利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)提升高中化學(xué)教學(xué)互動性的策略分析

摘 要：隨著科技的不斷進(jìn)步，虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，特別是在高中化學(xué)教學(xué)中，VR技術(shù)為提升教學(xué)互動性提供了新的可能性.本文探討了利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)提升高中化學(xué)教學(xué)互動性的策略及其意義，通過構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境、利用三維可視化技術(shù)展示分子結(jié)構(gòu)以及創(chuàng)設(shè)虛擬探究任務(wù)場景，不僅能創(chuàng)新教學(xué)方式、增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，還能促進(jìn)互動合作、培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力.這些策略的實(shí)施，將有助于學(xué)生更好地理解和掌握化學(xué)知識，提高學(xué)習(xí)效果，為化學(xué)教育的現(xiàn)代化和高質(zhì)量發(fā)展提供有力支持.

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；高中化學(xué)教學(xué)；化學(xué)教學(xué)

中圖分類號：G632

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1008-0333（2025）03-0125-03

收稿日期：2024-10-25

作者簡介：田號，本科，中學(xué)二級教師，從事高中化學(xué)教學(xué)研究.

在高中化學(xué)教學(xué)中，如何借助現(xiàn)代科技力量，特別是虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)，來豐富教學(xué)內(nèi)容、優(yōu)化學(xué)生學(xué)習(xí)體驗(yàn)、加強(qiáng)師生互動，已成為教學(xué)改革的新方向，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以其獨(dú)特的沉浸性和交互性，為化學(xué)教學(xué)提供了前所未有的可能性.本文將深入探討虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)如何助力高中化學(xué)教學(xué)，提出具體策略，以期實(shí)現(xiàn)教學(xué)方式的創(chuàng)新，為學(xué)生提供更加生動、直觀的學(xué)習(xí)平臺，進(jìn)而推動化學(xué)教育的現(xiàn)代化發(fā)展.

1 利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)提升高中化學(xué)教學(xué)互動性的意義1.1 創(chuàng)新教學(xué)方式，增強(qiáng)學(xué)習(xí)體驗(yàn)

傳統(tǒng)的化學(xué)教學(xué)受限于實(shí)驗(yàn)設(shè)備、安全性等因素，學(xué)生難以進(jìn)行所有的實(shí)驗(yàn)操作，從而影響了學(xué)生對化學(xué)知識的理解和掌握.而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)打破了這一限制，通過創(chuàng)建逼真的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，學(xué)生能夠在無風(fēng)險(xiǎn)的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，直觀地觀察化學(xué)反應(yīng)過程，了解反應(yīng)的原理和機(jī)制，極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和好奇心.此外，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還可以將抽象的化學(xué)概念、微觀的分子結(jié)構(gòu)等以三維可視化的形式展現(xiàn)出來.學(xué)生可以通過VR設(shè)備身臨其境地進(jìn)入分子世界，觀察分子的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動方式，從而加深對化學(xué)知識的理解和記憶.

1.2 促進(jìn)互動合作，培養(yǎng)綜合能力

在虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境中，學(xué)生需要共同面對和解決各種化學(xué)問題，這種合作模式鼓勵(lì)學(xué)生之間進(jìn)行深入的交流和討論，通過集思廣益來找到最佳的解決方案.在這個(gè)過程中，學(xué)生不僅學(xué)會了如何與他人合作，還學(xué)會了如何傾聽他人的意見，如何尊重他人的觀點(diǎn)，以及如何協(xié)調(diào)不同的意見^[1].此外，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還為學(xué)生提供了展示自我、鍛煉能力的平臺，在虛擬環(huán)境中，學(xué)生可以扮演不同的角色，承擔(dān)不同的任務(wù)，從而鍛煉自己的領(lǐng)導(dǎo)能力、組織能力、溝通能力等.

1.3 拓寬學(xué)習(xí)視野，提升學(xué)科素養(yǎng)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以突破傳統(tǒng)課堂的空間和時(shí)間限制，讓學(xué)生置身于更廣闊的學(xué)習(xí)領(lǐng)域中，通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，學(xué)生可以參觀遠(yuǎn)程的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室、工廠、科研機(jī)構(gòu)等，深入了解化學(xué)知識的實(shí)際應(yīng)用和前沿發(fā)展.此外，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還能模擬一些罕見或難以觀察的化學(xué)現(xiàn)象和過程，如原子核的衰變、放射性物質(zhì)的輻射等，讓學(xué)生對這些抽象和難以理解的概念有直觀的認(rèn)識.這種學(xué)習(xí)方式不僅拓寬了學(xué)生的知識面，還激發(fā)了學(xué)生對化學(xué)學(xué)科的濃厚興趣和深入探索的欲望.此外，在提升學(xué)科素養(yǎng)方面，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也發(fā)揮了重要作用^［2］.通過模擬實(shí)驗(yàn)和探究任務(wù)，學(xué)生需要運(yùn)用所學(xué)的化學(xué)知識和技能來解決問題，這有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和問題解決能力.

