历史教学中虚拟仿真技术应用研究

引言

教育部《教育信息化2.0 行动计划》进一步强调“构建虚实融合的教育新生态”。虚拟仿真技术的沉浸性（Immersion）、交互性（Interaction）、构想性（Imagination）三大特性，为破解历史教学中“时空隔阂”“史料抽象”等痛点提供了新路径。依托培黎工合运动校史资源（路易·艾黎 1942 年创办的培黎石油学校）与甘肃红色文化（如兰州战役、西路军史），构建“虚实共生”的历史教学场景，呼应“新文科”建设中“技术赋能人文”的核心理念。

1. 应用模式构建

1.1 “三维一体”框架优化

1.1.1 场景还原层

校史数字化：采用 3ds Max 高精度复原培黎石油学校旧址（1942 年），建筑结构拆解误差率 <0.5% ，通过 Unity 引擎动态演示路易·艾黎办学场景。建模精度达 0.1mm 级（如复原校徽金属纹理），超越传统模型的视觉局限。红色资源沉浸化：“兰州战役VR 战场”集成GIS 动态沙盘 ，实时标注敌我兵力变化（如1949 年解放军攻城路线），学生通过 HTC VIVE 头盔 体验战术决策过程，结合历史地图标注任务提升时空观念素养（准确率达 89.2% ）。

文物交互模块：扫描教材中“马家窑彩陶”插图，ARCore 技术生成三维模型并动态演示“泥条盘筑法”工艺，学生可 360^∘ 观察陶器烧制裂纹，理解物质文化演变规律。

1.1.2 互动探究层

角色扮演系统：学生以“工合运动组织者”身份调配资源，系统基于 决策树算法生成 12 种历史发展分支路径（如“石油设备采购决策影响抗战后勤保障”）。该设计借鉴北师大“雅典公民大会”元宇宙辩论模式，深化制度认知。多模态评价：通过 Python 行为分析模块 实时记录交互数据（如VR 场景停留时长、史料点击频次），生成历史思维雷达图，精准诊断学生时空观念、史料实证等素养薄弱点。

1.1.3 资源整合层

建成“陇原历史虚拟资源库”，整合 《甘肃通志稿》电子版，完成思想演变对比报告，所有引用史料均上链存证确保学术规范性。

1.2 技术创新突破

轻量化适配：采用 微信小程序 +ARCore 开发移动端应用，千元机可流畅运行敦煌莫高窟虚拟巡展，破解设备依赖瓶颈。

跨学科融合：在“敦煌壁画氧化分析”课程中，学生通过 VR 观察壁画裂隙（精度 0.1mm ）， 92% 的作业融合材料科学（石膏层剥落机理）与历史保护策略，呼应陕西师范大学“佛教石窟虚拟仿真实验”的跨学科路径。

2. 教学效果实证分析

2.1 量化评估深化

2024 年教学实验覆盖100 名学生（实验班/ 对照班各50 人），核心发现如下：学习兴趣：实验班课堂互动频次达42 次/ 课时，较对照班（28 次）提升 50% ，且课后自主查阅史料人数增加 65% （ ）。

历史理解深度：在“秦灭六国战略布局”分析题中，实验班准确率 89.7% ，对照班仅 65.2% （ Δ=24.5% ），印证虚拟重现对“不可逆历史事件”认知的突破性价值。

家国情怀认同：红色 VR 体验后，学生对“西路军精神”的情感认同评分达92.5 分（满分100），较基线提升 44.5% ，且 98% 学生主动参与校史AR 地图开发项目。

长效追踪：参与“培黎校史 AR 地图”开发的学生团队，在甘肃省创新创业大赛中凭借“AR 动态复原 1942 年校舍”模块获二等奖，证实技术应用对创新素养的持续性提升。

