淺談虛擬現實與農學課堂教學的有機整合

劉濤

摘要：隨著虛擬現實技術的發展與成熟，其在逐步滲透到教育行業中。在醫學、設計、管理等教學環節均起到一定的作用。將虛擬現實技術應用到農學課堂中可以提升學生求知欲，增強對知識點的描述和難點的解析，擴大課堂信息量并增強課堂互動性，從而獲得良好的教學效果。本文對虛擬現實技術對農學課堂教學提升的作用進行了初步探討。

關鍵詞：虛擬現實；農學課堂；整合

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）25-0169-02

虛擬現實（Virtual Reality，VR）技術是一種以現代信息技術為基礎，綜合多種相關學科知識體系，形成對真實環境和場景的數字化再現[1]。隨著虛擬現實技術的飛速發展，其逐漸成為一種人類認知自然、模擬自然，進而更好地利用自然的一種強有力手段。關于虛擬現實技術的教學研究發現，虛擬現實的學習環境對學生的學習具有巨大的輔助作用[2]。虛擬現實技術的使用可以幫助用戶循序漸進地認識知識點，使用戶掌握更多的知識，并掌握全新的學習過程和認知觀念[3]。農學專業一般面向作物生產，學習作物生長發育和遺傳規律等方面的基本理論和基本知識。最好的學習方式則是理論聯系實際，課堂上學習作物生長發育規律，結合專業實踐課程深化學習，從而達到學以致用。然而目前農學專業的課堂學習無法達到與作物生長同步進行，課堂學習多通過示意圖或照片等形式增加學生對作物本身的認可，這種靜態的表現形式無法讓學生有設身處地的感受。將虛擬現實技術應用到農學課堂中，可以借助其感知性、交互性、沉浸性和構想性等特點對課堂進行優化。通過虛擬現實技術實現農田的再現，改變了傳統教學的圖片、視頻和文字的表示方式，使教學環境更“接地氣”。學生可以通過虛擬農田進行漫游，以實現更加直觀的觀察與學習；通過虛擬現實技術可以打破農學實踐教學中時間、季節和地域的限制，實現所有作物的隨時隨地學習；其次虛擬現實對顯微環境的模擬，使原本復雜的微觀學習過程更加生動，更加高效；通過虛擬現實技術實現虛擬實踐，在農學課堂的實踐環節中，借助虛擬現實技術開發虛擬植物、虛擬工具和虛擬場景等來增加學生在實踐環節的體驗感。

一、運用虛擬現實技術激發學生的學習興趣

興趣會充分調動學生的主觀能動性，進而提高學生的上課積極性。農學課堂中信息技術的引入，給教學過程增加了許多活潑的元素，多媒體、聲音和影像資料等比單純的文字更能吸引學生。而隨著這些信息技術的普及，對學生的吸引力也逐漸下降。新的、更具有感染力的教學工具需要被引入課堂。教師通過虛擬現實技術在課堂上向學生們呈現農作物的內部結構特征或是生長發育特征，讓學生在課堂上能夠有身臨其境的感受，將抽象的農學知識具體化、形象化和簡單化。虛擬現實技術能夠形象地向學生展示知識要點，進而增強學生對專業知識的興趣，收到良好的教學效果。

二、運用虛擬現實技術突破農學課堂教學難點

農學專業教學中，涉及到作物一生的生長規律變化，單純地用文字或者圖片無法給學生帶來直觀的感受，課堂理解不夠深刻。同時，作物田間生育時間過長，通過田間學習可以增強學生對作物某一個階段生長特性的認識，而無法掌握作物一生的變化。虛擬現實技術可以通過計算機模擬產生一種三維虛擬環境，包括三維的作物細胞、葉片微觀結構、作物植株形態[4]。并借助特殊的人機接口技術，給學生和老師帶來視覺、觸覺、聽覺等多通道感官模擬，使課堂中的每個人沉浸在高度的仿真環境中。借助虛擬現實技術可以使學生輕松地掌握作物的內部結構和生長規律等知識點，在輕松的學習環境中掌握每一個知識點。

三、虛擬現實技術增加農學課堂信息的直觀比較

農學課堂涉及到的作物種類繁多，作物的生育特征容易混淆，而不同的作物往往由不同的教師負責，無法實現比較性教學。利用虛擬現實技術可以將不同作物的生長特性集成到虛擬現實軟件中，在課堂上給學生以直觀的比較性認知，更能深入地了解不同作物的生長特性和生長環境。在教學各環節中可以利用虛擬現實技術傳遞比較信息，從不同作物的比較到相同作物不同生長條件的比較，給學生以更加全面和直觀的認知，達到好的教學效果。

