談虛擬現實技術在理科教學中的應用

顧雨瀟(河北省唐山市第一中學 河北 唐山 063000)

1 虛擬現實技術在教學應用中的現狀

虛擬現實技術在課程教學中具有突出的應用效益，但是作為一種新型的教學手段，它還沒有在廣大學校中普及，在專門應用于中小學教學的虛擬現實培訓方面也存在欠缺。目前國內的VR教育應用起步較晚，并多在高校教育集中。相比之下，中小學VR設備、人才稀缺，部分學校更是對虛擬現實技術聞所未聞。首先，VR的硬件設備需要付出大量財力，中學不同于高等院校，沒有充足的資金支持。其次，中小學內掌握VR技術的人少之又少，無論是經高校學習后投身中小學教育事業的專業人才，還是經過專業培訓的教師。與國內相比較，國外的虛擬現實技術在教育的應用起步較早，且已積累了寶貴的應用經驗，取得了一些世界矚目的成果。觀其原因，國外的虛擬現實技術在教育方面有豐厚的人才支撐和政策支持，或可為我國國內的虛擬現實技術教學應用提供借鑒。理科學習培養創新思維和理性分析能力，而大部分理科知識的攝取和理性思維的養成都在中學階段完成。中學階段也成為我國未來優秀科技人才培養的重要階段。中學教育作為啟蒙教育和高等教育的過渡、深度學習的奠基，具有舉足輕重的作用，所以更應重視對中學教育效果和學生知識掌握程度的提升。虛擬現實技術在理科教學中具有重要意義，可以說是大幅度提升教學質量的“捷徑”，所以，加大虛擬現實技術在中學理科教學的普及和應用力度是虛擬現實技術發展的任務之一。

2 虛擬現實技術總述

虛擬現實技術是一項具有廣泛應用和廣闊前景的技術。VR包含在仿真技術當中，是其中的一個重要方向。虛擬現實技術以計算機技術為載體，同時與傳感技術、網絡技術等均有交叉，并在各項分支技術的助力下構建出一個能讓人親身感受和體驗到的虛擬世界。VR有別于AR，后者通過設備增強人在現實世界中的觀感體驗。使用者處于現實世界，所觀察到的內容疊加在現實世界之上，即增強現實。VR則由計算機生成模擬環境，創造出實時動態的三維立體逼真圖像。目前虛擬現實技術在各領域都有廣泛的應用，包括航空航天、醫學、康復訓練、工業設計、軟件開發、遠程教學、電影及游戲制作等諸多方面。作為一項新興技術，它目前還不夠成熟，有一系列問題亟待解決，比如設備使用中容易產生疲勞感;在虛擬與現實場景和多場景切換中給用戶帶來眩暈感，還可能對用戶視力造成影響。此外，在設備方面，VR頭盔仍占主流，笨重且不夠美觀。盡管如此，它依然具有樂觀的前景和重要的現實意義。

3 虛擬現實技術在理科教學中的具體意義

在中學學習特別是高中學習階段，理科知識體系復雜，對理性思維的要求更高，這也給高中課程教學帶來了一定難度。而VR技術能夠更好地彌補傳統教學方式所具有的體驗感弱、“紙上談兵”等不足，為學生帶來浸入式體驗，加深課程印象，提高知識掌握程度。一方面，就理論教學而言，傳統理論學習尤其枯燥，而VR技術可以通過構造三維立體圖像將學生帶入到理論提出時的年代，讓學生親自加入到科學家得出理論之前的科學探究過程，從而使學生對整個過程更加熟悉、對理論理解更加透徹。另一方面，實驗探究也是理科學習中不可或缺的部分。就實驗來說，部分學校存在缺乏實驗條件、實驗器材陳舊、實驗試劑消耗量大等問題，VR則能創造良好的實驗條件、避免對實驗器材的消耗和損壞。同時，對于一些存在危險性的化學實驗，VR能夠防止實驗事故、規避有毒有害化學試劑的使用，保證了教學人員和學生的安全。

4 關于推廣虛擬現實技術在理科教學中的應用的方案

4．1 注重對虛擬現實技術概念的普及，增加人才數量。虛擬現實技術作為一種新概念、新技術，在許多人特別是中學生眼中較為陌生。對于基本概念，若學生從未接觸過，那么對掌握相關知識、選擇相關專業自然興味索然。事實上，虛擬現實的概念早在20世紀80年代便已提出，并多見于科幻類小說、電影、游戲、動漫中，但尚未付諸生產生活應用并轉變為核心科技競爭力。對于學校來說，可加大對虛擬現實技術概念的普及力度，使學生了解虛擬現實、領略到科學技術中蘊藏的奧秘和非凡的魅力。此外，學生通過觀看代入虛擬現實概念的相關作品同樣能增強其探索該領域的興趣，從而促進更多學生投身與該技術的建設當中，進而增加專業人才的數量。

4．2 國家給予政策支持，營造良好的虛擬現實技術發展氛圍。虛擬現實技術的起步需要投入大量資金，大部分學校難以負擔。可以采取與企業合作、推動硬件設備走入校園等方式，整合優質資源，形成虛擬現實技術發展的良好環境。目前國家已經出臺了一系列政策，助力虛擬現實技術的發展，并將虛擬現實技術與增強現實、“互聯網+”、人工智能等新興科技共同列為重點發展項目，推動產品創新及其產業化升級。相信在不久的將來，我們將可喜地看到虛擬現實技術在各行各業的蓬勃發展，虛擬現實技術也將更多應用于教學領域，為學生帶來更加直觀形象的學習體驗。