談虛擬現實技術在生物教學中的應用

王萍

一、虛擬現實技術

虛擬現實技術是由高速計算機系統創建的一種令人感到身臨其境、可以獲得與環境交互體驗的虛擬世界。它綜合了計算機圖形學、圖像處理與模式識別、職能技術、傳感技術、語音處理與影響技術、網絡技術等多門科學，將計算機處理的數字化信息變為人們所能感受的具有各種表現形式的多維信息，通過視、聽、觸覺等作用于使用者，對使用者的控制行為做出動態的交互反應。

就教育理論而言，虛擬現實實現人的臨場化，參與者與虛擬環境是相互作用、互相影響的一個整體的兩個方面，它能創造“自主學習”的環境，由傳統的“以教促學”的學習方式變為學習者通過自身與信息和環境的相互作用來得到知識、技能的新型學習方式。生物學是研究生物的形態特征、生理特點、進化方面等知識的學科。引入虛擬現實技術可以改善生物教學的環境，擴大學校的承載能力，有利于挖掘學校的潛能。同時，虛擬現實所需的超高速、多媒體的數據傳輸，大容量的數據存儲，以及數據處理的分布式與并行化將有力地推動數字化校園的發展。

二、虛擬現實技術帶來生物教學觀念的變化

傳統生物教學中，教師是整個教學過程的主宰者，學生則成了客體和附庸，成了被教師牽著鼻子走的順從者，或是被強制服從的逆反者。現代化的生物教學要求改變傳統的課堂講授式為啟發引導式，追求教與學的統一，賦予學生學的主動性。虛擬現實教學有利于創造這樣的環境，使以學生為中心的個別化教學、合作化教學和環境得以真正實現。從多媒體虛擬現實的組織形式看，虛擬現實是非線性的網絡結構，逼真的虛擬環境可提供良好的人機交互功能，在這基礎上教學內容的組織安排將特別強調由學生主動參與來構建知識結構，變“被動聽講”為“主動學習”。在這種情況下，教學內容外在形式的生動化與內在結構的科學化將更緊密地結合起來，這種環境將極大地促進生物教學觀念發生變化。

三、虛擬現實技術引起生物教學內容的變化

1.外在形式的變化。隨著教育技術的發展，教師從原來只用錄音、錄像來輔助文字教材進行教學發展為使用具有人機交互的多媒體技術。多媒體信息表現形式多樣，對抽象的概念和原理，除了用文字和語音協同描述外，還可以利用三維實景虛擬現實過程，對不可視的變化和無法觸摸的物體，還可通過虛擬現實技術展現。

2.內在結構的變化。傳統的教材是以線性結構組織學科知識結構的，知識內容的結構和順序都是以教為主。教學順序性很強，學生只能在教師的講授下獲得正確的生物學概念、原理及邏輯關系，學生對教師的依賴性很大，教材也只是一種傳授材料，學生利用它學習的自由度不大，靈活性不強，難以促使學生從已建立的知識結構向新的知識結構遷移。引入虛擬現實技術后，多種媒體的信息通過網絡化超鏈接，就可以接近人類認知特點的方式去組織和展示教學內容、構建知識結構，這種網狀的信息組織方式是一種非線性結構。虛擬現實技術與普通多媒體信息處理的高度集成，把信息的組織形式與信息內容呈現的多樣性、復雜性結合起來，為學生提供了一種動態、開放的結構化認知形式，它既包括學科的基本內容，又包括學科內容之間的邏輯關系，既注重知識的形成過程，又注重知識的結構，憑視覺、聽覺、觸覺信息的協調作用使教學內容的統一與靈活性得到完善的結合。虛擬現實技術的這種非線性結構有利于學生發散思維，聯想原有的知識，獲得新知識。

四、虛擬現實技術促進教學手段的變化

1.虛擬現實技術有助于互動啟發式教學的開展。生物教學中應該多采用啟發式教學方法，充分發揮教師的主導作用和學生的主體作用，調動學生的學習積極性和主動性。講解結論問題時，先介紹如何探索和實驗，最后歸納結論，從實驗引出結論，即從實踐到理論。虛擬現實技術與傳統的幻燈、投映膠片和CAI課件相比都有很大的進步，尤其在演示教學內容方面能提供直觀、形象的多重感官刺激，以一種直接的信息傳遞方式，提供生動活潑的直觀形象、展現學生不能直接觀察到的事物，讓學生從思維、情感和行為三個方面參與教學活動，這也是互動啟發式教學的基礎。

2.虛擬現實技術有助于協調工作式教學的實現。虛擬現實教學不受空間位置和相互距離的限制，便于實現同步教學，通過網絡把教和學緊密結合，讓遠距離的師生或位置分散的學生“共處于”一個虛擬空間中。這樣不但師生之間可以交流，而且學生具備適應大系統協調工作學習的能力。

3.虛擬現實技術有助于情境式教學的運用。以形象、生動的畫面和學生喜聞樂見的形式將知識展現于課堂之中，教師教得省力，學生學得輕松，講授者會覺得條理清晰，聽講者也會感覺輕松流暢，在有限的課堂教學時間內賦予了教學更豐富的內容，使知識向縱深方向延伸。虛擬現實技術具有動畫虛擬現實的能力，能夠把教學中的抽象概念、原理及真實的實驗過程形象生動地表現出來，給學生創造真實的學習情境，幫助學生獲得示范性的知識，把握概念的實質，使生物教學更加直觀、活潑，教師輕松，學生投入，生物教學課堂自然也就活了。

總之，讓虛擬現實技術全面走進生物教學的課堂，融入教學實際，綜合運用虛擬現實技術和網絡技術，合理運用網絡化的信息環境和現代化的教育技術手段，必然可以提高課堂教學的效率，對培養具有創新意識和創新能力的科學人才產生深遠的影響。