VR技術(shù)在物理教學(xué)中的應(yīng)用研究

■云南省電化教育館 詹 軍

實(shí)驗(yàn)作為物理課程的重要組成部分，教學(xué)工作的規(guī)范化開展從某方面來講不僅能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能夠促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展。但由于部分物理實(shí)驗(yàn)操作具有一定的危險(xiǎn)性，為了能夠在保障學(xué)生人身安全的前提下幫助他們掌握物理基本原理，將“VR技術(shù)”合理地應(yīng)用其中是現(xiàn)階段教育工作者為了促進(jìn)課程教學(xué)改革取得預(yù)期成就的重要渠道。

一、物理教學(xué)中“VR技術(shù)”的踐行意義

在“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的時(shí)代背景下，將利用計(jì)算機(jī)為使用者提供一種身臨其境感官體驗(yàn)的VR技術(shù)，合理地應(yīng)用于課程教學(xué)中，從某方面來講不僅能有效彌補(bǔ)學(xué)生感性認(rèn)知的缺失，還能在提高課程教育教學(xué)質(zhì)量、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、完善學(xué)生物理思維、提升學(xué)生核心素養(yǎng)以及培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)意識(shí)等方面發(fā)揮重要作用。相比其他課程來說，邏輯性、抽象性、嚴(yán)謹(jǐn)性、知識(shí)性和枯燥性是物理課程的顯著特點(diǎn)，在不斷削減學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時(shí)，對(duì)學(xué)生全面發(fā)展也造成了極其不利的影響。但近年來隨著教育體系改革的不斷深化，教育部門對(duì)物理課程教學(xué)也提出了新的要求，學(xué)生實(shí)操能力的培養(yǎng)受到了各界的高度關(guān)注。為此將具有沉浸性、交互性以及構(gòu)想性的VR技術(shù)合理應(yīng)用于物理課程教學(xué)中是確保學(xué)生主體作用充分發(fā)揮以及提高課堂教學(xué)效率的重要途徑。

（一）VR技術(shù)可將抽象內(nèi)容具象化，能夠幫助學(xué)生理解物理規(guī)律

對(duì)于學(xué)生而言，在學(xué)習(xí)物理知識(shí)時(shí)往往難以調(diào)動(dòng)自身的學(xué)習(xí)興趣，久而久之綜合能力的發(fā)展也受到了一定影響。為滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，實(shí)現(xiàn)物理教學(xué)從“晦澀”到“大眾化”的轉(zhuǎn)變，在當(dāng)前人工智能技術(shù)不斷發(fā)展的時(shí)代下，教育機(jī)構(gòu)可借助“VR技術(shù)”這種計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)建立立體化的物理模型，后期教師帶領(lǐng)學(xué)生對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行合理化設(shè)置，以便在模擬物理現(xiàn)象和過程的基礎(chǔ)上將抽象物理現(xiàn)象直觀地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，由此在加深學(xué)生對(duì)概念認(rèn)知和理解的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的物理思維。

（二）VR技術(shù)打破了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的局限性，提高了實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)效率

學(xué)生實(shí)操能力的培養(yǎng)，是物理課程教學(xué)改革的重點(diǎn)和難點(diǎn)，究其原因除了學(xué)生本身參與度低下之外，實(shí)驗(yàn)操作局限性問題的存在也是影響課程教學(xué)質(zhì)量和效率的重要因素。從某方面來講，由于學(xué)生本身個(gè)性化差異的存在，在教學(xué)中如果教育工作者仍采取傳統(tǒng)應(yīng)試教育手段，不僅影響了學(xué)生個(gè)性化發(fā)展，也對(duì)學(xué)生人身安全造成了極為不利的影響。對(duì)于物理教學(xué)中無法進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)——“粒子散射、重核裂變、輕核聚變”，基于VR手段將運(yùn)動(dòng)規(guī)律和實(shí)驗(yàn)過程形象化地呈現(xiàn)在學(xué)生眼前，讓學(xué)生全方位沉浸在課程學(xué)習(xí)中的同時(shí)，加深了學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的認(rèn)知和理解，并在打破實(shí)驗(yàn)教學(xué)局限性的基礎(chǔ)上提高了實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)效率。