2 利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)提升高中化學(xué)教學(xué)互動性的策略

2.1 構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，增強(qiáng)互動學(xué)習(xí)體驗(yàn)

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)受到場地、設(shè)備、安全等因素的限制，往往難以滿足所有學(xué)生的實(shí)驗(yàn)需求，此時(shí)，虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)的引入為解決這一難題提供了新的思路^[3].

在蘇教版高三化學(xué)《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》中，學(xué)生面對種類繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的有機(jī)化合物，常常感到難以理解.為了幫助學(xué)生更直觀地掌握有機(jī)化學(xué)的基本概念和反應(yīng)規(guī)律，教師可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)，構(gòu)建一個(gè)互動性強(qiáng)、沉浸感深的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境.教師先需明確教學(xué)目標(biāo)，即幫助學(xué)生深入理解有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和反應(yīng)規(guī)律；接著，收集與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的素材，如三維結(jié)構(gòu)模型、反應(yīng)機(jī)理圖等，為虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境的構(gòu)建提供基礎(chǔ)；其次，在虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境的設(shè)計(jì)上，教師需精心打造一個(gè)逼真的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，包括實(shí)驗(yàn)臺、試劑架等；最后，設(shè)計(jì)各種有機(jī)化合物的三維結(jié)構(gòu)模型，并設(shè)置相應(yīng)的交互邏輯，使學(xué)生能夠自由放大、縮小、旋轉(zhuǎn)模型，從而全面觀察有機(jī)化合物的空間結(jié)構(gòu).此外，教師還要模擬各種有機(jī)反應(yīng)的過程和機(jī)理，讓學(xué)生直觀感受反應(yīng)的本質(zhì)和規(guī)律；并且選擇一個(gè)適合VR開發(fā)的引擎或平臺，如Unity、UnrealEngine等，將收集到的素材和設(shè)計(jì)的模型集成到VR應(yīng)用程序中，為應(yīng)用程序添加交互功能，如點(diǎn)擊、拖動等操作，讓學(xué)生在虛擬環(huán)境中進(jìn)行實(shí)踐操作和科學(xué)探究.

完成VR應(yīng)用程序的開發(fā)后，教師需進(jìn)行測試和優(yōu)化，確保其在各種設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下都能穩(wěn)定運(yùn)行，并根據(jù)用戶反饋進(jìn)行完善.

2.2 利用三維可視化技術(shù)展示分子結(jié)構(gòu)，促進(jìn)互動理解

三維可視化技術(shù)不僅能幫助教師更好地解釋和演示分子結(jié)構(gòu)等復(fù)雜概念，還能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效果.下面，將深入敘述如何利用三維可視化技術(shù)來展示分子結(jié)構(gòu)，促進(jìn)互動理解.

教師開始要制作高質(zhì)量的三維分子結(jié)構(gòu)模型時(shí)，需要選擇一款適合的三維建模軟件，如Maya、Blender等，這些軟件功能強(qiáng)大，提供了豐富的工具和插件，能夠幫助教師精確地構(gòu)建出各種復(fù)雜的分子結(jié)構(gòu).在建模過程中，教師需要參考教材或?qū)I(yè)資料，確保分子結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性和科學(xué)性.完成建模后，教師需要對模型進(jìn)行材質(zhì)貼圖和燈光渲染，這一步的目的是使模型更加逼真，更具立體感，教師可以根據(jù)不同類型的化學(xué)鍵和原子選擇不同的材質(zhì)和顏色，以便學(xué)生區(qū)分和記憶.同時(shí)，適當(dāng)?shù)臒艄怃秩究梢允鼓Ｐ透由鷦?，提高視覺效果.接下來，教師需要將三維模型導(dǎo)入虛擬現(xiàn)實(shí)引擎中，如Unity、UnrealEngine等，這些引擎提供了豐富的交互功能和強(qiáng)大的物理引擎，能夠?qū)崿F(xiàn)各種復(fù)雜的互動效果.在導(dǎo)入過程中，教師需要對模型進(jìn)行優(yōu)化和適配，以確保其在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中能夠流暢運(yùn)行.

在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，教師可以利用引擎的交互功能，設(shè)計(jì)各種互動任務(wù)和挑戰(zhàn).例如，讓學(xué)生在虛擬環(huán)境中自行搭建分子結(jié)構(gòu)，通過拖動、旋轉(zhuǎn)和縮放等操作，了解分子的空間構(gòu)型和分子間作用力.此外，教師還可以設(shè)置一些探索任務(wù)，如讓學(xué)生尋找特定類型的化學(xué)鍵或分析有機(jī)物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等，這些任務(wù)可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究欲望，提高學(xué)習(xí)效果.除了基本的互動功能外，教師還可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)引擎的物理引擎來模擬化學(xué)反應(yīng)過程.例如，展示有機(jī)物分子中化學(xué)鍵的形成和斷裂過程，幫助學(xué)生理解有機(jī)化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理和過程，這種模擬過程可以使學(xué)生更加直觀地理解化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)和規(guī)律.在制作過程中，教師還需要注意一些細(xì)節(jié)問題.例如，要確保模型的尺寸和比例與實(shí)際相符，以便學(xué)生能夠正確理解分子的大小和形態(tài).同時(shí)，還需要注意模型的精度和細(xì)節(jié)，避免出現(xiàn)錯(cuò)誤或誤導(dǎo)學(xué)生的情況.

