利用虚拟现实技术提升高中化学教学互动性的策略分析

摘 要：随着科技的不断进步，虚拟现实（VR）技术在教育领域的应用日益广泛，特别是在高中化学教学中，VR技术为提升教学互动性提供了新的可能性.本文探讨了利用虚拟现实技术提升高中化学教学互动性的策略及其意义，通过构建虚拟实验环境、利用三维可视化技术展示分子结构以及创设虚拟探究任务场景，不仅能创新教学方式、增强学生的学习体验，还能促进互动合作、培养学生的综合能力.这些策略的实施，将有助于学生更好地理解和掌握化学知识，提高学习效果，为化学教育的现代化和高质量发展提供有力支持.

关键词：虚拟现实技术；高中化学教学；化学教学

中图分类号：G632

文献标识码：A

文章编号：1008-0333（2025）03-0125-03

收稿日期：2024-10-25

作者简介：田号，本科，中学二级教师，从事高中化学教学研究.

在高中化学教学中，如何借助现代科技力量，特别是虚拟现实（VR）技术，来丰富教学内容、优化学生学习体验、加强师生互动，已成为教学改革的新方向，虚拟现实技术以其独特的沉浸性和交互性，为化学教学提供了前所未有的可能性.本文将深入探讨虚拟现实技术如何助力高中化学教学，提出具体策略，以期实现教学方式的创新，为学生提供更加生动、直观的学习平台，进而推动化学教育的现代化发展.

1 利用虚拟现实技术提升高中化学教学互动性的意义1.1 创新教学方式，增强学习体验

传统的化学教学受限于实验设备、安全性等因素，学生难以进行所有的实验操作，从而影响了学生对化学知识的理解和掌握.而虚拟现实技术打破了这一限制，通过创建逼真的虚拟实验环境，学生能够在无风险的条件下进行实验操作，直观地观察化学反应过程，了解反应的原理和机制，极大地激发了学生的学习兴趣和好奇心.此外，虚拟现实技术还可以将抽象的化学概念、微观的分子结构等以三维可视化的形式展现出来.学生可以通过VR设备身临其境地进入分子世界，观察分子的结构和运动方式，从而加深对化学知识的理解和记忆.

1.2 促进互动合作，培养综合能力

在虚拟学习环境中，学生需要共同面对和解决各种化学问题，这种合作模式鼓励学生之间进行深入的交流和讨论，通过集思广益来找到最佳的解决方案.在这个过程中，学生不仅学会了如何与他人合作，还学会了如何倾听他人的意见，如何尊重他人的观点，以及如何协调不同的意见^[1].此外，虚拟现实技术还为学生提供了展示自我、锻炼能力的平台，在虚拟环境中，学生可以扮演不同的角色，承担不同的任务，从而锻炼自己的领导能力、组织能力、沟通能力等.

1.3 拓宽学习视野，提升学科素养

虚拟现实技术可以突破传统课堂的空间和时间限制，让学生置身于更广阔的学习领域中，通过虚拟现实技术，学生可以参观远程的化学实验室、工厂、科研机构等，深入了解化学知识的实际应用和前沿发展.此外，虚拟现实技术还能模拟一些罕见或难以观察的化学现象和过程，如原子核的衰变、放射性物质的辐射等，让学生对这些抽象和难以理解的概念有直观的认识.这种学习方式不仅拓宽了学生的知识面，还激发了学生对化学学科的浓厚兴趣和深入探索的欲望.此外，在提升学科素养方面，虚拟现实技术也发挥了重要作用^［2］.通过模拟实验和探究任务，学生需要运用所学的化学知识和技能来解决问题，这有助于培养学生的科学思维和问题解决能力.

2 利用虚拟现实技术提升高中化学教学互动性的策略

2.1 构建虚拟实验环境，增强互动学习体验

传统的实验教学受到场地、设备、安全等因素的限制，往往难以满足所有学生的实验需求，此时，虚拟现实（VR）技术的引入为解决这一难题提供了新的思路^[3].

在苏教版高三化学《有机化学基础》中，学生面对种类繁多、结构复杂的有机化合物，常常感到难以理解.为了帮助学生更直观地掌握有机化学的基本概念和反应规律，教师可以利用虚拟现实（VR）技术，构建一个互动性强、沉浸感深的虚拟实验环境.教师先需明确教学目标，即帮助学生深入理解有机化合物的结构、性质和反应规律；接着，收集与教学内容相关的素材，如三维结构模型、反应机理图等，为虚拟实验环境的构建提供基础；其次，在虚拟实验环境的设计上，教师需精心打造一个逼真的有机化学实验室，包括实验台、试剂架等；最后，设计各种有机化合物的三维结构模型，并设置相应的交互逻辑，使学生能够自由放大、缩小、旋转模型，从而全面观察有机化合物的空间结构.此外，教师还要模拟各种有机反应的过程和机理，让学生直观感受反应的本质和规律；并且选择一个适合VR开发的引擎或平台，如Unity、UnrealEngine等，将收集到的素材和设计的模型集成到VR应用程序中，为应用程序添加交互功能，如点击、拖动等操作，让学生在虚拟环境中进行实践操作和科学探究.

完成VR应用程序的开发后，教师需进行测试和优化，确保其在各种设备和网络环境下都能稳定运行，并根据用户反馈进行完善.

2.2 利用三维可视化技术展示分子结构，促进互动理解

三维可视化技术不仅能帮助教师更好地解释和演示分子结构等复杂概念，还能激发学生的学习兴趣，提高学习效果.下面，将深入叙述如何利用三维可视化技术来展示分子结构，促进互动理解.

