例談STEM教育理念下虛擬現實技術zSpace在中學物理教學中的應用

孫佩雄 劉 通

(天津師范大學，天津 300387)

1 問題的提出

物理作為一門以觀察和實驗為基礎的學科,需要學習者具備縝密的思維與高度的空間想象力．傳統的以文字、圖片、視頻為載體的知識傳輸方式很多時候很難將復雜的物理概念、物理模型清晰呈現,學習者學習過程中遇到的障礙較多,由此對物理學習失去興趣,這不利于其創新能力的培養．“中國學生發展核心素養”總體框架中提到,實踐創新應該成為學生的6大綜合表現之一．虛擬現實技術zSpace作為近年來新興的虛擬現實教學設備,是STEM(science 科學,technology 技術,engineering 工程,mathematics 數學)教育的主要的體現,通過情景化、交互性等特點,解決技術和工程問題,用科學知識和數學工具進行分析．[1]它可以全方位展現知識內容,提升學習者對物理學習的興趣,加深學習者對復雜物理概念、復雜物理模型的理解,提高學習者的創新能力．因此,將zSpace應用于中學物理教學,可以解決傳統教學過程中無法解決的問題．

2 虛擬現實技術zSpace的主要特征

圖1 zSpace虛擬現實交互式學習一體機

zSpace是美國硅谷一家公司研發的一種能夠在教育、醫學、軍事等多領域使用的技術手段.運用虛擬與現實的結合方式,讓其用戶感受科技融入真實世界的魅力．zSpace以STEM教育理念為指引,交互式軟硬件zSpace虛擬現實交互式學習一體機系統．它主要由帶有頭部追蹤的全彩色、高清、沉浸式立體感顯示器、追蹤眼鏡及虛擬交互筆組成(如圖1所示),高清顯示屏的主要構造為一體……