2.3 創(chuàng)設(shè)虛擬探究任務(wù)場景，推動互動合作學(xué)習(xí)

在高中化學(xué)教學(xué)中，為了更好地實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力和合作精神目標(biāo)，可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)創(chuàng)設(shè)虛擬探究任務(wù)場景，推動學(xué)生之間的互動合作學(xué)習(xí).

虛擬探究任務(wù)場景是一種基于VR技術(shù)的沉浸式學(xué)習(xí)環(huán)境，它能夠模擬真實(shí)的科學(xué)探究過程，讓學(xué)生在虛擬環(huán)境中進(jìn)行探究學(xué)習(xí)，與同伴一起完成探究任務(wù)，共同解決化學(xué)問題.在創(chuàng)設(shè)虛擬探究任務(wù)場景時(shí)，教師應(yīng)根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生特點(diǎn)，設(shè)計(jì)具有挑戰(zhàn)性和趣味性的探究任務(wù).這些任務(wù)可以涵蓋化學(xué)實(shí)驗(yàn)、化學(xué)原理、化學(xué)應(yīng)用等多個(gè)方面，旨在引導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)踐探究來深化對化學(xué)知識的理解和應(yīng)用^［4］.例如，在教學(xué)“電化學(xué)”時(shí)，教師可以設(shè)計(jì)一個(gè)關(guān)于“電解水實(shí)驗(yàn)”的虛擬探究任務(wù)，在虛擬場景中，學(xué)生需要組建團(tuán)隊(duì)，共同搭建電解水裝置，并觀察和分析電解過程中的現(xiàn)象和數(shù)據(jù).通過團(tuán)隊(duì)合作，學(xué)生可以共同討論實(shí)驗(yàn)方案、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并嘗試解釋電解水的原理和機(jī)制.在這個(gè)過程中，學(xué)生需要相互協(xié)作、交流思想、分享資源，共同解決問題，這種互動學(xué)習(xí)方式能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性，培養(yǎng)其團(tuán)隊(duì)合作能力和創(chuàng)新精神.同時(shí)，有了VR技術(shù)的支持，學(xué)生可以在虛擬環(huán)境中進(jìn)行更加深入和全面的探究學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)效果和綜合素質(zhì).

為了推動互動合作學(xué)習(xí)，教師可以采取以下措施：第一，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和興趣特點(diǎn)，將學(xué)生分成若干學(xué)習(xí)小組，每個(gè)小組選出一名組長，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)和組織小組內(nèi)的學(xué)習(xí)活動；第二，在虛擬探究任務(wù)開始前，設(shè)定明確的探究目標(biāo)和任務(wù)要求，學(xué)生需要根據(jù)目標(biāo)要求制定具體的實(shí)驗(yàn)方案和探究計(jì)劃；第三，在虛擬探究過程中，提供必要的指導(dǎo)和支持，教師可以隨時(shí)進(jìn)入虛擬場景與學(xué)生進(jìn)行交流和互動，解答學(xué)生的疑問和困惑；第四，在虛擬探究任務(wù)中，鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，嘗試使用不同的實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)手段來探究化學(xué)問題，并提出自己的見解和想法；第五，在虛擬探究任務(wù)結(jié)束后，學(xué)生需要整理和總結(jié)實(shí)驗(yàn)成果，并向全班進(jìn)行展示和交流，這不僅能夠提高學(xué)生的自信心和表達(dá)能力，還能夠促進(jìn)不同小組之間的學(xué)習(xí)和交流.

通過虛擬探究任務(wù)場景的支持，學(xué)生可以更加深入地了解化學(xué)知識、提高科學(xué)探究能力和合作精神，實(shí)現(xiàn)全面發(fā)展.

3 結(jié)束語

通過構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境、利用三維可視化技術(shù)以及創(chuàng)設(shè)虛擬探究任務(wù)場景，能夠有效地創(chuàng)新教學(xué)方式，豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，同時(shí)推動學(xué)生之間的互動合作，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力.這不僅有助于加深學(xué)生對化學(xué)知識的理解和記憶，提高學(xué)習(xí)效果，還能夠?yàn)閷W(xué)生未來的職業(yè)發(fā)展和社會適應(yīng)能力奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ).因此，應(yīng)該積極推廣和應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，以推動高中化學(xué)教育的現(xiàn)代化和高質(zhì)量發(fā)展.

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［責(zé)任編輯：季春陽］