虚拟现实定义及其在化学实验教学中的应用

罗永霞　罗仁甜　马明慧　赵龙

摘 要 随着社会的不断进步，技术的发展脚步也不断加快，跟随人们生活的方方面面，尤其在教育领域相关的科技产品和技术发展日新月异。VR 技术在当今已经不是什么新鲜事，对VR技术的应用无论是教育、医疗、教学都越来越广泛，但其应用仍处于探索阶段。由于 VR 技术本身具有交互性、构想性等3I特征，使VR技术在教育中经常能够使受教育者身临其境，展开联想，获得最优的教学效果。因此，设想 VR 技术在化学实验教学中的應用，不但涉及到该技术本身应用前景的拓展，更能够为学生和教师提供多种手段更好的学习和教育。VR是影响深远的、有潜在应用价值的新技术，能够缩小教育与社会需求之间的差距，改变学习者的思维方式，甚至会影响学习者对世界、时空和自我的看法。它是继多媒体和计算机网络后的一种全新的新技术，是一种非常适合于化学实验教学的新模式，并能实现教育内容从虚拟到现实的教育新技术。

关键词 虚拟现实 3I特性 虚拟实验

中图分类号：G642 文献标识码：A

笔者通过拜读近三年（2015年-2017年）的文献，了解到VR技术介入使得教育的教学模式、教学形式、教学评价方式发展潜在的变化，并使教与学相关的过程也变得多元化。虚拟现实技术为人们提供了一种理想的教学手段，目前在国外己被广泛应用在军事教学、体育训练、医学实习和一些普通中学的实际教学中。国内一些高校在虚拟现实的许多领域都进行了相关的课题研究。笔者通过阅读相应的文献，总结一下VR技术的定义并基于已有文献提出VR技术应用到化学实验教学中的优劣势。

1介绍

本文第一部分主要对VR技术进行基本的概述，第二部分主要VR技术应用到化学实验教学中的优势与弊端进行了分析，并总结了VR技术应用到化学实验教学中的作用，剩余部分笔者提出了个人展望及建议。

笔者通过阅读国内外与VR技术的相关概述和其在化学教学中的应用的文献，然后对VR技术概述和化学教学应用（化学实验应用为主）做了整理和简要分析，并对20篇参考文献做了归纳。

1.1虚拟现实定义

虚拟现实的英文简写Virtual Reality。它是一种仿真模拟技术，让用户有一种身临其境的感觉。

虚拟现实定义没有一个统一的标准，大多数学者都统一认为虚拟现实技术是一种模拟仿真技术。

虚拟现实技术，简称为VR技术，它是集计算机图形与多媒体技术、传感器技术、人机交互技术、网络技术、立体显示技术以及仿真技术等多种科学技术于一体综合发展起来的计算机领域的新技术；也是由计算机生成的、模拟人类感觉的世界的实时表表达，有时也称为虚拟环境。

虚拟现实技术是一种虚拟的场景，使用户有种交互-想象-沉浸的感觉。VR的核心是人工智能和计算机视觉，动态环境建模技术、立体显示和传感器技术、系统开发工具应用技术、实时三维图形生成技术、系统集成技术是VR的关键技术。

1.2 VR应用于实验教学的优劣势

1.2.1优势

VR技术应用到化学实验优势：

（1）激发学生学习化学的兴趣，也培养学生的思维和探索能力；

（2）因人施教、因材施教，提高学生学习的主动性；

（3）拓展化学学习的多维度空间，彻底打破时间、空间的限制；

（4）通过虚拟实践获得隐性知识；

（5）弥补教学条件的不足，避免危险；

（6）创设良好的虚拟学习环境，实现“真实情景”下的形象化教学.

