利用虛擬現實技術提升高中化學教學互動性的策略分析

摘 要：隨著科技的不斷進步，虛擬現實（VR）技術在教育領域的應用日益廣泛，特別是在高中化學教學中，VR技術為提升教學互動性提供了新的可能性.本文探討了利用虛擬現實技術提升高中化學教學互動性的策略及其意義，通過構建虛擬實驗環境、利用三維可視化技術展示分子結構以及創設虛擬探究任務場景，不僅能創新教學方式、增強學生的學習體驗，還能促進互動合作、培養學生的綜合能力.這些策略的實施，將有助于學生更好地理解和掌握化學知識，提高學習效果，為化學教育的現代化和高質量發展提供有力支持.

關鍵詞：虛擬現實技術；高中化學教學；化學教學

中圖分類號：G632

文獻標識碼：A

文章編號：1008-0333（2025）03-0125-03

收稿日期：2024-10-25

作者簡介：田號，本科，中學二級教師，從事高中化學教學研究.

在高中化學教學中，如何借助現代科技力量，特別是虛擬現實（VR）技術，來豐富教學內容、優化學生學習體驗、加強師生互動，已成為教學改革的新方向，虛擬現實技術以其獨特的沉浸性和交互性，為化學教學提供了前所未有的可能性.本文將深入探討虛擬現實技術如何助力高中化學教學，提出具體策略，以期實現教學方式的創新，為學生提供更加生動、直觀的學習平臺，進而推動化學教育的現代化發展.

1 利用虛擬現實技術提升高中化學教學互動性的意義1.1 創新教學方式，增強學習體驗

傳統的化學教學受限于實驗設備、安全性等因素，學生難以進行所有的實驗操作，從而影響了學生對化學知識的理解和掌握.而虛擬現實技術打破了這一限制，通過創建逼真的虛擬實驗環境，學生能夠在無風險的條件下進行實驗操作，直觀地觀察化學反應過程，了解反應的原理和機制，極大地激發了學生的學習興趣和好奇心.此外，虛擬現實技術還可以將抽象的化學概念、微觀的分子結構等以三維可視化的形式展現出來.學生可以通過VR設備身臨其境地進入分子世界，觀察分子的結構和運動方式，從而加深對化學知識的理解和記憶.

1.2 促進互動合作，培養綜合能力

在虛擬學習環境中，學生需要共同面對和解決各種化學問題，這種合作模式鼓勵學生之間進行深入的交流和討論，通過集思廣益來找到最佳的解決方案.在這個過程中，學生不僅學會了如何與他人合作，還學會了如何傾聽他人的意見，如何尊重他人的觀點，以及如何協調不同的意見^[1].此外，虛擬現實技術還為學生提供了展示自我、鍛煉能力的平臺，在虛擬環境中，學生可以扮演不同的角色，承擔不同的任務，從而鍛煉自己的領導能力、組織能力、溝通能力等.

1.3 拓寬學習視野，提升學科素養

虛擬現實技術可以突破傳統課堂的空間和時間限制，讓學生置身于更廣闊的學習領域中，通過虛擬現實技術，學生可以參觀遠程的化學實驗室、工廠、科研機構等，深入了解化學知識的實際應用和前沿發展.此外，虛擬現實技術還能模擬一些罕見或難以觀察的化學現象和過程，如原子核的衰變、放射性物質的輻射等，讓學生對這些抽象和難以理解的概念有直觀的認識.這種學習方式不僅拓寬了學生的知識面，還激發了學生對化學學科的濃厚興趣和深入探索的欲望.此外，在提升學科素養方面，虛擬現實技術也發揮了重要作用^［2］.通過模擬實驗和探究任務，學生需要運用所學的化學知識和技能來解決問題，這有助于培養學生的科學思維和問題解決能力.

2 利用虛擬現實技術提升高中化學教學互動性的策略

2.1 構建虛擬實驗環境，增強互動學習體驗

傳統的實驗教學受到場地、設備、安全等因素的限制，往往難以滿足所有學生的實驗需求，此時，虛擬現實（VR）技術的引入為解決這一難題提供了新的思路^[3].

在蘇教版高三化學《有機化學基礎》中，學生面對種類繁多、結構復雜的有機化合物，常常感到難以理解.為了幫助學生更直觀地掌握有機化學的基本概念和反應規律，教師可以利用虛擬現實（VR）技術，構建一個互動性強、沉浸感深的虛擬實驗環境.教師先需明確教學目標，即幫助學生深入理解有機化合物的結構、性質和反應規律；接著，收集與教學內容相關的素材，如三維結構模型、反應機理圖等，為虛擬實驗環境的構建提供基礎；其次，在虛擬實驗環境的設計上，教師需精心打造一個逼真的有機化學實驗室，包括實驗臺、試劑架等；最后，設計各種有機化合物的三維結構模型，并設置相應的交互邏輯，使學生能夠自由放大、縮小、旋轉模型，從而全面觀察有機化合物的空間結構.此外，教師還要模擬各種有機反應的過程和機理，讓學生直觀感受反應的本質和規律；并且選擇一個適合VR開發的引擎或平臺，如Unity、UnrealEngine等，將收集到的素材和設計的模型集成到VR應用程序中，為應用程序添加交互功能，如點擊、拖動等操作，讓學生在虛擬環境中進行實踐操作和科學探究.

完成VR應用程序的開發后，教師需進行測試和優化，確保其在各種設備和網絡環境下都能穩定運行，并根據用戶反饋進行完善.

2.2 利用三維可視化技術展示分子結構，促進互動理解

三維可視化技術不僅能幫助教師更好地解釋和演示分子結構等復雜概念，還能激發學生的學習興趣，提高學習效果.下面，將深入敘述如何利用三維可視化技術來展示分子結構，促進互動理解.

