VR技術(shù)在大學(xué)實驗課程中的應(yīng)用

周勇 朱楚霞 劉好桔

[摘 要] 大學(xué)實驗課程是理論課程的補(bǔ)充與升華，可以有效培養(yǎng)大學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新意識，但目前很多普通高校開設(shè)的實驗課程很難達(dá)到理想的教學(xué)效果。由于虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR技術(shù)）具有沉浸性、交互性等特點，將VR技術(shù)運用到大學(xué)實驗中能夠打破傳統(tǒng)教學(xué)的局限性，給學(xué)生以及老師帶來不同的教學(xué)體驗。探討將VR技術(shù)引進(jìn)大學(xué)實驗課程后，將對現(xiàn)有大學(xué)實驗課程不足的改進(jìn)以及預(yù)測其將來的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

[關(guān)鍵詞] 實驗課程;教學(xué)管理;VR技術(shù)

本科教育的關(guān)鍵之一就是課堂教學(xué)，加強(qiáng)課堂教學(xué)管理、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、改革教學(xué)方法，是提高本科教育質(zhì)量的重要措施[1]。大學(xué)實驗課程注重培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力，是理論課程的升華，但目前除了部分重點大學(xué)實驗課程開展比較完善之外，其他普通大學(xué)所開設(shè)的實驗課程往往很難達(dá)到老師的理想教學(xué)效果[2]。

一、大學(xué)實驗課教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問題

1.缺乏對實驗課程教學(xué)的重視。雖然在大部分的大學(xué)里安排了專門的教師進(jìn)行實驗安排及講解，但在具體的實驗課過程中，講述理論知識過多，對操作流程以及實驗操作注意事項只是進(jìn)行簡要說明，更難以保證對所有學(xué)生進(jìn)行整個實驗過程的監(jiān)督和指導(dǎo)。例如：遺傳學(xué)實驗中果蠅多線染色體的觀察實驗。

2.實驗設(shè)備落后。部分大學(xué)成立時間比較早，相關(guān)實驗設(shè)備的購買和使用的時間已經(jīng)比較長，不能滿足當(dāng)前實驗的新需求;也有部分學(xué)校因儀器價格太貴無法及時購買，因此限制了學(xué)生實驗課的內(nèi)容更新。

3.學(xué)生缺乏自我創(chuàng)新能力。目前大學(xué)中的實驗主要是驗證類型的實驗，大部分學(xué)生在進(jìn)行實驗時，僅僅按照已有的實驗報告、指導(dǎo)書或教師的安排機(jī)械地完成相關(guān)實驗。如工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械類基礎(chǔ)實驗。在實際的教學(xué)過程中，教師的教學(xué)目標(biāo)往往停留在鞏固理論知識上，實驗教學(xué)課時數(shù)太少，學(xué)生也以拿學(xué)分為目的而被動參與實驗，因而大多數(shù)學(xué)生缺乏創(chuàng)新能力[3]。

4.實驗成績考核體系不夠完善。教師在傳統(tǒng)實驗課程的教學(xué)過程中無法全面系統(tǒng)地進(jìn)行全程記錄和考核。在實驗課程結(jié)束之后，大多數(shù)教師僅僅按照對于學(xué)生的印象及實驗報告的書寫狀況進(jìn)行考核，這樣的考核機(jī)制不僅影響了學(xué)生的積極性，也影響了實驗課程開設(shè)本身的實際意義[4]。

二、大學(xué)實驗課創(chuàng)新改革

VR技術(shù)是指由計算機(jī)產(chǎn)生，通過視、聽、觸覺等作用，使用戶產(chǎn)生身臨其境感覺的交互式視景仿真，具有多感知性、存在感、交互性和自主性等特征[5]。目前，VR技術(shù)已經(jīng)逐漸走進(jìn)大學(xué)校園。由于實驗室的實驗器材數(shù)目有限，實驗室控制條件避免實驗材料的浪費，大學(xué)實驗課程大多是小組共同完成，雖然這教會了我們小組協(xié)作的重要性，但就忽略了培養(yǎng)同學(xué)單獨完成一個完整實驗的能力。例如一個經(jīng)典的生物化學(xué)實驗——“過氧化氫酶活性的測定”，其基本原理如下。過氧化氫酶能把H2O2分解為H2O和O2，其活性大小，以一定時間內(nèi)分解的H2O2量來表示。當(dāng)此酶與底物（H2O2）反應(yīng)結(jié)束后，再用碘量法測定未分解的H2O2量。以鉬酸銨作催化劑，使H2O2與KI反應(yīng)，放出游離碘（I2），然后用硫代硫酸鈉（Na2S2O3）滴定碘，反應(yīng)如下[6]：

