容。

其中，案例篇以智慧环境、智慧学习、智慧管理、智慧生态为基本框架，收录了全国具有代表性的智慧校园建设学校实践案例。案例从技术应用场景、使用效果、软硬件建设基础、师资培训、成败经验分享、校企合作等角度，力求全面呈现出新技术对学校发展与教育变革所产生的作用，并为全国中小学智慧校园建设提供参考样板与合作指南。

未来智慧校园研究中心微信公众号将择选案例篇部分内容发布，蓝皮书全文将在第六届中国教育智库年会正式发布。

案例类别：智慧学习>学习方式变革

案例单位：上海市徐汇中学

案例名称：人工智能+混合学习模式

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案 例 背 景

——“5G+MR”，强化学校科技特色发展

“崇尚科学”是上海市徐汇中学的办学传统，同样也是撬动学校创新发展的路径。在拥有18种22个工程科技创新实验室的基础上，2019年学校建设了“5G+MR”创新实验室，逐步开展“5G+MR全息课堂学习模式实践探究”，增加了通讯工程领域的科技课程，进一步强化学校科技特色发展之路。

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实 践 成 果

• 学生通过MR眼镜看到虚拟影像，轻松直观呈现学生无法直接理解的晦涩难懂的知识，提高课堂教学有效性和趣味性。

• 借助5G高速传递速度，远程教学能够真正实现异地同上一堂课。

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应 用 场 景

依托5G网络高速率、低延迟的特性，MR将虚拟现实技术与教学相结合，将抽象的概念情景化，为学生提供了沉浸式可互动的学习场景，适用于物理、化学、生物、历史、艺术等多门学科的教学。

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地理——探索太阳系的奥秘（初一）

课堂导入：NASA发现第二个太阳系

教学部分：借助MR眼镜让学生观察太阳系，区分不同天体及总结恒星与行星的天体特点。观察太阳系的运动轨迹，并归纳其运动特点。

课堂总结：根据观察到的内容，总结太阳系的特点。

教学分析：初一年级学生优势在于形象思维高于抽象思维，观察能力强，乐于思考而缺点在于空间思维弱。本堂课的主题“太阳系”离学生们的生活太过遥远，传统课堂很难引发学生们的共鸣，大多数教师只能运用平面图引导学生辨识八大行星特征、区分恒星与行星、太阳系运动特点等教学内容。

而MR技术大大降低了这样的难度，提升学生课堂主题的地位。MR技术能够很好地落实对于空间思维要求比较高的课程内容，因为MR将平面图转化为了立体图，它不仅仅把太阳系变得立体，学生还可以从各个维度来观察太阳系的特点，使得课堂的空间立体感和学生的交互感都增强了。对于地理学科而言，如大气环流、地球运动都可以通过MR技术来打破时空界限，将画面展示在学生眼前，突破教学重难点。

02

生物——认识人体的骨骼

课堂准备：提前做好整个单元教学设计，相近场景的整合和重组；同时打造“游戏式”教学，关注过程性指导，避免学生盲目试错；还要注重场景呈现方式应该直观、逼真、合理，摆脱平面思维。

教学分析：在人体结构教学中，传统课件讲解学生反响平淡，而在全息学堂中，每个学生都可以通过走动，实现对虚拟模型的多角度观察。5G+MR技术实现了知识“在场”。知识在场的学习模式，让知识更有代入感和沉浸感。同时，MR技术作为一种载体，可以改变学生和学习内容之间的距离。只要距离足够近，我们可以感受到很微观的东西，只要距离足够远，我们可以在上帝视角看宇宙。

课堂上，学生可以通过放大、缩小、甚至进入到骨架结构中进行观察。当切换了距离和角度，也就切换了我们对于事物的认识，这是利用MR才能做到的。

03

其他教师的5G+MR课堂感受

• 5G+MR课件有明显的立体感，在体验地理冷锋、暖锋、准静止锋的时候，能感受到明显的3D效果，可以通过调整站位角度远近，看到不同冷暖锋的锋面、锋线、雨带等学生可以直接看到现象，通过立体图理解过程。（刘明奇）

• 要想了解人体结构需要解剖，这是不现实的。如果对人体做完整的5G+MR设计，必定引起学生和老师对人体结构的探究意识。从脑部的结构，眼耳鼻舌口、内脏器官、动脉静脉等等，涉及到书上的消化系统、血液循环系统、神经系统，各个关节，甚至肌肉分布，能做成一套完整的人体解剖系统，一方面学习书本上的知识，一方面拓宽视野。（郑学艳）

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建 设 基 础

MR是真实世界+虚拟世界+实时互动组成的虚拟现实。学生可以通过MR眼镜看到虚拟影像，通过移动视角看到虚拟物体的立体变化。与过去老师只能播放视频或者图像不同，全息影像不仅仅是实时动态的，更能让学生触手可及，在MR沉浸式体验的基础上，课程将虚拟和现实内容共存，将学生无法直接理解的晦涩难懂的知识变得轻松直观呈现，提升了学生对课堂的关注度和热情。

01

硬件基础

• 在5G基站可以进校园的情况下，学校需要和供应商确认5G基站的供应和安全责任划分等内容，进行5G基站安装位置的选址和勘测，确定学校5G基站的建设方案。

• 如果5G基站无法进校园，可以与运营商商讨解决方案，利用周边已经建好的5G基站所发射的信号。学校内需要5G信号的楼宇利用能够将5G信号转成WiFi的终端设备进行信息转换。或整合学校现有的有线网络和无线网络，将5G融入现有网络，实现三网合一。

