虛擬現(xiàn)實定義及其在化學實驗教學中的應用

羅永霞　羅仁甜　馬明慧　趙龍

摘 要 隨著社會的不斷進步，技術的發(fā)展腳步也不斷加快，跟隨人們生活的方方面面，尤其在教育領域相關的科技產品和技術發(fā)展日新月異。VR 技術在當今已經不是什么新鮮事，對VR技術的應用無論是教育、醫(yī)療、教學都越來越廣泛，但其應用仍處于探索階段。由于 VR 技術本身具有交互性、構想性等3I特征，使VR技術在教育中經常能夠使受教育者身臨其境，展開聯(lián)想，獲得最優(yōu)的教學效果。因此，設想 VR 技術在化學實驗教學中的應用，不但涉及到該技術本身應用前景的拓展，更能夠為學生和教師提供多種手段更好的學習和教育。VR是影響深遠的、有潛在應用價值的新技術，能夠縮小教育與社會需求之間的差距，改變學習者的思維方式，甚至會影響學習者對世界、時空和自我的看法。它是繼多媒體和計算機網(wǎng)絡后的一種全新的新技術，是一種非常適合于化學實驗教學的新模式，并能實現(xiàn)教育內容從虛擬到現(xiàn)實的教育新技術。

關鍵詞 虛擬現(xiàn)實 3I特性 虛擬實驗

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

筆者通過拜讀近三年（2015年-2017年）的文獻，了解到VR技術介入使得教育的教學模式、教學形式、教學評價方式發(fā)展?jié)撛诘淖兓⑹菇膛c學相關的過程也變得多元化。虛擬現(xiàn)實技術為人們提供了一種理想的教學手段，目前在國外己被廣泛應用在軍事教學、體育訓練、醫(yī)學實習和一些普通中學的實際教學中。國內一些高校在虛擬現(xiàn)實的許多領域都進行了相關的課題研究。筆者通過閱讀相應的文獻，總結一下VR技術的定義并基于已有文獻提出VR技術應用到化學實驗教學中的優(yōu)劣勢。

1介紹

本文第一部分主要對VR技術進行基本的概述，第二部分主要VR技術應用到化學實驗教學中的優(yōu)勢與弊端進行了分析，并總結了VR技術應用到化學實驗教學中的作用，剩余部分筆者提出了個人展望及建議。

筆者通過閱讀國內外與VR技術的相關概述和其在化學教學中的應用的文獻，然后對VR技術概述和化學教學應用（化學實驗應用為主）做了整理和簡要分析，并對20篇參考文獻做了歸納。

1.1虛擬現(xiàn)實定義

虛擬現(xiàn)實的英文簡寫Virtual Reality。它是一種仿真模擬技術，讓用戶有一種身臨其境的感覺。

虛擬現(xiàn)實定義沒有一個統(tǒng)一的標準，大多數(shù)學者都統(tǒng)一認為虛擬現(xiàn)實技術是一種模擬仿真技術。

虛擬現(xiàn)實技術，簡稱為VR技術，它是集計算機圖形與多媒體技術、傳感器技術、人機交互技術、網(wǎng)絡技術、立體顯示技術以及仿真技術等多種科學技術于一體綜合發(fā)展起來的計算機領域的新技術；也是由計算機生成的、模擬人類感覺的世界的實時表表達，有時也稱為虛擬環(huán)境。

虛擬現(xiàn)實技術是一種虛擬的場景，使用戶有種交互-想象-沉浸的感覺。VR的核心是人工智能和計算機視覺，動態(tài)環(huán)境建模技術、立體顯示和傳感器技術、系統(tǒng)開發(fā)工具應用技術、實時三維圖形生成技術、系統(tǒng)集成技術是VR的關鍵技術。

1.2 VR應用于實驗教學的優(yōu)劣勢

1.2.1優(yōu)勢

VR技術應用到化學實驗優(yōu)勢：

（1）激發(fā)學生學習化學的興趣，也培養(yǎng)學生的思維和探索能力；

（2）因人施教、因材施教，提高學生學習的主動性；

（3）拓展化學學習的多維度空間，徹底打破時間、空間的限制；

（4）通過虛擬實踐獲得隱性知識；

（5）彌補教學條件的不足，避免危險；

（6）創(chuàng)設良好的虛擬學習環(huán)境，實現(xiàn)“真實情景”下的形象化教學.

