劉之帆+閻煒

摘要：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于中學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂具有一定的先進(jìn)性和優(yōu)越性。本文介紹了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)特點(diǎn)，并從實(shí)驗(yàn)的安全、效率、成本等方面闡述了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在中學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用。

Abstract： The application of virtual reality technology （VR） in the experiment classroom of middle school has advantage and superiority. In this paper， the characteristics of VR are introduced， and the applications of VR in the experiment classroom of middle school are expounded from the aspects of experiment safety， efficiency and cost.

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)；中學(xué)實(shí)驗(yàn)；應(yīng)用

Key words： virtual reality；the experiment of middle school；application

中圖分類號(hào)：G424.31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）33-0197-02

0 引言

實(shí)驗(yàn)教學(xué)在中學(xué)學(xué)習(xí)中占有舉足輕重的重要性。親手操作實(shí)驗(yàn)，觀看實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，有助于學(xué)生們對(duì)知識(shí)的理解與記憶，激發(fā)他們對(duì)自然科學(xué)的興趣，逐步引導(dǎo)他們學(xué)習(xí)并掌握科學(xué)研究的方法和養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。盡管我國(guó)對(duì)基礎(chǔ)教育投入不斷增強(qiáng)，但中學(xué)實(shí)驗(yàn)的開展還面臨諸多問題，如在我國(guó)中學(xué)通常實(shí)行班級(jí)授課，每班幾十人，很難保證每一個(gè)學(xué)生正確的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果[1]；有些實(shí)驗(yàn)具有一定的危險(xiǎn)性，如制備Cl2、SO2等有毒性氣體等；有些實(shí)驗(yàn)操作較為復(fù)雜，學(xué)生們很難完全理解，而重復(fù)操作又耗時(shí)等。這些條件限制了實(shí)驗(yàn)課程在中學(xué)教學(xué)中所應(yīng)發(fā)揮的重要作用。

虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality），簡(jiǎn)稱VR技術(shù)，是利用電腦模擬產(chǎn)生一個(gè)三維空間的虛擬世界，提供用戶關(guān)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(shí)、沒有限制地觀察三維空間內(nèi)的事物。用戶進(jìn)行位置移動(dòng)時(shí)，電腦可以立即進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算，將精確的三維世界視頻傳回產(chǎn)生臨場(chǎng)感。該技術(shù)集成了計(jì)算機(jī)圖形、計(jì)算機(jī)仿真、人工智能、感應(yīng)、顯示及網(wǎng)絡(luò)并行處理等技術(shù)的最新發(fā)展成果，是一種由計(jì)算機(jī)技術(shù)輔助生成的高技術(shù)模擬系統(tǒng)，所以人可以在這個(gè)虛擬世界做任何想做的事情。因此，將VR技術(shù)引入中學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中具有重要的積極的意義。

1 VR技術(shù)的特點(diǎn)

1.1 沉浸感

通俗的講就是當(dāng)配帶上VR眼鏡時(shí)，你看到的是一個(gè)和真實(shí)世界場(chǎng)景完全相同的模擬世界，僅從感官上無(wú)法區(qū)分虛擬和現(xiàn)實(shí)。這個(gè)特點(diǎn)避免了播放演示視頻時(shí)的枯燥無(wú)味。

1.2 交互性

所謂交互性就是人在完全逼真的虛擬世界里，可以在場(chǎng)景里做一些和現(xiàn)實(shí)中一樣的動(dòng)作。人和VR場(chǎng)景可以實(shí)時(shí)互動(dòng)。比如你可以拿起VR場(chǎng)景里桌子水壺將水倒入杯中。此項(xiàng)技術(shù)允許人們?cè)谔摂M世界里進(jìn)行“真實(shí)”的操作[2]。

2 VR技術(shù)在中學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

2.1 實(shí)驗(yàn)過程的安全和綠色

有些化學(xué)實(shí)驗(yàn)具備一定的危險(xiǎn)性，如制備出的Cl2、SO2等，兩者均是具有刺激性氣味的有毒氣體；Na與水反應(yīng)會(huì)生成 “火球”等。如果采用現(xiàn)實(shí)方法來進(jìn)行操作，對(duì)于初學(xué)者來說有可能因操作不當(dāng)而造成危害；但如進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)又無(wú)法讓學(xué)生們體會(huì)到做實(shí)驗(yàn)的樂趣與實(shí)驗(yàn)成功的喜悅之情。因此，采用VR技術(shù)便可做到“一舉兩得”甚至“一舉多得”。很多高危險(xiǎn)性實(shí)驗(yàn)均可以通過VR來操作，提高實(shí)驗(yàn)的安全性。且實(shí)驗(yàn)操作不受時(shí)間、地點(diǎn)的限制，可以做到“隨心所欲”。

2.2 對(duì)于耗時(shí)較長(zhǎng)、步驟繁瑣的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以通過VR短時(shí)間來操作完成

