VR實(shí)驗(yàn)室：讓學(xué)生成為“頭號(hào)玩家”案例學(xué)校：華中師大一附中

文 楊 國(guó) 李鼎盛

在九年級(jí)第一學(xué)期的實(shí)驗(yàn)課“測(cè)定空氣中氧氣的含量”中，一名學(xué)生大膽地站在實(shí)驗(yàn)室里展開(kāi)一場(chǎng)實(shí)驗(yàn)。他連接直角玻璃導(dǎo)管、雙孔橡皮塞等裝置，同時(shí)檢查裝置氣密性，并親自動(dòng)手用彈簧夾夾緊乳膠管。隨后，點(diǎn)燃燃燒勺中的紅磷，并立即伸入瓶中，塞緊橡皮塞。

沒(méi)有毒氣泄漏，也沒(méi)有空氣進(jìn)入，實(shí)驗(yàn)取得成功。不過(guò)，學(xué)生手里卻沒(méi)有任何實(shí)驗(yàn)器材，頭頂也沒(méi)有冒汗！原來(lái)，學(xué)生佩戴VR眼鏡模擬了一場(chǎng)頗為危險(xiǎn)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)。

在基礎(chǔ)教育階段，動(dòng)手實(shí)踐操作是學(xué)生學(xué)習(xí)、理解教學(xué)內(nèi)容所必需的活動(dòng)，而這正是VR實(shí)驗(yàn)室最擅長(zhǎng)的功能。VR技術(shù)的高沉浸度、交互性與自主性等特點(diǎn)也使其成為數(shù)字化教學(xué)手段中的最優(yōu)選擇之一。不過(guò)，目前運(yùn)用廣泛的還是理化生實(shí)驗(yàn)室。

物理、化學(xué)、生物是基礎(chǔ)教育中最注重操作的3門課程。在普通實(shí)驗(yàn)室中，學(xué)生往往受設(shè)備、實(shí)驗(yàn)環(huán)境、實(shí)驗(yàn)危險(xiǎn)性等諸多制約。例如化學(xué)、生物實(shí)驗(yàn)課中的實(shí)驗(yàn)耗材多為一次性材料，費(fèi)用較高，很多普通學(xué)校經(jīng)費(fèi)有限，要想讓每個(gè)學(xué)生都親自操作實(shí)驗(yàn)是比較困難的。

此外，在一些化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，由于化學(xué)反應(yīng)激烈，操作過(guò)程存在高危險(xiǎn)，教師一般會(huì)讓學(xué)生觀看實(shí)驗(yàn)視頻，或由教師操作演示，學(xué)生只能觀摩。學(xué)生因此缺乏興趣，較難真正掌握實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容。

VR技術(shù)與教育結(jié)合，有效地規(guī)避了很多難題。

以我們學(xué)校的VR實(shí)驗(yàn)室為例，其課程庫(kù)中共包含213個(gè)初中理化生實(shí)驗(yàn)，能夠?yàn)?門初中課程提供教學(xué)支持以及沉浸式實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境。實(shí)驗(yàn)室還配備1套教師機(jī)和30套學(xué)生機(jī)，保證上課時(shí)學(xué)生人手一套。

在VR實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，師生可實(shí)現(xiàn)聯(lián)機(jī)互動(dòng)：教師可向?qū)W生發(fā)放實(shí)驗(yàn)器材，演示或監(jiān)督實(shí)驗(yàn)操作；學(xué)生可觀摩教師和其他學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過(guò)程并親自完成實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)器材可無(wú)限重復(fù)使用，實(shí)驗(yàn)過(guò)程既能讓學(xué)生體驗(yàn)燃燒等實(shí)驗(yàn)效果，又消除了安全隱患。

例如，前文的實(shí)驗(yàn)中，裝置不漏氣是實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵。如果其氣密性不夠好，外界空氣會(huì)進(jìn)入容器，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。學(xué)生在完成虛擬實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，系統(tǒng)內(nèi)有語(yǔ)音會(huì)提醒操作者規(guī)范地檢查裝置氣密性，幫助學(xué)生更好地理解實(shí)驗(yàn)原理，達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

同時(shí)，由于紅磷在真實(shí)燃燒過(guò)程中會(huì)釋放出有毒刺激性煙霧，學(xué)生很容易吸入而對(duì)健康產(chǎn)生不良影響。通過(guò)VR技術(shù)搭建的虛擬實(shí)驗(yàn)室則能有效規(guī)避這一問(wèn)題，讓學(xué)生放心、大膽地動(dòng)手實(shí)驗(yàn)。

對(duì)于某些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不易觀察、實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)，虛擬實(shí)驗(yàn)室可直觀、立體、動(dòng)態(tài)地展示實(shí)驗(yàn)過(guò)程，并給予學(xué)生更多實(shí)踐時(shí)間和機(jī)會(huì)。

此外，通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行生物教學(xué)，可以使微觀現(xiàn)象放大，讓學(xué)生親身感受體內(nèi)的每一個(gè)器官，感受血液在眼前循環(huán)，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果更為直觀、真切。同時(shí)增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，他們主動(dòng)上手操作，嘗試在虛擬實(shí)驗(yàn)室中完成理化生實(shí)驗(yàn)。兩位未曾接觸過(guò)高中課程的八年級(jí)學(xué)生，在虛擬實(shí)驗(yàn)室中可以很快完成高中教材上的化學(xué)實(shí)驗(yàn)。

在虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)者無(wú)須接觸危險(xiǎn)品，解決了安全問(wèn)題。虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室讓接受速度較慢的學(xué)生重復(fù)實(shí)驗(yàn)直到掌握知識(shí)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)誤操作，教師也能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)指出問(wèn)題。多人聯(lián)機(jī)交互實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)幫助學(xué)生更加及時(shí)地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題，因此在課堂上更加積極主動(dòng)。

如今，學(xué)生是數(shù)字化環(huán)境的原住民，他們希望把一維或二維的授課展示形式，轉(zhuǎn)變?yōu)槿S立體和情景化教學(xué)。將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)代教學(xué)中，能夠推動(dòng)教學(xué)實(shí)踐與教學(xué)資源的更新，為提高教學(xué)質(zhì)量提供新的解決方案。

我們將借助最先進(jìn)的現(xiàn)代信息技術(shù)，幫助學(xué)生最大程度提高自身能力——技術(shù)只是手段，培養(yǎng)學(xué)生自主自立、動(dòng)手實(shí)踐能力才是終極目標(biāo)。