VR技術在化學教學中，不僅有效地解決了學校經費，而且還及時地緩解了學校實驗設備不足、老化、更新度不夠的問題。同時排除了化學實驗本身的諸多制約條件，例如反應物質有毒有害，污染環(huán)境，反應現(xiàn)象過于劇烈，有危險性，反應時間過長不利于學生觀察反應現(xiàn)象等，VR技術使微觀實驗宏觀化、靜態(tài)現(xiàn)象動態(tài)化、抽象知識形象化、復雜工藝簡潔化、昂貴實驗仿真化，給傳統(tǒng)實驗教學帶來新的生機和活力。

1.2.2弊端

（1）學習者完全沉浸在游戲的世界里，容易引起學習者沉迷，增加了設計的難度；

（2）VR 技術應用于化學實驗中，作為一種新環(huán)境使教學設計面臨巨大挑戰(zhàn)；

（3）VR技術應用于教學處于萌芽階段，由于技術難度使資源開發(fā)與設計成熟度不夠高，應用于教學中效果達不到預期效果；

（4）需要投入大筆的資金購置相應的設備，而且教師要想應用還這項技術還需要進行培訓，使教師掌握這些技術，然后幫助學生學習知識；

1.3個人展望及建議

筆者認為VR技術應用到實驗教學中，相關設計人員、學校以及使用者應該遵從一下幾點：

（1）老師應該轉變教學的實驗觀念，并增強軟件應用能力；

（2）學校應該不斷提高學校自身的硬件實施水平，來滿足學生需求；

（3）從事教育的設計者和教育者轉變傳統(tǒng)教育模式，才能設計出更高效的產品供教學使用，提升學生實踐動手能力。

隨著時代的快速發(fā)展和不斷進步，VR技術在教育教學領域的應用必將會越來越廣泛，對于化學實驗教學來說，虛擬現(xiàn)實技術可能是其中的一種，教師要想應用好這些新技術，必須樹立終身學習理念，不斷的學習新知識，提升自己的教學能力，有效的應用這些技術，從而促進了學生的成長和發(fā)展。

2 Method

2.1研究方法

由于VR技術本身應用還處于初級階段，國內尚沒有幾篇關于VR技術在化學實驗教學中的應用文獻，所以筆者從其他相關方面著手進行文獻檢索。比如：以“VR技術”、“虛擬現(xiàn)實技術”、“化學實驗教學”等內容為重點，進行檢索，通過搜集并整理國內外相關文獻，以挖掘可用的資料，為基本概念的界定以及應用狀況也提供了有力的依據(jù)。

3 Conclusion

學校應用 VR 技術，不僅有效地解決了學校經費，而且還及時地緩解了學校實驗設備不足、老化、更新度不夠的問題。VR技術應用于教育教學中，不僅能更好地營造良好的教學氛圍，還能最大程度地提高學生的實踐能力以及掌握知識技能的能力。而VR技術應用到化學實驗教學中，使學生能最大限度地參與到化學實驗，進行知識的探究，調動了學生的參與熱情，激發(fā)了學生的學習興趣，又能激發(fā)學生的啟發(fā)思維，真正成為學習的參與者，學生的創(chuàng)新意識和能力得到培養(yǎng)，培養(yǎng)一種科學嚴謹?shù)膽B(tài)度。