四、虛擬現實技術對環境因素的模擬

作物生長受到光、溫、水、氣、肥和土壤等外界環境因素的影響，這也是農學研究與教學環節中的重要組成。農學專業學生在了解作物內部結構和生長規律的同時，需要對作物受不同環境因素影響后發生的變換有所了解。而不同的環境因素通過常規手段很難展示和模擬。目前農學課堂多通過靜態圖片或是視頻資料進行展示，如：作物遭受低溫時的變化、缺水條件的長勢，這雖然能給學生帶來直觀的感受，但環境因素改變時，作物的生長動態較模糊。若將虛擬現實技術與作物生長模型相結合[5]，可以動態地描述作物在不同外界環境下的生長過程，使學生能夠更好地理解作物生長。

五、模擬練習

虛擬現實技術的模擬訓練在軍事領域中有著較好的應用，而在教育行業中模擬練習也是一個很好的教學案例。在醫學教學中可以利用虛擬現實進行模擬解剖練習，在工程領域可以進行汽車模擬駕駛測驗、模擬裝配訓練等[6]。在農學領域，虛擬現實有著更大的模擬練習前景。如模擬種植練習，教師可以通過模擬練習的反饋結果及時糾正學生的錯誤行為；模擬實驗練習，通過模擬實驗增加學生對信息的直觀理解，增加真實實驗準確性和安全性。利用虛擬現實在農學教學中設置模擬練習，一方面降低了練習的成本，增加了練習的效率；另一方面教師可以準確獲得反饋信息，更加容易對測驗進行管理和評估；更重要的是增加了練習的效果和實驗的安全性。

六、充分發揮好虛擬現實的輔助教學作用

虛擬現實技術作為一種教學手段，始終是一種輔助性手段，教師在農學課堂教學過程中應處理好虛擬現實技術與傳統教學的關系。雖然虛擬現實技術在教學信息傳遞上具有一定的優勢，但過多地依賴虛擬現實仍會造成如教學重點不突出、使用疲勞等現象。教師應將傳統教學與虛擬現實技術有機地結合，同時利用虛擬現實技術、多媒體、計算機網絡等教學方式，取長補短，合理安排教學計劃中虛擬現實所占的比例。同時，教師應提高自身的知識水平，利用好虛擬現實技術，而不是對其產生依賴。過多地在課堂中使用虛擬現實技術會使學生產生疲勞感，應在傳統教學手段難以生動形容的部分引入虛擬現實技術。

七、總結

隨著經濟的快速發展，社會對農業人才的需求也發生了較大的變化。在新的課程標準要求下，課堂上應充分發揮學生的主體作用，發揮學生的主觀能動性。在農學課堂中應充分利用虛擬現實技術，一方面使用其增強傳統教學中難以描述的知識點的表達，另一方面通過其新穎的表達方式調動學生學習的主觀能動性。通過虛擬現實的知識點三維再現，開拓學生的思維方式，增加學生的求知欲，讓學生在互動交流中提高自身綜合素質。另外，教師應加強學習，提高虛擬現實技術相關的教學水平和教學技能。

各種虛擬現實技術應用的研究表明[7，8]，在高校教育中利用虛擬現實技術可以生動形象地表現教學內容，提升學生掌握知識和技能的效率。學生借助虛擬現實技術可以更直觀、更輕松地了解教師的教學思想和內容。就農學課堂教學內容而言，虛擬現實技術的引入更有利于復雜教學環境的創設和抽象植物結構的精準表達；就課堂教學手段而言，虛擬現實技術提供了一種更加直觀和形象的信息傳遞方式?？偠灾?，虛擬現實技術作為一種新的、前瞻性的科學技術，在農學課堂中將會有很好的應用前景。

參考文獻：

[1]Mujber T.S.；Szecsi T.；Hashmi M.S.J.Virtual reality applications in manufacturing process simulation.J MATER PROCESS TECH.2004：155-156，1834-1838.

[2]李建榮，孔素真.虛擬現實技術在教育中的應用研究[J].實驗室科學，2014，17（3）：98-100.

[3]蔡妍.基于虛擬現實技術的酒店管理教學[Z].中國培訓.

[4]林峰.虛擬現實技術與增強現實技術在數字圖書館中的應用[J].海峽科學，2017，（3）：92-94.

[5]周彤，等.幾種常見作物模型的研究進展及其參數優化[J].上海農業學報，2017，（4）：152-159.

[6]胡衛紅，等.虛擬現實技術在教育教學中的應用與研究[J].山東省青年管理干部學院學報，2007，（6）：139-141.

[7]況揚，汪欣.虛擬現實技術在教育教學中的應用[J].中國成人教育，2016，12（10）：110-112.

[8]盧潔虹.基于虛擬現實的中等衛生職業學校實訓教學模式構建與應用研究[D].廣東技術師范學院，2016.