VR技術在高中生物學教學中的應用初探

司馬曙霄 秦偉強

摘要 從VR技術的概述、VR技術在高中生物學教學中的應用及VR技術在現(xiàn)實實踐中存在的局限性等方面進行闡述，從而更好地促進高中生物學教學的發(fā)展。

關鍵詞 VR技術 信息化 生物學教學

中圖分類號G633.91

文獻標志碼B

1 VR技術概述

VR （VirtualReality）即虛擬現(xiàn)實技術，又叫靈境技術，是由計算機和網絡技術生成一種虛擬環(huán)境，這種虛擬環(huán)境通過計算機構成三維空間，或把其他現(xiàn)實環(huán)境編制到計算機中產生逼真的虛擬環(huán)境，并通過多種專用設備，讓用戶進入到該環(huán)境中，從而使用戶在視覺、聽覺、觸覺、味覺等多種感官上產生一種沉浸于虛擬環(huán)境的技術。2017年，湖南省懷化市武陵中學建成首個虛擬現(xiàn)實VR超級教室，標志著VR技術已成功應用于基礎教育教學中。2018年，教育部印發(fā)《教育信息化2.0行動計劃》，提出以人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網、VR等新興技術，積極倡導智慧教育。VR技術能夠交互性地提供多種感知的綜合信息，構建相對真實的虛擬場景，其多感知性、沉浸性、交互性及構想性的技術特征將改變傳統(tǒng)多媒體教學的現(xiàn)狀并在教育教學領域具有廣闊的應用前景。

2 VR技術在生物學教學中的應用

2.1 在生物學微觀水平到宏觀水平教學中的應用

傳統(tǒng)的多媒體技術，如普遍使用的PPT課件，教師能夠把微觀的基因細胞呈現(xiàn)給學生，但學生和教師無法走進這個場景，VR技術卻能給學生身臨其境的感受。如在人教版《必修1.分子與細胞》模塊中的“細胞的生命歷程”一章中，學生利用VR技術進入細胞場景中，直觀體驗細胞的分裂、分化、衰老和癌變及其癌變的機制。在細胞癌變中，學生把正常細胞和癌細胞“拿過來”從形態(tài)結構、甚至基因水平進行比較，也可以在這個場景中體驗致癌物質如尼古丁在進入身體中如何引起基因突變而導致細胞發(fā)生癌變，以及癌細胞如何發(fā)生轉移等。這個學習過程就像播放電影，學生對學習的興趣更加濃厚了，對于相關知識掌握更加牢固，從而輕松突破教學難點。

通過VR技術，學生足不出戶就可以領略漫天黃沙的沙漠生態(tài)系統(tǒng)，也可感受騎著馬兒奔馳在呼倫貝爾大草原上，同時也領略熱帶雨林中精明的捕食者的風范，或暢游在深海中，與各種魚類、珊瑚等海洋生物為伴，認識奇妙的海底世界。回到1978年3月17日，滿載著23萬噸原油游輪的阿莫科·卡迪斯號在法國布列塔尼附近觸礁，造成原油泄漏，100多英里的法國海岸被污染，成百萬的海洋動物死亡。近似真實的場景可以在引導學生理解生物多樣性和生態(tài)多樣性的前提下，加強對生物和環(huán)境的保護意識，從而進一步培養(yǎng)學生的科學思維能力。

2.2 在生物學實驗教學中的應用

實驗教學作為高中生物學教學的重要組成部分，對培養(yǎng)學生的科學思維和科學探究能力至關重要。在高中階段，因為實驗設備、實驗場地、教育經費、時間有限等方面的原因，很多實驗不能認真完成或根本無法進行，很多時候教師把做實驗變成“講實驗”“說實驗”或“考實驗”，結果導致學生對實驗的操作積極性差，動手能力差。另外，有些實驗會造成大量材料的浪費，如在解剖課中需要大量的解剖材料，這與保護生物多樣性的理念不合。VR技術拓寬了教育教學的廣度，打破了教學條件的限制，在確保實驗安全性的前提下，克服了現(xiàn)有實驗教學的局限性。再例如，孟德爾歷經8年完成的豌豆雜交實驗，在高中生物實驗課堂中根本沒法開展，但在VR實驗室，學生可以追隨孟德爾的足跡來還原他的實驗過程，并對實驗數(shù)據(jù)進行科學統(tǒng)計，從而得出實驗結論，甚至可以縮短或改進某些實驗的過程，進一步獲取科學探究的基本方法以及培養(yǎng)學生的科學探索精神。

2.3 應用于現(xiàn)代生物技術案列

基因工程的知識內容抽象難以理解，學生只能通過死記硬背方式學習記憶，但是在考試中容易忘記，大多數(shù)學生對該專題的知識內容很感興趣，卻又覺得這些“高科技”與自己遙不可及。學生通過VR技術扮演科學家的角色，自己動手來完成基因工程相關操作。如面對當?shù)鼗ń樊a業(yè)中花椒容易被凍的情況，學生利用基因的“剪刀”從一種深海魚類的體內取出抗凍基因，然后用連接酶獲取重組質粒后導入受體細胞，最后檢測目的基因的表達，從而解決身邊的現(xiàn)實存在的生物學問題，以培養(yǎng)社會責任感。學生通過這種實際的操作學習，對基因工程的基本操作過程了如指掌，如對質粒和目的基因都要用同種限制性內切酶進行處理，目的基因的檢測的方法，在操作的過程中應注意的事項等。在角色的扮演中，學生不僅有了創(chuàng)新的成就感，也大大增強了求知欲，使教與學都變得更加高效。這就是VR虛擬現(xiàn)實教育帶給學習者沉浸式的直觀體驗。

3 VR技術在教學中的局限性

VR教育在實踐和推廣中，也不可避免地遇到了一些現(xiàn)實問題。首先，VR技術不夠成熟，如學生如果長時間佩戴VR眼鏡會出現(xiàn)眩暈等不良癥狀。其次，部分學生在VR技術體驗過程中一味沉浸在該技術所帶來的樂趣，而忽視最重要的目的——學習。最后，完成VR虛擬場景的建模，需要大量的經費投入，教師需要進行電腦相關技術培訓，耗時耗財。

4 展望

VR技術作為一種新型的教學媒體，不僅改變傳統(tǒng)的教學方式，而且為教學帶來更多的趣味性、新穎性和創(chuàng)造性，存在著無限的優(yōu)勢和潛力。該技術打破了傳統(tǒng)的單向傳授知識的教學模式，讓學生最大程度參與到學習中，為培養(yǎng)學生的發(fā)散思維提供了豐富的資源和便利的空間。雖說任何一項新技術在應用初期都會暴露出一些缺陷，但隨著信息技術的進步，VR技術會越來越完善，將會更好地應用于教育教學之中。

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