VR實驗室：讓學生成為“頭號玩家”案例學校：華中師大一附中

文 楊 國 李鼎盛

在九年級第一學期的實驗課“測定空氣中氧氣的含量”中，一名學生大膽地站在實驗室里展開一場實驗。他連接直角玻璃導管、雙孔橡皮塞等裝置，同時檢查裝置氣密性，并親自動手用彈簧夾夾緊乳膠管。隨后，點燃燃燒勺中的紅磷，并立即伸入瓶中，塞緊橡皮塞。

沒有毒氣泄漏，也沒有空氣進入，實驗取得成功。不過，學生手里卻沒有任何實驗器材，頭頂也沒有冒汗！原來，學生佩戴VR眼鏡模擬了一場頗為危險的化學實驗。

在基礎教育階段，動手實踐操作是學生學習、理解教學內容所必需的活動，而這正是VR實驗室最擅長的功能。VR技術的高沉浸度、交互性與自主性等特點也使其成為數字化教學手段中的最優選擇之一。不過，目前運用廣泛的還是理化生實驗室。

物理、化學、生物是基礎教育中最注重操作的3門課程。在普通實驗室中，學生往往受設備、實驗環境、實驗危險性等諸多制約。例如化學、生物實驗課中的實驗耗材多為一次性材料，費用較高，很多普通學校經費有限，要想讓每個學生都親自操作實驗是比較困難的。

此外，在一些化學實驗中，由于化學反應激烈，操作過程存在高危險，教師一般會讓學生觀看實驗視頻，或由教師操作演示，學生只能觀摩。學生因此缺乏興趣，較難真正掌握實驗教學的內容。

VR技術與教育結合，有效地規避了很多難題。

以我們學校的VR實驗室為例，其課程庫中共包含213個初中理化生實驗，能夠為3門初中課程提供教學支持以及沉浸式實驗教學環境。實驗室還配備1套教師機和30套學生機，保證上課時學生人手一套。

在VR實驗室內，師生可實現聯機互動：教師可向學生發放實驗器材，演示或監督實驗操作；學生可觀摩教師和其他學生的實驗過程并親自完成實驗；實驗器材可無限重復使用，實驗過程既能讓學生體驗燃燒等實驗效果，又消除了安全隱患。

例如，前文的實驗中，裝置不漏氣是實驗成功的關鍵。如果其氣密性不夠好，外界空氣會進入容器，影響實驗結果。學生在完成虛擬實驗的過程中，系統內有語音會提醒操作者規范地檢查裝置氣密性，幫助學生更好地理解實驗原理，達到實驗目的。

同時，由于紅磷在真實燃燒過程中會釋放出有毒刺激性煙霧，學生很容易吸入而對健康產生不良影響。通過VR技術搭建的虛擬實驗室則能有效規避這一問題，讓學生放心、大膽地動手實驗。

對于某些實驗現象不易觀察、實驗周期長的實驗，虛擬實驗室可直觀、立體、動態地展示實驗過程，并給予學生更多實踐時間和機會。

此外，通過虛擬實驗室進行生物教學，可以使微觀現象放大，讓學生親身感受體內的每一個器官，感受血液在眼前循環，使實驗教學效果更為直觀、真切。同時增強了學生的學習興趣，他們主動上手操作，嘗試在虛擬實驗室中完成理化生實驗。兩位未曾接觸過高中課程的八年級學生，在虛擬實驗室中可以很快完成高中教材上的化學實驗。

在虛擬現實實驗室，實驗者無須接觸危險品，解決了安全問題。虛擬現實實驗室讓接受速度較慢的學生重復實驗直到掌握知識。學生在實驗過程中出現誤操作，教師也能夠及時發現指出問題。多人聯機交互實驗的特點幫助學生更加及時地發現問題、提出問題，因此在課堂上更加積極主動。

如今，學生是數字化環境的原住民，他們希望把一維或二維的授課展示形式，轉變為三維立體和情景化教學。將虛擬現實技術應用于現代教學中，能夠推動教學實踐與教學資源的更新，為提高教學質量提供新的解決方案。

我們將借助最先進的現代信息技術，幫助學生最大程度提高自身能力——技術只是手段，培養學生自主自立、動手實踐能力才是終極目標。