浅谈虚拟现实与农学课堂教学的有机整合

刘涛

摘要：随着虚拟现实技术的发展与成熟，其在逐步渗透到教育行业中。在医学、设计、管理等教学环节均起到一定的作用。将虚拟现实技术应用到农学课堂中可以提升学生求知欲，增强对知识点的描述和难点的解析，扩大课堂信息量并增强课堂互动性，从而获得良好的教学效果。本文对虚拟现实技术对农学课堂教学提升的作用进行了初步探讨。

关键词：虚拟现实；农学课堂；整合

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）25-0169-02

虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术是一种以现代信息技术为基础，综合多种相关学科知识体系，形成对真实环境和场景的数字化再现[1]。随着虚拟现实技术的飞速发展，其逐渐成为一种人类认知自然、模拟自然，进而更好地利用自然的一种强有力手段。关于虚拟现实技术的教学研究发现，虚拟现实的学习环境对学生的学习具有巨大的辅助作用[2]。虚拟现实技术的使用可以帮助用户循序渐进地认识知识点，使用户掌握更多的知识，并掌握全新的学习过程和认知观念[3]。农学专业一般面向作物生产，学习作物生长发育和遗传规律等方面的基本理论和基本知识。最好的学习方式则是理论联系实际，课堂上学习作物生长发育规律，结合专业实践课程深化学习，从而达到学以致用。然而目前农学专业的课堂学习无法达到与作物生长同步进行，课堂学习多通过示意图或照片等形式增加学生对作物本身的认可，这种静态的表现形式无法让学生有设身处地的感受。将虚拟现实技术应用到农学课堂中，可以借助其感知性、交互性、沉浸性和构想性等特点对课堂进行优化。通过虚拟现实技术实现农田的再现，改变了传统教学的图片、视频和文字的表示方式，使教学环境更“接地气”。学生可以通过虚拟农田进行漫游，以实现更加直观的观察与学习；通过虚拟现实技术可以打破农学实践教学中时间、季节和地域的限制，实现所有作物的随时随地学习；其次虚拟现实对显微环境的模拟，使原本复杂的微观学习过程更加生动，更加高效；通过虚拟现实技术实现虚拟实践，在农学课堂的实践环节中，借助虚拟现实技术开发虚拟植物、虚拟工具和虚拟场景等来增加学生在实践环节的体验感。

一、运用虚拟现实技术激发学生的学习兴趣

兴趣会充分调动学生的主观能动性，进而提高学生的上课积极性。农学课堂中信息技术的引入，给教学过程增加了许多活泼的元素，多媒体、声音和影像资料等比单纯的文字更能吸引学生。而随着这些信息技术的普及，对学生的吸引力也逐渐下降。新的、更具有感染力的教学工具需要被引入课堂。教师通过虚拟现实技术在课堂上向学生们呈现农作物的内部结构特征或是生长发育特征，让学生在课堂上能够有身临其境的感受，将抽象的农学知识具体化、形象化和简单化。虚拟现实技术能够形象地向学生展示知识要点，进而增强学生对专业知识的兴趣，收到良好的教学效果。

二、运用虚拟现实技术突破农学课堂教学难点

农学专业教学中，涉及到作物一生的生长规律变化，单纯地用文字或者图片无法给学生带来直观的感受，课堂理解不够深刻。同时，作物田间生育时间过长，通过田间学习可以增强学生对作物某一个阶段生长特性的认识，而无法掌握作物一生的变化。虚拟现实技术可以通过计算机模拟产生一种三维虚拟环境，包括三维的作物细胞、叶片微观结构、作物植株形态[4]。并借助特殊的人机接口技术，给学生和老师带来视觉、触觉、听觉等多通道感官模拟，使课堂中的每个人沉浸在高度的仿真环境中。借助虚拟现实技术可以使学生轻松地掌握作物的内部结构和生长规律等知识点，在轻松的学习环境中掌握每一个知识点。

三、虚拟现实技术增加农学课堂信息的直观比较

农学课堂涉及到的作物种类繁多，作物的生育特征容易混淆，而不同的作物往往由不同的教师负责，无法实现比较性教学。利用虚拟现实技术可以将不同作物的生长特性集成到虚拟现实软件中，在课堂上给学生以直观的比较性认知，更能深入地了解不同作物的生长特性和生长环境。在教学各环节中可以利用虚拟现实技术传递比较信息，从不同作物的比较到相同作物不同生长条件的比较，给学生以更加全面和直观的认知，达到好的教学效果。

