淺談VR/AR在高中生物教育中的運(yùn)用

劉曉東

VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）技術(shù)是一種借助電腦模擬三維環(huán)境的虛擬空間，在視覺、聽覺、觸覺等各感官方面進(jìn)行模擬，用戶可以全方位、無(wú)限制地觀察虛擬空間內(nèi)的事物，猶如身臨其境。

AR（增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)）技術(shù)是一種通過對(duì)攝影機(jī)影像位置、角度的實(shí)時(shí)計(jì)算，結(jié)合對(duì)應(yīng)的圖像、視頻、3D模型，將虛擬世界在現(xiàn)實(shí)世界的屏幕中實(shí)現(xiàn)互動(dòng)，達(dá)到超越現(xiàn)實(shí)的感官體驗(yàn)，使真實(shí)的環(huán)境和虛擬的物體實(shí)時(shí)疊加在同一個(gè)畫面或空間。

近年來(lái)，VR/AR已經(jīng)從軍事等領(lǐng)域轉(zhuǎn)向民用多領(lǐng)域發(fā)展，各個(gè)IT公司也投入VR/AR的研究和運(yùn)用中，大量相關(guān)的硬件得到普及，為VR/AR的運(yùn)用提供了條件保證。

一直以來(lái)，教育工作者都在尋求一個(gè)身臨其境的教學(xué)場(chǎng)景，讓學(xué)生通過互動(dòng)交流，積極主動(dòng)地參與學(xué)習(xí)知識(shí)和掌握技能的教學(xué)環(huán)節(jié)中。在這方面，VR/AR具有明顯的優(yōu)勢(shì)，而且虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)避免了在真實(shí)操作中的各種危險(xiǎn)，突破了時(shí)間和空間的障礙，使學(xué)生有機(jī)會(huì)放心大膽地去嘗試，不怕失敗。親身經(jīng)歷和感受比空洞抽象的說教更具有說服力，主動(dòng)地進(jìn)行交互與被動(dòng)的灌輸有著本質(zhì)上的區(qū)別。因此，可以說VR/AR運(yùn)用于教育有著美好的前景。

筆者有幸申請(qǐng)主持了全國(guó)教育科學(xué)規(guī)劃十三五規(guī)劃課題《VR在生物教學(xué)中的運(yùn)用研究》，通過對(duì)課題的研究，筆者發(fā)現(xiàn)在高中生物課堂教學(xué)中運(yùn)用VR/AR，不是不能用，但是也不能亂用，教師主要注意以下幾個(gè)方面：

第一，教師不能運(yùn)用VR/AR技術(shù)替代所有的傳統(tǒng)學(xué)生實(shí)物實(shí)驗(yàn)和體驗(yàn)，但是可以挖掘一些經(jīng)常被忽略的探究實(shí)驗(yàn)。

第二，教師可以運(yùn)用VR/AR技術(shù)模擬一些課堂教學(xué)中無(wú)法完成的實(shí)驗(yàn)。如《生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)》這一節(jié)的內(nèi)容中有一個(gè)“土壤微生物的分解作用”的探究實(shí)驗(yàn)，因?yàn)楹臅r(shí)長(zhǎng)，所以被廣大教師忽略了。通過VR/AR技術(shù)模擬實(shí)驗(yàn)，教師可以有效避免時(shí)間上的限制，增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)知識(shí)的體驗(yàn)感。

實(shí)物實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生的體驗(yàn)感和操作訓(xùn)練是VR/AR技術(shù)無(wú)法替代的，而且在實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題和現(xiàn)象有時(shí)也是無(wú)法模擬的，甚至是無(wú)法預(yù)料的。實(shí)物實(shí)驗(yàn)可以增強(qiáng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，所以對(duì)于可以創(chuàng)造條件滿足的實(shí)驗(yàn)，教師可以讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)際操作，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際操作的能力和應(yīng)變處理能力。另外，在運(yùn)用VR/AR技術(shù)模擬實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師還需要設(shè)計(jì)糾錯(cuò)、容錯(cuò)、錯(cuò)誤提示和實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)體系，以增強(qiáng)學(xué)生模擬實(shí)驗(yàn)過程中的自主性和創(chuàng)造性，實(shí)現(xiàn)即時(shí)反饋，以達(dá)到自主學(xué)習(xí)的目的。當(dāng)然，教師還可以運(yùn)用VR/AR技術(shù)，模擬一些傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，便于學(xué)生復(fù)習(xí)和鞏固知識(shí)。

筆者認(rèn)為，教師還必須明白VR/AR技術(shù)不能替代傳統(tǒng)的PPT軟件，傳統(tǒng)的PPT軟件在教學(xué)方面的運(yùn)用和功能已經(jīng)為廣大教師所熟悉，它具有容納量大、素材廣泛、便于編輯、使用方便等各種優(yōu)勢(shì)，而這些都是VR/AR技術(shù)所不具備的，或者說是普通教師無(wú)法運(yùn)用和掌握的。對(duì)于教師來(lái)說，使用VR/AR技術(shù)存在素材不夠、修改不方便、更新不及時(shí)、內(nèi)容歸納不全、對(duì)設(shè)備的要求較高、教師制作課件的難度較大、需要專業(yè)公司的支持和配合、虛擬操作無(wú)法糾錯(cuò)缺點(diǎn)等諸多問題。另外，教師需要花費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn)行設(shè)計(jì)制作，這對(duì)存在教學(xué)和升學(xué)壓力的高中教師提出了更大的挑戰(zhàn)。

在課題研究過程中，雖然教師們運(yùn)用了VR/AR技術(shù)制作課件，但該課件僅限于課堂互動(dòng)和實(shí)驗(yàn)?zāi)M的環(huán)節(jié)。如教師運(yùn)用VR/AR技術(shù)模擬DNA的結(jié)構(gòu)和合成過程，模擬減數(shù)分裂過程，但相關(guān)概念的整理和歸納、知識(shí)的講述等大量?jī)?nèi)容還需要通過PPT來(lái)展示。

VR/AR技術(shù)的使用對(duì)教材內(nèi)容和設(shè)計(jì)的變革要求更加迫切，之前的教材內(nèi)容和架構(gòu)設(shè)計(jì)是基于傳統(tǒng)教學(xué)方法的基礎(chǔ)上編制的。VR/AR的運(yùn)用是教育技術(shù)發(fā)展的一個(gè)飛躍，它營(yíng)造的沉浸式自主學(xué)習(xí)環(huán)境，使學(xué)生獲得了更強(qiáng)的體驗(yàn)感，也使互動(dòng)的空間和時(shí)間得到了無(wú)限擴(kuò)大，對(duì)教學(xué)內(nèi)容變革的影響尤其強(qiáng)烈。因此，在廣泛運(yùn)用該技術(shù)的基礎(chǔ)上，教師需要及時(shí)有效地調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，適當(dāng)?shù)靥砑右恍┻\(yùn)用VR/AR技術(shù)設(shè)備輔助教學(xué)的知識(shí)，讓之前無(wú)法在高中階段講述或體驗(yàn)的知識(shí)可以得到完成。

（作者單位：南昌市第三中學(xué)）