加熱是中學(xué)實(shí)驗(yàn)中許多反應(yīng)的必須條件，如還原糖的測(cè)定、銀鏡反應(yīng)等。若直接采用酒精燈加熱，則耗時(shí)較長(zhǎng)。還比如生物中的孟德爾的遺傳定律，用果蠅做實(shí)驗(yàn)往往要好幾個(gè)月的時(shí)間。而VR可以在短時(shí)間內(nèi)（一堂課）完成，節(jié)省了教學(xué)時(shí)間，提高了教學(xué)效率。

對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟的理解是理解實(shí)驗(yàn)的第一步，理解了實(shí)驗(yàn)步驟有助于對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、現(xiàn)象的理解。但有些實(shí)驗(yàn)操作繁瑣，步驟過多，實(shí)驗(yàn)中加入的試劑較多，且藥劑的加入有特定的順序。如葉綠素的提取實(shí)驗(yàn)、DNA的粗提取與鑒定等。僅僅依靠上課的一次操作難以完全理解。而VR技術(shù)特有的交互性便可幫助同學(xué)們?cè)谔摂M的世界里做“真實(shí)”的操作，且不限次數(shù)，直到學(xué)生們完全理解與掌握為止。

2.3 VR實(shí)驗(yàn)不需要實(shí)驗(yàn)原料，從而可以降低實(shí)驗(yàn)成本

有些實(shí)驗(yàn)需要比較貴重的實(shí)驗(yàn)器材，且貴重實(shí)驗(yàn)器材對(duì)放置環(huán)境具有一定的要求，很多學(xué)校難以進(jìn)行配備，只得進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)或播放錄像，削弱了學(xué)生們的積極性。若采用VR技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的操作和理解，其優(yōu)點(diǎn)之一是無(wú)需準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材和實(shí)驗(yàn)原料，只需開發(fā)出相應(yīng)的軟件即可，不僅節(jié)省了學(xué)校的空間，而且降低了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的成本。

2.4 VR技術(shù)可以讓學(xué)生們更好地認(rèn)識(shí)微觀世界

微觀結(jié)構(gòu)決定宏觀性質(zhì)。目前中學(xué)接觸微觀世界的主要途徑是顯微鏡，其對(duì)微觀結(jié)構(gòu)的放大倍數(shù)有限。VR技術(shù)可以將宏觀實(shí)物深入到原子水平，加深學(xué)生們對(duì)宏觀實(shí)物的理解，并具有“身臨其境”的效果。如DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)、晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和原子排列方式等等。VR技術(shù)極大地?cái)U(kuò)充了學(xué)生們對(duì)微觀世界的理解，有利于激發(fā)學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣。且VR模擬實(shí)驗(yàn)加入原理解析可以讓學(xué)生更好地理解實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

2.5 VR實(shí)驗(yàn)可以更好的讓學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)流程

有些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象較為復(fù)雜，不僅動(dòng)手部分、注意事項(xiàng)較多，且需要觀察的現(xiàn)象也較多，這便限制了實(shí)驗(yàn)在課堂教學(xué)中的作用。如觀察細(xì)胞的有絲分裂，前期準(zhǔn)備步驟多，制片較困難。VR可以在不浪費(fèi)實(shí)驗(yàn)原料的基礎(chǔ)上，任由學(xué)生重復(fù)，從而在不斷的反復(fù)操作中深刻理解實(shí)驗(yàn)流程并記憶實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，促進(jìn)學(xué)生們的學(xué)習(xí)。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)走進(jìn)課堂，服務(wù)教學(xué)已經(jīng)成為一種趨勢(shì)。從以前的觀看演示實(shí)驗(yàn)視頻，到最近的虛擬現(xiàn)實(shí)，無(wú)疑說明了科學(xué)技術(shù)對(duì)課堂學(xué)習(xí)的一種促進(jìn)作用。而這種促進(jìn)作用在實(shí)驗(yàn)課程中體現(xiàn)的尤為重要。它不僅能夠解決做實(shí)驗(yàn)難，實(shí)驗(yàn)成功率低，實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)受限等難點(diǎn)，而且也極大地提高了學(xué)生們對(duì)做實(shí)驗(yàn)的積極性，讓學(xué)生們喜歡做實(shí)驗(yàn)，甚至愛上做實(shí)驗(yàn)，并能夠從實(shí)驗(yàn)中體會(huì)學(xué)習(xí)的樂趣所在。相信在不久的將來，虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)定會(huì)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)課堂，從而發(fā)揮其方便老師教學(xué)，開拓學(xué)生視野的優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]梁宇濤.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2016（3）：81-85.

[2]高洪波.中國(guó)虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、問題與趨勢(shì)[J]. 現(xiàn)代傳播，2017（2）：8-12.

[3]陳應(yīng)清.用信息化手段整合中學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式[J].中國(guó)教育技術(shù)裝備，2012（35）.endprint