許維群
摘 要:VR是一種類似于潛水的沉浸式體驗(yàn),能夠創(chuàng)建與現(xiàn)實(shí)社會(huì)類似的環(huán)境,讓人們主動(dòng)經(jīng)歷、親身感受世界。在高中化學(xué)學(xué)習(xí)中有些知識(shí)涉及微觀粒子,它們用肉眼看不見(jiàn),有些實(shí)驗(yàn)有一定的危險(xiǎn)性,或者有些反應(yīng)速率過(guò)慢,有些反應(yīng)條件過(guò)于苛刻,這些問(wèn)題目前可以采用視頻、圖片配合教師的描述解決,但因?yàn)閷W(xué)生沒(méi)有親身感受,有些知識(shí)理解起來(lái)還不深刻。上述的問(wèn)題可以通過(guò)VR技術(shù),讓學(xué)生有直觀的感受,從而更好地理解相關(guān)知識(shí)。
關(guān)鍵詞:VR(virtual reality,虛擬現(xiàn)實(shí))技術(shù);中學(xué)化學(xué);教學(xué)
一、VR技術(shù)簡(jiǎn)介
虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality),簡(jiǎn)稱VR技術(shù),也稱人工環(huán)境。 它利用電腦或其他智能計(jì)算設(shè)備模擬產(chǎn)生一個(gè)三度空間的虛擬世界,可以認(rèn)為,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)綜合了計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、傳感器技術(shù)、顯示技術(shù)等多種科學(xué)技術(shù),在多維信息空間上創(chuàng)建了一個(gè)虛擬信息環(huán)境,提供用戶關(guān)于視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等感官的模擬,讓用戶如同身臨其境一般,可以及時(shí)、沒(méi)有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物。
二、虛擬現(xiàn)實(shí)進(jìn)入中學(xué)化學(xué)教育的優(yōu)勢(shì)
1.拓展化學(xué)學(xué)習(xí)的多維度空間
虛擬現(xiàn)實(shí)可以打破時(shí)間和空間的限制,比如在學(xué)習(xí)教材中的科學(xué)視野“可燃冰”時(shí),我們可以讓學(xué)生暢游在深海中去探尋可燃冰,近距離地觀察它的結(jié)構(gòu),甚至用手觸摸和感知。又比如,我們?cè)趯W(xué)習(xí)“工業(yè)制取硫酸”的時(shí)候,學(xué)生可以身臨其境地觀察每個(gè)工藝流程,每一個(gè)細(xì)節(jié)。
2.激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣
直觀體驗(yàn)更能激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣。最近,我們學(xué)校引進(jìn)了VR技術(shù),建立了VR教室,我們?cè)谥v解“金屬晶體的原子堆積模型”這部分知識(shí)時(shí),就用了VR技術(shù)輔助教學(xué)。通過(guò)使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)裝備,學(xué)生跟著老師進(jìn)入虛擬的原子世界,動(dòng)手嘗試堆積原子模型,尋找配位數(shù),選取晶胞,“好玩”“有趣”“簡(jiǎn)單易理解”是孩子體驗(yàn)之后的普遍評(píng)價(jià)。將虛擬現(xiàn)實(shí)引入教學(xué),讓學(xué)習(xí)游戲化、情境化,激發(fā)了學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣。
三、虛擬現(xiàn)實(shí)與中學(xué)化學(xué)教學(xué)結(jié)合的實(shí)例
我們的具體操作如下:
1.課前準(zhǔn)備
(1)集體備課。我們課題組的老師先確定課題,接著集體備課。然后與VR團(tuán)隊(duì)的技術(shù)人員共同討論本節(jié)課中需要用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)展現(xiàn)的知識(shí)。