• 学校的数据中心机房要有足够的空间来安装网络设备。

• 目前网络安全问题日益严峻，在5G进校园前，学校一定要规划好可以满足5G网络安全的规划方案。

02

软件基础

• 要构建符合学校自身情况的智慧校园管理平台。5G应用场景包括5G+MR教学，5G远程高清互动教学，5G+4K直播课，5G+全息直播课，5G+人脸识别，5G+AR机器人等等，因此5G进校园前要确定好使用的应用场景，以此确定智慧校园管理平台的建设方案。

• 5G进校园，还需要对教学区域的5G信号进行测试，确保信号良好，可以通过第三方或者运营商来负责。

03

教师信息素养培养

①5G+MR教学倒逼教师备课方式改变

全息学习模式的改变，也倒逼教师备课方式的改变，教师在全息学堂备课，需要真正把学生作为主体，思考以下问题：

• 能给学生提供什么，从而支持他们的发展？

• 如何方便学生进行个性化的学习、合作和互动？

• 如何快速提升开发“全息学堂”素材的能力？

②5G+MR教学的课件开发与制作

5G+MR课程需要3D全息教学课件作为支撑，关于课件的开发制作，重要的前提是：任何电教化的教学手段是用于辅助教学的，虽然可以发挥超出想象的作用，但也不能喧宾夺主，技术人员可以指导学科教师做课件，但是高质量的课件创造者，一定是学科教师，甚至是多学科的教师和技术人员合作完成。

MR课件设计的关键点：

• 知识点的正确选择。合适的知识点更容易呈现和受到学生的喜爱。
• MR教学演绎，就像编写电影的脚本，如何构图、物体如何变化、展示知识内容，需要详细描述或者草拟图样；
• MR课件是通过技术人员编程把脚本的内容完美呈现在MR镜头中。MR课程教学有利于在较短时间内直观体验人与影像互动，使学生掌握难以理解需要较强空间思维能力的知识点，同时有利于提升学生的热情和学习兴趣，创新的思维和知识融会贯通，有利于降低老师在难点上的教学难度，让各层级的学生都能领会和把握，并且可以反复揣摩直至完全理解。
• 为了更好地培养教师开发制作MR课件的能力，学校组建了一支包含理、化、生、地理教研组组长、科技创新备课组教师在内的，基于人工智能混合现实技术全息课堂教学模式的研究团队。每周三晚上邀请专门的工程师作主讲，研究团队进行MR课件开发的专项培训学习。

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Q&A 经 验 分 享

Q:如何与软件公司沟通教学需求，需要提供怎样的场景名称、图片示意、脚本设计？

A:以地理学科为例——在场景名称的设计上，主要选择本节课中涉及的教学难点或者是学生空间思维较弱的部分，本节课就设计了辨识五大地形、山体部位的判读、等高线的原理及等高线的判读四个部分的内容。前两个部分就是学生由于空间思维较弱，难以辨别出相关地形及部位，利用5G+MR技术的融合可以把这些立体的地理景观呈现在学生面前，提升学生空间理解。后两个部分就是本节课的教学难点，利用5G+MR技术的动态性，逐步的帮助学生理解教学内容。

在图片设计上，主要是选择自己想要呈现出景观图片，且图片信息有明显的针对性，这样可以便于科技公司的人员理解需要呈现的内容。

在脚本设计上，如下图呈现，主要注意细节上的把控，包含着两个方面的细节，第一是教学内容上的细节，因为科技公司的人员并不是该学科的教学人员，因而在设计的时候需要把知识点如何呈现，怎么呈现，先后的次序等方面都需要一步步详细的描述，这样可以让科技公司的人员简单明了的明确需要表达的内容。第二方面是对于呈现形式上的细节，比如说地物的呈现方面一般来说海水为蓝色，山体为绿色，这些细节方面的内容都要在脚本上一一呈现。

Q:如何从动态性和互动性进行探索的经验，以解决学生空间立体思维不成熟的教学难点？

A:以地理学科为例——本节课为了突破学生空间思维的难点，主要考量教学内容，一般选取了对学生空间思维要求相对较高，而且在传统课堂上无法呈现及完善的内容。如本节课涉及的等高线的内容无论是地形部位的判读还是等高线的判读是需要学生很强的空间思维，利用5G+MR不同模块的呈现方式，可以把等高线原理动态的呈现在学生面前，以此弥补学生空间思维不足。此外还可以利用学生放大缩小以及旋转等手势，能够更加立体的观察地理景观，以此弥补学生空间辨识的不足，利用这两个方式结合一些学生活动，以此突破学生空间思维不足的现象。

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合 作 指 南

上海市徐汇中学在上海5G创新发展联盟的支持下，携手信息科技公司打造了5G+MR科创教育实验室，MR课件由本校教师研发，科技公司协助制作。

审阅指导

曾宪一   上海市徐汇中学校长

史莉莉  上海市徐汇中学科研与课程发展中心主任

郑德林  中国教育智库网总负责人

编撰
安   飞  中国教育智库联盟秘书长、未来智慧校园研究中心执行副主任

王乙琨  中国教育智库网主编

关 于 我 们

未来智慧校园研究中心是中国教育智库网（教育部学校规划建设发展中心主办）与北京一零一中共同发起成立的未来智慧校园研究平台。

自2020年3月成立以来，已有全国100余所中小学和20余家教育头部企业相继加入，研究中心依托教育部学校规划建设发展中心相关课题研究成果、北京一零一中等重点学校的实践成果，以及教育领军企业的成功案例经验，结合产学研三方智慧，解决传统教育与新技术相融合的难题。