教師開始要制作高質量的三維分子結構模型時，需要選擇一款適合的三維建模軟件，如Maya、Blender等，這些軟件功能強大，提供了豐富的工具和插件，能夠幫助教師精確地構建出各種復雜的分子結構.在建模過程中，教師需要參考教材或專業資料，確保分子結構的準確性和科學性.完成建模后，教師需要對模型進行材質貼圖和燈光渲染，這一步的目的是使模型更加逼真，更具立體感，教師可以根據不同類型的化學鍵和原子選擇不同的材質和顏色，以便學生區分和記憶.同時，適當的燈光渲染可以使模型更加生動，提高視覺效果.接下來，教師需要將三維模型導入虛擬現實引擎中，如Unity、UnrealEngine等，這些引擎提供了豐富的交互功能和強大的物理引擎，能夠實現各種復雜的互動效果.在導入過程中，教師需要對模型進行優化和適配，以確保其在虛擬現實環境中能夠流暢運行.

在虛擬現實環境中，教師可以利用引擎的交互功能，設計各種互動任務和挑戰.例如，讓學生在虛擬環境中自行搭建分子結構，通過拖動、旋轉和縮放等操作，了解分子的空間構型和分子間作用力.此外，教師還可以設置一些探索任務，如讓學生尋找特定類型的化學鍵或分析有機物的結構特點等，這些任務可以激發學生的學習興趣和探究欲望，提高學習效果.除了基本的互動功能外，教師還可以利用虛擬現實引擎的物理引擎來模擬化學反應過程.例如，展示有機物分子中化學鍵的形成和斷裂過程，幫助學生理解有機化學反應的機理和過程，這種模擬過程可以使學生更加直觀地理解化學反應的本質和規律.在制作過程中，教師還需要注意一些細節問題.例如，要確保模型的尺寸和比例與實際相符，以便學生能夠正確理解分子的大小和形態.同時，還需要注意模型的精度和細節，避免出現錯誤或誤導學生的情況.

2.3 創設虛擬探究任務場景，推動互動合作學習

在高中化學教學中，為了更好地實現培養學生的科學探究能力和合作精神目標，可以利用虛擬現實（VR）技術創設虛擬探究任務場景，推動學生之間的互動合作學習.

虛擬探究任務場景是一種基于VR技術的沉浸式學習環境，它能夠模擬真實的科學探究過程，讓學生在虛擬環境中進行探究學習，與同伴一起完成探究任務，共同解決化學問題.在創設虛擬探究任務場景時，教師應根據教學內容和學生特點，設計具有挑戰性和趣味性的探究任務.這些任務可以涵蓋化學實驗、化學原理、化學應用等多個方面，旨在引導學生通過實踐探究來深化對化學知識的理解和應用^［4］.例如，在教學“電化學”時，教師可以設計一個關于“電解水實驗”的虛擬探究任務，在虛擬場景中，學生需要組建團隊，共同搭建電解水裝置，并觀察和分析電解過程中的現象和數據.通過團隊合作，學生可以共同討論實驗方案、分析實驗結果，并嘗試解釋電解水的原理和機制.在這個過程中，學生需要相互協作、交流思想、分享資源，共同解決問題，這種互動學習方式能夠激發學生的學習興趣和主動性，培養其團隊合作能力和創新精神.同時，有了VR技術的支持，學生可以在虛擬環境中進行更加深入和全面的探究學習，提高學習效果和綜合素質.

為了推動互動合作學習，教師可以采取以下措施：第一，根據學生的學習情況和興趣特點，將學生分成若干學習小組，每個小組選出一名組長，負責協調和組織小組內的學習活動；第二，在虛擬探究任務開始前，設定明確的探究目標和任務要求，學生需要根據目標要求制定具體的實驗方案和探究計劃；第三，在虛擬探究過程中，提供必要的指導和支持，教師可以隨時進入虛擬場景與學生進行交流和互動，解答學生的疑問和困惑；第四，在虛擬探究任務中，鼓勵學生發揮創新精神和實踐能力，嘗試使用不同的實驗方法和技術手段來探究化學問題，并提出自己的見解和想法；第五，在虛擬探究任務結束后，學生需要整理和總結實驗成果，并向全班進行展示和交流，這不僅能夠提高學生的自信心和表達能力，還能夠促進不同小組之間的學習和交流.

通過虛擬探究任務場景的支持，學生可以更加深入地了解化學知識、提高科學探究能力和合作精神，實現全面發展.

3 結束語

通過構建虛擬實驗環境、利用三維可視化技術以及創設虛擬探究任務場景，能夠有效地創新教學方式，豐富學生的學習體驗，同時推動學生之間的互動合作，培養學生的綜合能力.這不僅有助于加深學生對化學知識的理解和記憶，提高學習效果，還能夠為學生未來的職業發展和社會適應能力奠定堅實基礎.因此，應該積極推廣和應用虛擬現實技術，以推動高中化學教育的現代化和高質量發展.

參考文獻：

[1] 張娟.虛擬現實技術應用于高中化學教學的實踐與思考[J].中學化學教學參考，2023（05）：74-76.

[2] 常永俠，韋宏，馬家伍.基于5G網絡環境下高中化學虛擬實驗教學的思考[J].科技視界，2021（28）：139-140.

[3] 向文心.虛擬現實技術在中學化學實驗教學領域的設計與應用[J].教育現代化，2019，6（07）：128-130.

[4] 李中強.虛擬現實技術支持下高中化學實驗教學的開展[J].教學與管理，2018（31）：61-63.

［責任編輯：季春陽］