二、物理教學(xué)中“VR技術(shù)”的踐行策略——以“凸透鏡的成像原理”為例

（一）教學(xué)對(duì)象分析

作為初中階段的重要課程教學(xué)內(nèi)容，為幫助學(xué)生加深對(duì)凸透鏡成像原理的認(rèn)知和理解，將VR技術(shù)合理應(yīng)用于課程實(shí)踐中已迫在眉睫。“凸透鏡成像原理”是八年級(jí)課程，由于在之前中學(xué)生已經(jīng)完成了“平面鏡成像特點(diǎn)”的課程學(xué)習(xí)，因此在對(duì)學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)時(shí)，教育工作者需明確課程教學(xué)難點(diǎn)，并根據(jù)學(xué)生實(shí)況設(shè)置不同的教學(xué)目標(biāo)，以便確保學(xué)生課程的整體參與度，如對(duì)于學(xué)優(yōu)生而言，教師可設(shè)置“學(xué)生需明確實(shí)驗(yàn)當(dāng)中成像應(yīng)調(diào)整什么？如何調(diào)整”的教學(xué)要求，對(duì)于學(xué)困生來講則可設(shè)置諸如“動(dòng)手實(shí)操和協(xié)作完成”的任務(wù)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的課程參與度。從某方面來講，本節(jié)課的重點(diǎn)內(nèi)容是“凸透鏡的成像特點(diǎn)和規(guī)律”，在操作時(shí)教師還要對(duì)學(xué)生進(jìn)行VR技術(shù)指導(dǎo)，幫助學(xué)生了解VR技術(shù)的具體實(shí)操順序，之后認(rèn)真觀察并指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行操作。與此同時(shí)在教學(xué)中，為確保學(xué)生主體作用的充分發(fā)揮，教師還要組織學(xué)生在正式上課前開展“信息收集、資料整理”等操作，以此進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)操能力。

（二）教學(xué)流程

（三）教法與學(xué)法

課前準(zhǔn)備（設(shè)計(jì)教學(xué)問題）——組織學(xué)生借助現(xiàn)代化技術(shù)準(zhǔn)備相關(guān)資料——觀察VR實(shí)驗(yàn)——小組分析實(shí)驗(yàn)內(nèi)容——小組協(xié)作進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作——小組總結(jié)——教師歸納補(bǔ)充

1.課程教學(xué)方法。相比傳統(tǒng)影視化教學(xué)，VR技術(shù)通過沉浸式體驗(yàn)，在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時(shí)也確保了學(xué)生主體作用的充分發(fā)揮。就目前來講，在“凸透鏡成像原理”教學(xué)中，為確保教學(xué)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，教育工作者需嚴(yán)格按照新課程標(biāo)準(zhǔn)要求落實(shí)相關(guān)教學(xué)工作，以便在確保VR技術(shù)應(yīng)用效益最大化發(fā)揮的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識(shí)，鍛煉他們的自主學(xué)習(xí)能力。在教學(xué)時(shí)由于本節(jié)課教學(xué)內(nèi)容十分重要，因此在第一節(jié)課（45分鐘）中教師可先利用VR設(shè)備將“凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)”直觀地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，之后將班級(jí)按照“學(xué)生個(gè)性化差異”以及“互助”的原則，分成十個(gè)小組，讓學(xué)生進(jìn)行分組討論，明確實(shí)驗(yàn)中需要觀察什么、記錄什么和測(cè)量什么，最后教師分給每個(gè)小組一定數(shù)量的VR眼鏡，讓學(xué)生以小組為單位對(duì)“凸透鏡成像原理實(shí)驗(yàn)”進(jìn)行設(shè)計(jì)，由此在確保學(xué)生全程參與的同時(shí)，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。第二課時(shí)開展的主要目的是加深學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的認(rèn)知和理解，具體來講就是教師要在正式上課前，先要求學(xué)生以小組為單位，就實(shí)驗(yàn)中記錄的內(nèi)容進(jìn)行分析，之后引導(dǎo)學(xué)生將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與表格中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，找到實(shí)驗(yàn)操作過程中的不足，由此在不斷提高學(xué)生歸納總結(jié)能力和推理能力的同時(shí)，確保預(yù)期教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。最后教師需對(duì)學(xué)生進(jìn)行合理化評(píng)估，并結(jié)合學(xué)生實(shí)況制定符合學(xué)生自身個(gè)性化發(fā)展需求的教學(xué)方案，由此為學(xué)生后期自主化學(xué)習(xí)提供戰(zhàn)略指導(dǎo)。

2.課程學(xué)習(xí)方法。作為課堂教學(xué)主體，學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)要以“滿足自身學(xué)習(xí)需求”為目的，通過加強(qiáng)與其他組員的合作交流，將過分強(qiáng)調(diào)知識(shí)的記憶和理論教學(xué)轉(zhuǎn)化為知識(shí)的深入探究，從而不斷地提高自身自主學(xué)習(xí)意識(shí)、鍛煉自身自主學(xué)習(xí)能力。

三、結(jié)語

言而總之，物理作為課程教育體系的基礎(chǔ)課程，由于其本身的抽象性和知識(shí)性，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中往往極易產(chǎn)生抵觸情緒，為改善教育教學(xué)現(xiàn)狀，將VR技術(shù)合理地應(yīng)用于課程教學(xué)改革中，是目前教育工作者取得預(yù)期教學(xué)成就的重要渠道。