VR技术在化学教学中，不仅有效地解决了学校经费，而且还及时地缓解了学校实验设备不足、老化、更新度不够的问题。同时排除了化学实验本身的诸多制约条件，例如反应物质有毒有害，污染环境，反应现象过于剧烈，有危险性，反应时间过长不利于学生观察反应现象等，VR技术使微观实验宏观化、静态现象动态化、抽象知识形象化、复杂工艺简洁化、昂贵实验仿真化，给传统实验教学带来新的生机和活力。

1.2.2弊端

（1）学习者完全沉浸在游戏的世界里，容易引起学习者沉迷，增加了设计的难度；

（2）VR 技术应用于化学实验中，作为一种新环境使教学设计面临巨大挑战；

（3）VR技术应用于教学处于萌芽阶段，由于技术难度使资源开发与设计成熟度不够高，应用于教学中效果达不到预期效果；

（4）需要投入大笔的资金购置相应的设备，而且教师要想应用还这项技术还需要进行培训，使教师掌握这些技术，然后帮助学生学习知识；

1.3个人展望及建议

笔者认为VR技术应用到实验教学中，相关设计人员、学校以及使用者应该遵从一下几点：

（1）老师应该转变教学的实验观念，并增强软件应用能力；

（2）学校应该不断提高学校自身的硬件实施水平，来满足学生需求；

（3）从事教育的设计者和教育者转变传统教育模式，才能设计出更高效的产品供教学使用，提升学生实践动手能力。

随着时代的快速发展和不断进步，VR技术在教育教学领域的应用必将会越来越广泛，对于化学实验教学来说，虚拟现实技术可能是其中的一种，教师要想应用好这些新技术，必须树立终身学习理念，不断的学习新知识，提升自己的教学能力，有效的应用这些技术，从而促进了学生的成长和发展。

2 Method

2.1研究方法

由于VR技术本身应用还处于初级阶段，国内尚没有几篇关于VR技术在化学实验教学中的应用文献，所以笔者从其他相关方面着手进行文献检索。比如：以“VR技术”、“虚拟现实技术”、“化学实验教学”等内容为重点，进行检索，通过搜集并整理国内外相关文献，以挖掘可用的资料，为基本概念的界定以及应用状况也提供了有力的依据。

3 Conclusion

学校应用 VR 技术，不仅有效地解决了学校经费，而且还及时地缓解了学校实验设备不足、老化、更新度不够的问题。VR技术应用于教育教学中，不仅能更好地营造良好的教学氛围，还能最大程度地提高学生的实践能力以及掌握知识技能的能力。而VR技术应用到化学实验教学中，使学生能最大限度地参与到化学实验，进行知识的探究，调动了学生的参与热情，激发了学生的学习兴趣，又能激发学生的启发思维，真正成为学习的参与者，学生的创新意识和能力得到培养，培养一种科学严谨的态度。

将VR技术引入到化学实验当中，第一，由于实验场地有限、设备费用高昂、材料消耗较大运用。不仅可以在计算机上建立虚拟仪器设备、虚拟实验室、虚拟实践基地，创造接近于实际的技能仿真训练环境，还能够借助计算机优化实践教学的环境。VR 技术，使实践教学环境的虚拟化，能够较好地解决实践场地限制、装备损耗等一些列问题；第二，传统实验由于时空限制较大，不能使学生反复操作实验，突破实践教学的时空限制，实现反复的、无危险的情境式实践教学；可以在任何时间、地点将特定的对象和发生的事件单独呈现或进行有机组合的教学内容与虚拟环境。同时学习者不受时空的制约，随时随地可进入学习环境，自主安排学习的进度，进行“虚拟”的实践体验并从中获取经验，在反复探索中充分发挥学习的主体性与实践的积极性；第三， VR 具备的声、图、文并茂功能，可以为学生创设逼真的学习场景、可以给予多重感官刺激，还可以提供太懂得人机交互，既增强了体验者的沉浸感，又使学生得到了放松，并获得了愉悦、有趣的心情，从而激发了学习的兴趣，更便于实验的顺利进行。

作者简介：罗永霞（1994-04），女，回族，宁夏中卫人，西北师范大学教育技术学院，研究方向虚拟现实技术。

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