H2O2酶

H2O2→[酶·H2O2]→H2O+1/2O2

鉬酸銨

H2O2+2KI+H2SO4→I2+K2SO4+2H2O

I2+2NaS2O3→2NaI+Na2S4O6

根據(jù)上述反應(yīng)，算出反應(yīng)后的過氧化氫溶液的濃度，最后根據(jù)空白與樣品滴定量之差，算出被分解的H2O2量及酶活性，差值越大，酶活性越強(qiáng)。

那么，在此實驗過程中哪里能利用VR技術(shù)？其實，在整個實驗過程中都能用到VR技術(shù)。在實驗過程中，可以通過VR技術(shù)將時時刻刻都在分解過氧化氫模擬在影像當(dāng)中。

三、VR技術(shù)可以改善大學(xué)實驗教學(xué)現(xiàn)狀

1.VR技術(shù)引進(jìn)的可能性。VR技術(shù)與大學(xué)實驗的結(jié)合能幫助教師達(dá)到期望的教學(xué)目的，提升學(xué)生動手和創(chuàng)新能力。近年來，國家鼓勵教育方式創(chuàng)新，使VR技術(shù)的使用符合國家政策，從而使其走向大學(xué)課堂成為可能。

2.實驗設(shè)備問題。VR技術(shù)引進(jìn)的必要性。大學(xué)里有些實驗對儀器的要求非常高，如用超速離心和酸沉淀制備牛乳清蛋白質(zhì)的實驗[7]。

3.實驗考核體系問題。實驗考核是實驗課程教學(xué)的一個關(guān)鍵問題，江蘇省南京師范大學(xué)建立了與綜合性、研究型微生物學(xué)實驗課和混合式教學(xué)法相適應(yīng)的過程性考核方式，包括線上課程考核，含十個單元測驗和理論考試，考試成績占總評的20%;期末實驗操作考試，老師現(xiàn)場打分，占總評成績的50%;微生物培養(yǎng)皿藝術(shù)大賽成績，占總評成績的30%[8]。這個實驗考核方式突破了傳統(tǒng)實驗課的考核方式，不僅注重學(xué)生的實際操作考核，也注重了學(xué)生實驗理論基礎(chǔ)的考核。

四、VR技術(shù)應(yīng)用大學(xué)實驗的展望

將VR技術(shù)引進(jìn)大學(xué)實驗中既能高效地完成教師的實驗課程教學(xué)目標(biāo)，又能提高學(xué)生對實驗的掌握程度，并且省時省力省經(jīng)費。但是由于目前VR設(shè)備不夠輕便廉價導(dǎo)致體驗不夠完美、教育資源內(nèi)容不夠豐富以及制作欠智能等原因，VR技術(shù)更多地應(yīng)用于產(chǎn)品展示、虛擬旅游、游戲娛樂等方面，而在教育領(lǐng)域應(yīng)用得較少[9]。

隨著VR制作技術(shù)越來越成熟，尤其是人工智能（AI）技術(shù)的迅猛發(fā)展，教師制作或修改VR資源將成為可能，未來VR技術(shù)一定會更好地服務(wù)于大學(xué)實驗教學(xué)。

參考文獻(xiàn)

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[7]齊云霞，趙小偉，黃冬維，蔡東東，楊永新，程廣龍，趙輝玲.超速離心和酸沉淀制備牛乳清的蛋白質(zhì)組學(xué)研究[J].中國畜牧獸醫(yī)，2019，46（8）：2203-2210.

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[9]岳振華.VR技術(shù)應(yīng)用于生物教學(xué)的體會和思考[J].基礎(chǔ)教育參考，2018（21）：39-40.