將VR技術引入到化學實驗當中，第一，由于實驗場地有限、設備費用高昂、材料消耗較大運用。不僅可以在計算機上建立虛擬儀器設備、虛擬實驗室、虛擬實踐基地，創(chuàng)造接近于實際的技能仿真訓練環(huán)境，還能夠借助計算機優(yōu)化實踐教學的環(huán)境。VR 技術，使實踐教學環(huán)境的虛擬化，能夠較好地解決實踐場地限制、裝備損耗等一些列問題；第二，傳統(tǒng)實驗由于時空限制較大，不能使學生反復操作實驗，突破實踐教學的時空限制，實現(xiàn)反復的、無危險的情境式實踐教學；可以在任何時間、地點將特定的對象和發(fā)生的事件單獨呈現(xiàn)或進行有機組合的教學內容與虛擬環(huán)境。同時學習者不受時空的制約，隨時隨地可進入學習環(huán)境，自主安排學習的進度，進行“虛擬”的實踐體驗并從中獲取經驗，在反復探索中充分發(fā)揮學習的主體性與實踐的積極性；第三， VR 具備的聲、圖、文并茂功能，可以為學生創(chuàng)設逼真的學習場景、可以給予多重感官刺激，還可以提供太懂得人機交互，既增強了體驗者的沉浸感，又使學生得到了放松，并獲得了愉悅、有趣的心情，從而激發(fā)了學習的興趣，更便于實驗的順利進行。

作者簡介：羅永霞（1994-04），女，回族，寧夏中衛(wèi)人，西北師范大學教育技術學院，研究方向虛擬現(xiàn)實技術。

參考文獻

[1] 張雪.虛擬現(xiàn)實技術在化學實驗教學中的應用探究[J].科技風，2017（13）：28.

[2] 朱亞輝，閆亞星.虛擬現(xiàn)實技術在化學實驗教學中的應用研究[J].計算機時代，2014（10）：5-7.

[3] 王新海，李偉光，許英.虛擬現(xiàn)實技術在化學實驗教學中的應用[J].廣州化工，2014，42（13）：214-215+235.

[4] 付英秋.談虛擬化學實驗室的功能特點和應用效果[J].中國教育技術裝備，2014（09）：34-35.

[5] 王舒可.虛擬實驗在中學化學實驗教學中的應用研究[D].新鄉(xiāng)：河南師范大學，2013.

[6] 王查利，荊永君，張朋輝.虛擬現(xiàn)實技術在化學教學中的應用現(xiàn)狀分析[J].中國教育信息化，2012（09）：60-63.

[7] 李偉光.虛擬實驗在化學學科教學中的作用與成效研究[D].開封：河南大學，2012.

[8] 黃思良.淺談虛擬現(xiàn)實技術在化學教學中的應用[J].中學化學教學參考，2008（11）：40-41.

[9] 張杭潮.虛擬現(xiàn)實技術在教學中的應用[A].全國計算機輔助教育學會.計算機與教育——全國計算機輔助教育學會第十一屆學術年會論文集[C].全國計算機輔助教育學會，2003：4.

[10] 葉艷青，邵劍龍，劉滿紅.虛擬現(xiàn)實技術及其在化學中的應用[J].云南民族學院學報（自然科學版），2001（01）：298-300.

[11] 屈凌波，鄭杰.虛擬現(xiàn)實技術在化學中的應用——虛擬化學實驗室[J].河南科學，1998（02）：116-121.

[12] 張枝實.虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實的教育應用及融合現(xiàn)實展望[J].現(xiàn)代教育技術，2017，27（01）：21-27.

[13] 徐燕婭.VR技術在體育教育中的應用[J].新課程（下），2017（08）：129.

[14] Elinda，A.L.&K.W.Wong;&C.C.Fung.How; does desktop virtual reality enhance learning outcomes[J]. A structural equation modeling approach， Computers & Education，2010，55（04）： 1424-1442.

[15] Ting-Chia，H.Learning English with Augmented Reality： Do learning styles matter[J].In Computers & Education，2017（106）：137-149.