(2)VR技術(shù)制作。此階段完全是由VR團(tuán)隊(duì)的技術(shù)人員完成的,此階段因?yàn)榧夹g(shù)含量高,所以耗時(shí)最長(zhǎng)。
2.教學(xué)實(shí)施
我們將高二年級(jí)四個(gè)同層次的理科班分成兩組,高二3班和高二8班按照原來(lái)的方式,應(yīng)用圖片、乒乓球模型學(xué)習(xí);高二5班和高二7班用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)學(xué)習(xí)。對(duì)于原子在二維平面的堆積,四個(gè)班的同學(xué)都很容易理解,原子在三維平面的堆積3班和8班的學(xué)生反映比較抽象,不好理解。而采用VR技術(shù)的5班和7班的學(xué)生則進(jìn)行手動(dòng)操作,放錯(cuò)了可以重新再來(lái),也有語(yǔ)音提示正確和錯(cuò)誤。學(xué)生通過(guò)動(dòng)手,通過(guò)多方位的切換視角觀察(視角不僅可以換方位、換角度,還可以放大和縮?。?,比較容易和清晰地完成了金屬原子的四種堆積方式,也比較順利地提取出了簡(jiǎn)單立方堆積、體心立方堆積和六方最密堆積的晶胞,但不能自己提取面心最密堆積的晶胞,不過(guò)通過(guò)技術(shù)的幫助,學(xué)生能理解面心晶胞的提取。因?yàn)閷?duì)晶胞有比較深刻的理解,學(xué)生在計(jì)算晶胞中的個(gè)數(shù)、配位數(shù)和原子的空間利用率時(shí)都能較好地解決。
3.檢測(cè)評(píng)價(jià)與反思
學(xué)習(xí)完成后,我們對(duì)這四個(gè)班就此節(jié)知識(shí)出題考查,結(jié)果如下表所示。
我們打算過(guò)1個(gè)月以后,再針對(duì)這節(jié)知識(shí)進(jìn)行測(cè)試,檢測(cè)采用不同的方式教學(xué)學(xué)生的遺忘率如何。
四、虛擬現(xiàn)實(shí)與中學(xué)化學(xué)教學(xué)的結(jié)合面臨的具體問(wèn)題及解決措施
1.硬件技術(shù)的局限
目前設(shè)備使用不便、硬件的處理速度遠(yuǎn)不能滿足在虛擬世界中實(shí)時(shí)處理大量數(shù)據(jù)的需求。學(xué)生上課需要戴頭盔,有部分學(xué)生反映頭盔帶久了感覺(jué)頭暈,眼睛不舒服,在操控按鈕時(shí)也不熟練。
2.制作一個(gè)VR課件太費(fèi)時(shí)
想制作出和教學(xué)內(nèi)容高度匹配的VR課件需要精通教學(xué)和計(jì)算機(jī)的人才,但目前對(duì)于我們學(xué)校來(lái)說(shuō)這是一個(gè)最大的難題。目前,我校和四川師范大學(xué)正在聯(lián)合制作VR課件,這就能很好地解決這個(gè)問(wèn)題。
3.效果不夠理想
在虛擬現(xiàn)實(shí)的感知方面,有關(guān)視覺(jué)合成方面的研究較多,對(duì)聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)關(guān)注較少,真實(shí)性、實(shí)時(shí)性不足,基于嗅覺(jué)、味覺(jué)的設(shè)備還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)商品化。此外,在交互效果方面,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與人的自然交互不足,在語(yǔ)音識(shí)別、人工智能方面的效果尚不能令人滿意。
總之,VR虛擬現(xiàn)實(shí)可以改變我們的生活和教育,讓學(xué)習(xí)變得更加生動(dòng)有趣。對(duì)于化學(xué)學(xué)科而言,它可以讓學(xué)生和老師近距離地體會(huì)微觀的世界,放手去做很多不敢嘗試的實(shí)驗(yàn),不限時(shí)間、地點(diǎn)地進(jìn)入虛擬的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室,從而有更多機(jī)會(huì)體會(huì)化學(xué)的美。