VR技術(shù)在科學(xué)教育專業(yè)實踐教學(xué)中的應(yīng)用策略

于宏宇

(錦州師范高等專科學(xué)校 環(huán)境科學(xué)學(xué)院,遼寧 錦州 121000)

VR是Virtual Reality的簡稱,中文譯作“虛擬現(xiàn)實”.VR技術(shù)是建立在圖像數(shù)字處理、計算機仿真、計算機圖形、傳感器技術(shù)等基礎(chǔ)之上的一門多學(xué)科交叉的技術(shù),其通過視覺、聽覺等效果的展現(xiàn)可以給用戶帶來身臨其境的體驗感[1].

師范高等專科學(xué)校環(huán)境科學(xué)學(xué)院設(shè)置的科學(xué)教育專業(yè),其主要任務(wù)就是為我國義務(wù)教育小學(xué)階段培養(yǎng)合格的科學(xué)教育師資,因此在該專業(yè)課程設(shè)置中包含了化學(xué)、生物學(xué)、自然地理學(xué)、物理學(xué)、歷史學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科.教師講授這些學(xué)科時,要依據(jù)學(xué)生的年齡特點,以可操作、可互動的小實驗為主,理論講授為輔.根據(jù)實際調(diào)查,對于科學(xué)課程的講授和實驗環(huán)節(jié),由于時間、設(shè)備、場地所限或從安全角度考慮,多數(shù)學(xué)校更愿意接受虛擬的教學(xué)或?qū)嶒灜h(huán)境,而VR沉浸式教學(xué)及實驗是小學(xué)科學(xué)課堂上較好的輔助手段之一.

近年來,隨著以AI、云計算、大數(shù)據(jù)、VR/AR為代表的新一代信息技術(shù)的快速發(fā)展與普及,應(yīng)加快推動科學(xué)教育專業(yè)教學(xué)模式及手段的改革、促進教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)資源更新完善,著力提升科學(xué)教育專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量,以適應(yīng)未來課堂的教學(xué)要求.

1 VR技術(shù)在教育領(lǐng)域應(yīng)用的優(yōu)勢

在教育領(lǐng)域,VR技術(shù)所展示的創(chuàng)新性效果已經(jīng)逐漸體現(xiàn).VR技術(shù)在美國的基礎(chǔ)教育領(lǐng)域已經(jīng)占據(jù)20%以上的份額.德國研究公司Kantar EMNID對606名在職教師的調(diào)查顯示:有48%的教師表示愿意在課堂中使用VR設(shè)備,在30歲以下的教師人群中這個數(shù)字為58%;有77%的教師認(rèn)為借助VR技術(shù)可以提高教育體驗,增加學(xué)生的學(xué)習(xí)動力,幫助學(xué)生更好地理解和學(xué)習(xí)概念;教師認(rèn)為VR技術(shù)最適用的科目是地理(80%)、歷史(74%)和自然科學(xué)(62%)[2].

“VR+教育”典型的應(yīng)用場景主要分為兩種.一是交互式實驗性VR教學(xué),在這種場景下可以是單人互動型,也可以是多人實時互動型.特定的VR硬件設(shè)施為教學(xué)提供了充足的保證,但這種方式需要專用的場地,一次性投入過大,高校的創(chuàng)客教室或重點實驗室通常采用該方式[3].二是在普通授課或?qū)嶒灜h(huán)節(jié)中采用VR技術(shù)教學(xué),這種場景的應(yīng)用是最為廣泛的,它可以將每個普通教室升級成VR學(xué)科教室,教學(xué)雙方通過“VR中控系統(tǒng)+VR頭盔”方式進行互動交流,該方式將虛擬場景帶入教室,增強了課堂上的授課效果.

