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        VR技術與中學化學教學

        2017-08-14 04:13:29許維群
        新課程·下旬 2017年7期
        關鍵詞:中學化學虛擬現實技術

        許維群

        摘 要:VR是一種類似于潛水的沉浸式體驗,能夠創(chuàng)建與現實社會類似的環(huán)境,讓人們主動經歷、親身感受世界。在高中化學學習中有些知識涉及微觀粒子,它們用肉眼看不見,有些實驗有一定的危險性,或者有些反應速率過慢,有些反應條件過于苛刻,這些問題目前可以采用視頻、圖片配合教師的描述解決,但因為學生沒有親身感受,有些知識理解起來還不深刻。上述的問題可以通過VR技術,讓學生有直觀的感受,從而更好地理解相關知識。

        關鍵詞:VR(virtual reality,虛擬現實)技術;中學化學;教學

        一、VR技術簡介

        虛擬現實(Virtual Reality),簡稱VR技術,也稱人工環(huán)境。 它利用電腦或其他智能計算設備模擬產生一個三度空間的虛擬世界,可以認為,虛擬現實技術綜合了計算機圖形技術、計算機仿真技術、傳感器技術、顯示技術等多種科學技術,在多維信息空間上創(chuàng)建了一個虛擬信息環(huán)境,提供用戶關于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬,讓用戶如同身臨其境一般,可以及時、沒有限制地觀察三度空間內的事物。

        二、虛擬現實進入中學化學教育的優(yōu)勢

        1.拓展化學學習的多維度空間

        虛擬現實可以打破時間和空間的限制,比如在學習教材中的科學視野“可燃冰”時,我們可以讓學生暢游在深海中去探尋可燃冰,近距離地觀察它的結構,甚至用手觸摸和感知。又比如,我們在學習“工業(yè)制取硫酸”的時候,學生可以身臨其境地觀察每個工藝流程,每一個細節(jié)。

        2.激發(fā)學生學習化學的興趣

        直觀體驗更能激發(fā)學習者的學習興趣。最近,我們學校引進了VR技術,建立了VR教室,我們在講解“金屬晶體的原子堆積模型”這部分知識時,就用了VR技術輔助教學。通過使用虛擬現實技術裝備,學生跟著老師進入虛擬的原子世界,動手嘗試堆積原子模型,尋找配位數,選取晶胞,“好玩”“有趣”“簡單易理解”是孩子體驗之后的普遍評價。將虛擬現實引入教學,讓學習游戲化、情境化,激發(fā)了學生主動學習的興趣。

        三、虛擬現實與中學化學教學結合的實例

        我們的具體操作如下:

        1.課前準備

        (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團隊的技術人員共同討論本節(jié)課中需要用虛擬現實技術展現的知識。

        (2)VR技術制作。此階段完全是由VR團隊的技術人員完成的,此階段因為技術含量高,所以耗時最長。

        2.教學實施

        我們將高二年級四個同層次的理科班分成兩組,高二3班和高二8班按照原來的方式,應用圖片、乒乓球模型學習;高二5班和高二7班用虛擬現實技術學習。對于原子在二維平面的堆積,四個班的同學都很容易理解,原子在三維平面的堆積3班和8班的學生反映比較抽象,不好理解。而采用VR技術的5班和7班的學生則進行手動操作,放錯了可以重新再來,也有語音提示正確和錯誤。學生通過動手,通過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?。容^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,不過通過技術的幫助,學生能理解面心晶胞的提取。因為對晶胞有比較深刻的理解,學生在計算晶胞中的個數、配位數和原子的空間利用率時都能較好地解決。

        3.檢測評價與反思

        學習完成后,我們對這四個班就此節(jié)知識出題考查,結果如下表所示。

        我們打算過1個月以后,再針對這節(jié)知識進行測試,檢測采用不同的方式教學學生的遺忘率如何。

        四、虛擬現實與中學化學教學的結合面臨的具體問題及解決措施

        1.硬件技術的局限

        目前設備使用不便、硬件的處理速度遠不能滿足在虛擬世界中實時處理大量數據的需求。學生上課需要戴頭盔,有部分學生反映頭盔帶久了感覺頭暈,眼睛不舒服,在操控按鈕時也不熟練。

        2.制作一個VR課件太費時

        想制作出和教學內容高度匹配的VR課件需要精通教學和計算機的人才,但目前對于我們學校來說這是一個最大的難題。目前,我校和四川師范大學正在聯(lián)合制作VR課件,這就能很好地解決這個問題。

        3.效果不夠理想

        在虛擬現實的感知方面,有關視覺合成方面的研究較多,對聽覺、觸覺關注較少,真實性、實時性不足,基于嗅覺、味覺的設備還沒有實現商品化。此外,在交互效果方面,虛擬現實技術與人的自然交互不足,在語音識別、人工智能方面的效果尚不能令人滿意。

        總之,VR虛擬現實可以改變我們的生活和教育,讓學習變得更加生動有趣。對于化學學科而言,它可以讓學生和老師近距離地體會微觀的世界,放手去做很多不敢嘗試的實驗,不限時間、地點地進入虛擬的化學實驗室,從而有更多機會體會化學的美。

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