四、虚拟现实技术对环境因素的模拟

作物生长受到光、温、水、气、肥和土壤等外界环境因素的影响，这也是农学研究与教学环节中的重要组成。农学专业学生在了解作物内部结构和生长规律的同时，需要对作物受不同环境因素影响后发生的变换有所了解。而不同的环境因素通過常规手段很难展示和模拟。目前农学课堂多通过静态图片或是视频资料进行展示，如：作物遭受低温时的变化、缺水条件的长势，这虽然能给学生带来直观的感受，但环境因素改变时，作物的生长动态较模糊。若将虚拟现实技术与作物生长模型相结合[5]，可以动态地描述作物在不同外界环境下的生长过程，使学生能够更好地理解作物生长。

五、模拟练习

虚拟现实技术的模拟训练在军事领域中有着较好的应用，而在教育行业中模拟练习也是一个很好的教学案例。在医学教学中可以利用虚拟现实进行模拟解剖练习，在工程领域可以进行汽车模拟驾驶测验、模拟装配训练等[6]。在农学领域，虚拟现实有着更大的模拟练习前景。如模拟种植练习，教师可以通过模拟练习的反馈结果及时纠正学生的错误行为；模拟实验练习，通过模拟实验增加学生对信息的直观理解，增加真实实验准确性和安全性。利用虚拟现实在农学教学中设置模拟练习，一方面降低了练习的成本，增加了练习的效率；另一方面教师可以准确获得反馈信息，更加容易对测验进行管理和评估；更重要的是增加了练习的效果和实验的安全性。

六、充分发挥好虚拟现实的辅助教学作用

虚拟现实技术作为一种教学手段，始终是一种辅助性手段，教师在农学课堂教学过程中应处理好虚拟现实技术与传统教学的关系。虽然虚拟现实技术在教学信息传递上具有一定的优势，但过多地依赖虚拟现实仍会造成如教学重点不突出、使用疲劳等现象。教师应将传统教学与虚拟现实技术有机地结合，同时利用虚拟现实技术、多媒体、计算机网络等教学方式，取长补短，合理安排教学计划中虚拟现实所占的比例。同时，教师应提高自身的知识水平，利用好虚拟现实技术，而不是对其产生依赖。过多地在课堂中使用虚拟现实技术会使学生产生疲劳感，应在传统教学手段难以生动形容的部分引入虚拟现实技术。

七、总结

随着经济的快速发展，社会对农业人才的需求也发生了较大的变化。在新的课程标准要求下，课堂上应充分发挥学生的主体作用，发挥学生的主观能动性。在农学课堂中应充分利用虚拟现实技术，一方面使用其增强传统教学中难以描述的知识点的表达，另一方面通过其新颖的表达方式调动学生学习的主观能动性。通过虚拟现实的知识点三维再现，开拓学生的思维方式，增加学生的求知欲，让学生在互动交流中提高自身综合素质。另外，教师应加强学习，提高虚拟现实技术相关的教学水平和教学技能。

各种虚拟现实技术应用的研究表明[7，8]，在高校教育中利用虚拟现实技术可以生动形象地表现教学内容，提升学生掌握知识和技能的效率。学生借助虚拟现实技术可以更直观、更轻松地了解教师的教学思想和內容。就农学课堂教学内容而言，虚拟现实技术的引入更有利于复杂教学环境的创设和抽象植物结构的精准表达；就课堂教学手段而言，虚拟现实技术提供了一种更加直观和形象的信息传递方式。总而言之，虚拟现实技术作为一种新的、前瞻性的科学技术，在农学课堂中将会有很好的应用前景。

参考文献：

[1]Mujber T.S.；Szecsi T.；Hashmi M.S.J.Virtual reality applications in manufacturing process simulation.J MATER PROCESS TECH.2004：155-156，1834-1838.

[2]李建荣，孔素真.虚拟现实技术在教育中的应用研究[J].实验室科学，2014，17（3）：98-100.

[3]蔡妍.基于虚拟现实技术的酒店管理教学[Z].中国培训.

[4]林峰.虚拟现实技术与增强现实技术在数字图书馆中的应用[J].海峡科学，2017，（3）：92-94.

[5]周彤，等.几种常见作物模型的研究进展及其参数优化[J].上海农业学报，2017，（4）：152-159.

[6]胡卫红，等.虚拟现实技术在教育教学中的应用与研究[J].山东省青年管理干部学院学报，2007，（6）：139-141.

[7]况扬，汪欣.虚拟现实技术在教育教学中的应用[J].中国成人教育，2016，12（10）：110-112.

[8]卢洁虹.基于虚拟现实的中等卫生职业学校实训教学模式构建与应用研究[D].广东技术师范学院，2016.