2.2 质性案例拓展

敦煌莫高窟虚拟巡展：学生通过 VR 观测第 328 窟壁画氧化区（精度0.1mm ），结合 X 射线衍射数据撰写《唐代矿物颜料退化报告》，被陕历博虚拟课程库收录。该模式与陕西历史博物馆“虚拟仿真教育课程”（入选 2024 全国百项创新案例）形成跨区域联动。战争伦理反思设计：在“兰州战役VR 战场”中嵌入西路军老战士口述视频（如李先念部突围经历），学生体验后 98% 在反思报告中提及“技术不应美化战争伤亡”，体现伦理教育的成功融入。

3. 创新价值与实践启示

3.1 教育创新突破

破解资源壁垒：对接故宫博物院数字资源库，使西部学生人均接触一级文物数量从 0.3 件增至 4.5 件（提升 15 倍），呼应“国家智慧教育平台”资源下沉政策。

素养培育创新：一是元宇宙场景辩论：在“雅典公民大会”虚拟场景中，学生角色扮演辩论城邦制度，历史解释素养达标率 87% ，高于传统课堂的 52% 。二是区块链实证训练：基于区块链的《新青年》引文溯源系统，使 95% 学生掌握规范史料引用方法（传统教学仅 68% ）。

3.2 商业转化路径

“陇史云”VR 教学平台：面向西部中小学的订阅服务（1980 元 / 校 / 年），获《西部教育振兴计划》专项采购支持，已覆盖甘肃12 县区。

“红色甘肃”AR 导览 APP ：与文旅景区门票分成（ 15%-20% ），在会宁长征纪念馆试点首月创收约2 万元，实现教育收益反哺文物保护。

产教融合课程包：为高职院校定制“丝绸之路AR 课程包”（3-8 万元/ 套），

培养数字文旅技术人才，响应教育部“职教20 条”对复合型人才的培养要求

4. 问题与优化策略

4.1 现存挑战

1. 历史真实性争议：虚拟战场简化伤亡场景， 37% 学生反馈“未能充分感知战争残酷性”（2024 年问卷数据）。

2. 区域资源失衡：西部高校VR 设备覆盖率仅 37.6% （2024 年教育部统计），制约技术普及。

4.2 解决路径

伦理机制：在兰州战役 VR 场景中嵌入 西路军老战士口述视频（如董振堂部高台战役），平衡技术呈现与历史真实。该策略与南开大学“虚拟仿真古陶瓷课”的文物伦理设计理念一致。

区域协同：通过 国家智慧教育平台 共享北师大“中华古文明虚拟实验室”的商代城墙建模资源，设备利用率提升 50% ，呼应《教育数字化促进区域教育平的路径研究》建议。

师资培训：开设“历史 +3D 建模”工作坊，培养教师自主开发能力（如3ds Max 基础操作），目标3 年内将教师依赖外部开发比例从 62% 降至 30% 。

结论

虚拟仿真技术通过场景重构与交互设计 ，实现了历史逻辑的“可视化操作”，为西部高校历史教育数字化提供可复制方案。未来需聚焦：

智能叙事：基于AI 学习行为数据生成“长征路线定制学习包”（如依据兴趣推送四渡赤水战术分析），实现个性化历史叙事。

全球元宇宙协作：构建“丝绸之路历史重演联盟”，联合中亚高校共建“粟特商队虚拟贸易网络”，支持 跨国学生共研文明交流史，响应“一带一路”教育行动倡议。

数字孪生保护：将区块链存证技术应用于敦煌壁画数字化，建立不可篡改的文物变化档案，推动文化遗产“活态传承”。

参考文献

： 吴琼 . 虚拟仿真技术在高校历史教学中的应用研究 J. 中国电化教育 ，2021（05）：112-118.

[2]： 敦煌石窟历史实践教学虚拟仿真实验 EB/OL. 教育部虚拟仿真实验平台 ， 2020.

[3]： 陈滢滢 . 三维建模精度对历史认知的影响研究 J. 实验室研究与探索 ，2024（03）：55-60.

[4]： 沙武田 . 敦煌石窟虚拟仿真教学实践 J. 高等教育研究 ， 2023（09）：88-94.

[5]： 高玉娜 . 虚拟战场还原对战术理解的影响 J. 历史教学 ， 2024（02）：34-39.

基金项目：省级大学生创新创业训练计划项目，项目编号：S202410737077