教师开始要制作高质量的三维分子结构模型时，需要选择一款适合的三维建模软件，如Maya、Blender等，这些软件功能强大，提供了丰富的工具和插件，能够帮助教师精确地构建出各种复杂的分子结构.在建模过程中，教师需要参考教材或专业资料，确保分子结构的准确性和科学性.完成建模后，教师需要对模型进行材质贴图和灯光渲染，这一步的目的是使模型更加逼真，更具立体感，教师可以根据不同类型的化学键和原子选择不同的材质和颜色，以便学生区分和记忆.同时，适当的灯光渲染可以使模型更加生动，提高视觉效果.接下来，教师需要将三维模型导入虚拟现实引擎中，如Unity、UnrealEngine等，这些引擎提供了丰富的交互功能和强大的物理引擎，能够实现各种复杂的互动效果.在导入过程中，教师需要对模型进行优化和适配，以确保其在虚拟现实环境中能够流畅运行.

在虚拟现实环境中，教师可以利用引擎的交互功能，设计各种互动任务和挑战.例如，让学生在虚拟环境中自行搭建分子结构，通过拖动、旋转和缩放等操作，了解分子的空间构型和分子间作用力.此外，教师还可以设置一些探索任务，如让学生寻找特定类型的化学键或分析有机物的结构特点等，这些任务可以激发学生的学习兴趣和探究欲望，提高学习效果.除了基本的互动功能外，教师还可以利用虚拟现实引擎的物理引擎来模拟化学反应过程.例如，展示有机物分子中化学键的形成和断裂过程，帮助学生理解有机化学反应的机理和过程，这种模拟过程可以使学生更加直观地理解化学反应的本质和规律.在制作过程中，教师还需要注意一些细节问题.例如，要确保模型的尺寸和比例与实际相符，以便学生能够正确理解分子的大小和形态.同时，还需要注意模型的精度和细节，避免出现错误或误导学生的情况.

2.3 创设虚拟探究任务场景，推动互动合作学习

在高中化学教学中，为了更好地实现培养学生的科学探究能力和合作精神目标，可以利用虚拟现实（VR）技术创设虚拟探究任务场景，推动学生之间的互动合作学习.

虚拟探究任务场景是一种基于VR技术的沉浸式学习环境，它能够模拟真实的科学探究过程，让学生在虚拟环境中进行探究学习，与同伴一起完成探究任务，共同解决化学问题.在创设虚拟探究任务场景时，教师应根据教学内容和学生特点，设计具有挑战性和趣味性的探究任务.这些任务可以涵盖化学实验、化学原理、化学应用等多个方面，旨在引导学生通过实践探究来深化对化学知识的理解和应用^［4］.例如，在教学“电化学”时，教师可以设计一个关于“电解水实验”的虚拟探究任务，在虚拟场景中，学生需要组建团队，共同搭建电解水装置，并观察和分析电解过程中的现象和数据.通过团队合作，学生可以共同讨论实验方案、分析实验结果，并尝试解释电解水的原理和机制.在这个过程中，学生需要相互协作、交流思想、分享资源，共同解决问题，这种互动学习方式能够激发学生的学习兴趣和主动性，培养其团队合作能力和创新精神.同时，有了VR技术的支持，学生可以在虚拟环境中进行更加深入和全面的探究学习，提高学习效果和综合素质.

为了推动互动合作学习，教师可以采取以下措施：第一，根据学生的学习情况和兴趣特点，将学生分成若干学习小组，每个小组选出一名组长，负责协调和组织小组内的学习活动；第二，在虚拟探究任务开始前，设定明确的探究目标和任务要求，学生需要根据目标要求制定具体的实验方案和探究计划；第三，在虚拟探究过程中，提供必要的指导和支持，教师可以随时进入虚拟场景与学生进行交流和互动，解答学生的疑问和困惑；第四，在虚拟探究任务中，鼓励学生发挥创新精神和实践能力，尝试使用不同的实验方法和技术手段来探究化学问题，并提出自己的见解和想法；第五，在虚拟探究任务结束后，学生需要整理和总结实验成果，并向全班进行展示和交流，这不仅能够提高学生的自信心和表达能力，还能够促进不同小组之间的学习和交流.

通过虚拟探究任务场景的支持，学生可以更加深入地了解化学知识、提高科学探究能力和合作精神，实现全面发展.

3 结束语

通过构建虚拟实验环境、利用三维可视化技术以及创设虚拟探究任务场景，能够有效地创新教学方式，丰富学生的学习体验，同时推动学生之间的互动合作，培养学生的综合能力.这不仅有助于加深学生对化学知识的理解和记忆，提高学习效果，还能够为学生未来的职业发展和社会适应能力奠定坚实基础.因此，应该积极推广和应用虚拟现实技术，以推动高中化学教育的现代化和高质量发展.

参考文献：

[1] 张娟.虚拟现实技术应用于高中化学教学的实践与思考[J].中学化学教学参考，2023（05）：74-76.

[2] 常永侠，韦宏，马家伍.基于5G网络环境下高中化学虚拟实验教学的思考[J].科技视界，2021（28）：139-140.

[3] 向文心.虚拟现实技术在中学化学实验教学领域的设计与应用[J].教育现代化，2019，6（07）：128-130.

[4] 李中强.虚拟现实技术支持下高中化学实验教学的开展[J].教学与管理，2018（31）：61-63.

［责任编辑：季春阳］