【题目】浅谈 VR技术与初中化学学科的融合
【作者】李帅军 赵婄 王靖坤 陕西师范大学 陕西省西安市 710061

【来源】《中小学教育》>2021年14期

摘要：虚拟现实技术（VR）由于其强大的沉浸性、交互性等优势，打开了与多领域融合的大门。虚拟现实技术与教育领域下的各学科融合正处于探索阶段，在此背景下对VR与初中化学学科融合的相关文献进行研究，VR技术凭借其虚拟性、构想性、交互性等优势，成为解决化学教学中的一些危险实验无法演示、微观原理不易理解、学生被动学习的突破口，但是在融合发展的过程中，还存在硬件配置不完善、软硬件不适配等问题，有待进一步改善优化，并从课件设计上进行了探讨，为虚拟现实技术在化学学科上的应用提供参考。
关键词：虚拟现实技术 交互性 虚拟性
1 概述
VR技术又称虚拟现实技术，是以计算机技术为核心，融合传感器、眼动仪等技术，创造一个三维虚拟场景，通过手柄等设备实现人机交互。2016年，虚拟现实技术开始走进大众视野，并应用于医疗、教育、娱乐等多个方面。通过文献研究分析，VR在教育领域的研究较少，大多偏于理论研究，但在各个学科方面均有相关的VR研究叙述。基于该研究背景，本文将对VR技术在初中化学学科中的应用优势、不足之处、课件设计等方面进行论述。
2 VR技术在初中化学学科中的应用优势与不足
初中化学是整个化学的基础，教好初中化学，可以培养学生对化学的学习兴趣，对理解化学反应的原理、规范实验操作有着重要作用，局限于仪器设备短缺、实验有风险、经费不足等问题，学生可以自己操作实验的经验不是十分丰富，仅可以做一些操作简易、试剂便宜、危险系数较低的实验，一些涉及浓硫酸、浓硝酸的实验要么是通过教师演示，要么是观看视频，学生缺乏主观感受，造成知识点难以被学生真正内化吸收，动手能力不强，最终对化学产生消极情绪。VR技术的出现，可以解决化学实验教学的诸多问题。
优势一：利用VR的虚拟性，提升教学的安全性。在九年级上册中，测定空气中氧气含量的实验需要利用红磷与氧气反应来测量空气中氧气含量，红磷在燃烧时会产生刺激性有毒的五氧化二磷烟雾，对学生健康有害；在点燃混有氢气的集气瓶时，集气瓶会产生爆炸。利用VR技术的虚拟性，学生可以在虚拟环境中，放心大胆去操作，去观看实验现象，避免这些实验在现实当中操作所带来的威胁。
优势二：利用VR的构想性，聚焦化学微观世界，帮助学生更好的理解化学本质。VR的构想性是强调虚拟现实技术具有广阔的想象空间，不仅可以再现现实世界中的情境，也可以构建客观不存在或者是放大版的微观场景，例如乳化反应的微观变化、浓氨水与浓盐酸的微观反应过程等。微观下的变化以教师口述、视频观看的方式不利于学生对于知识点的理解，VR技术可以通过构建化学反应微观世界，让学生如临其境进行观看，生动形象的3D展示可以使学生留下深刻印象，便于知识点的理解。相关研究证明，在相同时间和不同内容方式的教学后立即进行的测试中，接受VR方式教学的学生，其测试平均成绩比接受传统方式教学的学生高出27.4%，经过两周不同方式的教学后，前者的测试平均成绩比后者的高32.4%[1]。
优势三：利用VR的交互性，吸引学生兴趣，创新评价方式。VR在创建虚拟现实情境的基础上，融入强大的交互技术，体验者可以利用手柄与虚拟场景互动。传统化学课堂，有些有趣的实验往往定格在教科书中，很少搬到实际层面，学生对于化学的兴趣由盛转衰，VR技术可以利用其交互性，在相应资源中融入人与情境的互动，提高学生的学习兴趣，同时可利用VR的特性创建学习评价模块，以新颖的评价方式帮助学生巩固知识，筑牢基础。
由于VR技术与化学学科的融合还处在探索阶段，全国仅在部分地区学校开展VR教学试点，虽取得很大成效，但在具体发展过程中还应注意完善以下不足：
不足一：硬件配置有待完善。当下的VR设备厚重，体验者要佩戴上一个笨重的VR“头盔”，佩戴时间过长还会引起头部不适，且现在的VR设备大都是连线使用，体验时受限于连线长度只能在一定区域内活动。另外针对于化学学科性质的特殊性，需要了解不同物质的不同气味，VR技术仍未突破气味模拟的技术难点。国外公司为配合VR游戏的发行，推出周边产品VR鼻罩，通过释放已储存在VR鼻罩两旁的气味来加强VR游戏的沉浸感，但是仅让人感受到味道是不够的，还需考虑如何在使用者做出操作后，设备能根据信息进行气味的适时模拟[2]。
不足二：软件与硬件的适配性差。当前由于不同厂家生产的VR设备型号不同，导致开发者设计的VR教学资源软件不能很好的适配上各种型号的硬件设备，造成每一种型号的VR设备有自己的VR教学软件，造成教学资源重复。这就需要相关部门与设备厂家等多方共同协商，共建一个“VR＋教育”的良好生态环境。
3 课件设计
课件设计主要是指利用VR技术对初中化学相关知识点进行设计，主要包括场景搭建、交互设计、脚本制作三方面。场景的搭建中，模型制作是重点内容，工作量大，主要依靠一些主流的3D模型设计软件来完成，把现实化学教学场景中的各种实验仪器、化学材料及模型等进行虚拟还原，以逼真的视角呈现给体验者，同时融入交互设计，在遵循实际原则的基础上，让体验者在虚拟环境中利用手柄实现对实验物体的抓取操作、放大缩小及更深层次的交互。脚本的制作需要根据实验要求及教学内容进行详细规划，可以适当把要讲的知识点以各种趣味性形式展开，目前成型的VR化学课件多数只是把化学实验室的一系列配套器材搬入虚拟环境，然后让体验者自行操作体会，缺乏生动的情境引入、过程性评价等环节。一个好的VR课件需要一个好的脚本制作为支撑点，不断细化脚本中所涉及的交互内容及场景搭建，才能最终打造出一个优秀的VR教学课件。

4 总结
VR与教育的融合目前仍处于探索阶段，但所取得的进展均表明VR在各学科上能发挥自己的巨大优势，为学习者提供一个全新的学习方式，促进学习者对知识点的内化吸收。基于VR的化学课件虽有不少成型案例，但局限于VR软硬件技术等原因，未能在教学上广泛使用，VR与化学学科的融合不仅要旨在利用VR的技术特性来攻克一些危险的化学操作实验，更要聚焦化学中各种微观反应原理、晦涩难懂的知识点进行精心设计，凸显VR技术的趣味性、交互性，帮助学生更好的理解化学，爱上化学，VR作为一个新型的教学技术和手段，必将在信息时代的教育教学进程中发挥重要作用。
参考文献
[1]吴锋.虚拟现实(VR)技术在中学高危化学实验教学中的运用初探[J].化学教学,2020(06):58-61.
[2]陈诗蔚,爱范儿.在VR世界里感受气味?[J].商业观察,2016(10):50.

侵删。