采用VR技術(shù)教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)相比較存在一定優(yōu)勢.傳統(tǒng)教學(xué)大多采用理論授課方式,學(xué)生在普通教室里聆聽教師的講解,沒有親身感受,實踐課程受時間、場地、設(shè)備等條件限制,實驗效果差強人意[4].采用VR教學(xué)不僅可以避免傳統(tǒng)教學(xué)帶來的不便,還可憑借其沉浸式、高互動性的特點,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動力.

高校主要通過實踐教學(xué)來提高學(xué)生分析與解決問題的能力,VR技術(shù)憑借其獨特的優(yōu)勢給實踐教學(xué)帶來新機遇.

2 科學(xué)教育專業(yè)實踐教學(xué)中面臨的問題

通過近幾年的實踐教學(xué)發(fā)現(xiàn),科學(xué)教育專業(yè)實踐教學(xué)中存在如下問題:

2.1 課堂教學(xué)缺少直觀性、新穎性,學(xué)生理解受限

科學(xué)教育專業(yè)培養(yǎng)的學(xué)生主要就業(yè)于小學(xué)或科技館,講授對象多為學(xué)齡兒童,該階段兒童在科學(xué)知識的接受方式上親身經(jīng)歷或感受遠(yuǎn)比抽象化的描述印象深刻,因此,在實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中首先要讓學(xué)生對“直觀性、新穎性”有切身的感受,他們才會在以后的工作中注重應(yīng)用各種技術(shù)手段直觀展示科學(xué)知識.但當(dāng)前科學(xué)教育專業(yè)所采用的語言描述、圖片展示、視頻播放等手段對于早已習(xí)慣接收多樣化信息的學(xué)生來說,激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣的作用已經(jīng)變得微弱.

另外,教師在實踐教學(xué)中對設(shè)備或模型進行詳細(xì)講解時,由于不能拆開大型設(shè)備的外殼或模型,不能展示設(shè)備內(nèi)部真實結(jié)構(gòu),導(dǎo)致講解受到了一定的限制.學(xué)生只能通過相關(guān)的多媒體信息進行簡單了解,缺少動手操作的實際步驟,認(rèn)識感不強,并不能真正理解所學(xué)知識.

2.2 實訓(xùn)設(shè)備建設(shè)及維護成本高,實驗過程存在一定安全隱患

某些實訓(xùn)設(shè)備不但價格昂貴,而且更新速度快,購買需要占用大量的資金,加大了學(xué)校負(fù)擔(dān).另外,維護成本高、維修周期長,在使用一段時間之后,如果出現(xiàn)設(shè)備損壞,不易及時填補,造成實踐教學(xué)可用設(shè)備缺少,由此導(dǎo)致剩余設(shè)備多人輪流使用,加快設(shè)備疲態(tài)化、老化,同時也影響正常的實踐教學(xué).

在科學(xué)教育專業(yè)實踐教學(xué)過程中會存在一些危險性較高的場景,如某些有毒的化學(xué)實驗,學(xué)生進行實驗操作時會有一定的危險性,存在安全隱患,容易造成意外事故;另外,還存在著一些不易模仿、真實感不強的場景,如急救反應(yīng)訓(xùn)練場景,學(xué)生操作起來存在一定的困難.

3 VR技術(shù)在科學(xué)教育專業(yè)中的應(yīng)用策略

3.1 運用VR技術(shù)構(gòu)建虛擬課堂

利用VR技術(shù)構(gòu)建虛擬課堂,可以將課堂變得可視化、情境化,從而使學(xué)習(xí)環(huán)境變得生動逼真,使學(xué)習(xí)內(nèi)容變得形象、可讀、易記,從而有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,加深學(xué)生對所學(xué)知識的理解.比如米飯、淀粉和碘酒的變化課程案例中的品嘗米飯環(huán)節(jié),學(xué)生可以通過觀察VR頭盔中虛擬人物咀嚼米飯后發(fā)出的評價來判斷米飯的味道,根據(jù)儲存的知識得出米飯里包含淀粉成分的結(jié)論,并在頭盔顯示屏中選擇正確的答案.利用VR技術(shù)構(gòu)建虛擬課堂,方便學(xué)生進行模擬訓(xùn)練,提高學(xué)生的動手能力、理解能力、分析與解決問題的能力[5].

3.2 運用VR技術(shù)構(gòu)建虛擬實驗室

利用VR技術(shù)構(gòu)建虛擬實驗室,由于虛擬實驗室中的設(shè)備及藥品等都是虛擬的,不需要消耗大量資金購買,有利于資源共享節(jié)省了資源,避免了浪費.例如米飯、淀粉和碘酒的變化課程案例中的檢測假鈔環(huán)節(jié),實驗物品假鈔在現(xiàn)實中無法獲得,虛擬實驗室就可以發(fā)揮其優(yōu)勢,建構(gòu)虛擬假鈔,學(xué)生依據(jù)該案例中實驗環(huán)節(jié)得出的結(jié)論,再根據(jù)紙幣制造的防偽措施中需要移走紙中的淀粉,制造假鈔者又無法掌握所有的印鈔技術(shù)的現(xiàn)實,通過操作柄在隨機生成的虛擬紙幣上滴上碘酒,出現(xiàn)藍色就判斷是虛擬偽鈔.該環(huán)節(jié)可以滿足學(xué)生的實驗需求,節(jié)省了時間和材料.

另外學(xué)生可以在虛擬實驗室中進行虛擬仿真訓(xùn)練,不需要真正處于危險的環(huán)境中,同時還可以模仿現(xiàn)實中的真實案例場景.比如在米飯、淀粉和碘酒的變化課程案例中,對于治療碘酒中毒的場景,虛擬人物躺倒在地,學(xué)生根據(jù)其身旁棕色玻璃瓶上的文字提示判斷該虛擬人物為誤食碘酒中毒,通過口服淀粉、撥打120急救電話等一系列措施使該虛擬人物成功得到救治.該實驗環(huán)節(jié)不僅讓學(xué)生學(xué)以致用,而且還培養(yǎng)其見義勇為、救死扶傷的精神.多數(shù)學(xué)生反映該環(huán)節(jié)使人印象深刻,提升了課堂的實踐教學(xué)質(zhì)量.

4 教學(xué)效果評價

利用VR技術(shù)開展科學(xué)教育專業(yè)實踐教學(xué)活動,能夠讓學(xué)生身臨其境體驗活動過程中的可視、可聽、可觸感,突出學(xué)生的教學(xué)主體地位,遵循學(xué)習(xí)者的認(rèn)知規(guī)律,充分提高學(xué)生的感知能力、邏輯思維能力、操作能力和創(chuàng)新能力.通過VR技術(shù)以學(xué)生視角建立虛擬全場景,實現(xiàn)人機交互,精準(zhǔn)滿足了每個學(xué)生的實驗需求,杜絕了實驗物品的浪費,體現(xiàn)了教育個體的差異性,突破了傳統(tǒng)教育方式,提高了教學(xué)質(zhì)量和水平.

5 結(jié)語

VR技術(shù)在高職院?？茖W(xué)教育專業(yè)實踐教學(xué)中應(yīng)用前景廣闊,教師應(yīng)在實踐教學(xué)中不斷總結(jié)經(jīng)驗,結(jié)合本校優(yōu)勢學(xué)科資源、實訓(xùn)資源,積極建設(shè)VR實訓(xùn)基地,改變傳統(tǒng)教學(xué)模式,擺脫場地、人員和時間的限制.VR技術(shù)可以活躍課堂教學(xué)氣氛,促進教學(xué)方式改革,因此高職院校要綜合推進VR實踐教學(xué)課程實施、培養(yǎng)擅長使用VR設(shè)備的師資力量,遵循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律,科學(xué)有效地提高學(xué)生的實踐能力和綜合素質(zhì).