VR技術(shù)在高中生物學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用初探

司馬曙霄 秦偉強(qiáng)

摘要 從VR技術(shù)的概述、VR技術(shù)在高中生物學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用及VR技術(shù)在現(xiàn)實(shí)實(shí)踐中存在的局限性等方面進(jìn)行闡述，從而更好地促進(jìn)高中生物學(xué)教學(xué)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞 VR技術(shù) 信息化 生物學(xué)教學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)G633.91

文獻(xiàn)標(biāo)志碼B

1 VR技術(shù)概述

VR （VirtualReality）即虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，又叫靈境技術(shù)，是由計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)生成一種虛擬環(huán)境，這種虛擬環(huán)境通過(guò)計(jì)算機(jī)構(gòu)成三維空間，或把其他現(xiàn)實(shí)環(huán)境編制到計(jì)算機(jī)中產(chǎn)生逼真的虛擬環(huán)境，并通過(guò)多種專(zhuān)用設(shè)備，讓用戶進(jìn)入到該環(huán)境中，從而使用戶在視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、味覺(jué)等多種感官上產(chǎn)生一種沉浸于虛擬環(huán)境的技術(shù)。2017年，湖南省懷化市武陵中學(xué)建成首個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)VR超級(jí)教室，標(biāo)志著VR技術(shù)已成功應(yīng)用于基礎(chǔ)教育教學(xué)中。2018年，教育部印發(fā)《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》，提出以人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、VR等新興技術(shù)，積極倡導(dǎo)智慧教育。VR技術(shù)能夠交互性地提供多種感知的綜合信息，構(gòu)建相對(duì)真實(shí)的虛擬場(chǎng)景，其多感知性、沉浸性、交互性及構(gòu)想性的技術(shù)特征將改變傳統(tǒng)多媒體教學(xué)的現(xiàn)狀并在教育教學(xué)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

2 VR技術(shù)在生物學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

2.1 在生物學(xué)微觀水平到宏觀水平教學(xué)中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的多媒體技術(shù)，如普遍使用的PPT課件，教師能夠把微觀的基因細(xì)胞呈現(xiàn)給學(xué)生，但學(xué)生和教師無(wú)法走進(jìn)這個(gè)場(chǎng)景，VR技術(shù)卻能給學(xué)生身臨其境的感受。如在人教版《必修1.分子與細(xì)胞》模塊中的“細(xì)胞的生命歷程”一章中，學(xué)生利用VR技術(shù)進(jìn)入細(xì)胞場(chǎng)景中，直觀體驗(yàn)細(xì)胞的分裂、分化、衰老和癌變及其癌變的機(jī)制。在細(xì)胞癌變中，學(xué)生把正常細(xì)胞和癌細(xì)胞“拿過(guò)來(lái)”從形態(tài)結(jié)構(gòu)、甚至基因水平進(jìn)行比較，也可以在這個(gè)場(chǎng)景中體驗(yàn)致癌物質(zhì)如尼古丁在進(jìn)入身體中如何引起基因突變而導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生癌變，以及癌細(xì)胞如何發(fā)生轉(zhuǎn)移等。這個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程就像播放電影，學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的興趣更加濃厚了，對(duì)于相關(guān)知識(shí)掌握更加牢固，從而輕松突破教學(xué)難點(diǎn)。

通過(guò)VR技術(shù)，學(xué)生足不出戶就可以領(lǐng)略漫天黃沙的沙漠生態(tài)系統(tǒng)，也可感受騎著馬兒奔馳在呼倫貝爾大草原上，同時(shí)也領(lǐng)略熱帶雨林中精明的捕食者的風(fēng)范，或暢游在深海中，與各種魚(yú)類(lèi)、珊瑚等海洋生物為伴，認(rèn)識(shí)奇妙的海底世界。回到1978年3月17日，滿載著23萬(wàn)噸原油游輪的阿莫科·卡迪斯號(hào)在法國(guó)布列塔尼附近觸礁，造成原油泄漏，100多英里的法國(guó)海岸被污染，成百萬(wàn)的海洋動(dòng)物死亡。近似真實(shí)的場(chǎng)景可以在引導(dǎo)學(xué)生理解生物多樣性和生態(tài)多樣性的前提下，加強(qiáng)對(duì)生物和環(huán)境的保護(hù)意識(shí)，從而進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。

2.2 在生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為高中生物學(xué)教學(xué)的重要組成部分，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力至關(guān)重要。在高中階段，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地、教育經(jīng)費(fèi)、時(shí)間有限等方面的原因，很多實(shí)驗(yàn)不能認(rèn)真完成或根本無(wú)法進(jìn)行，很多時(shí)候教師把做實(shí)驗(yàn)變成“講實(shí)驗(yàn)”“說(shuō)實(shí)驗(yàn)”或“考實(shí)驗(yàn)”，結(jié)果導(dǎo)致學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的操作積極性差，動(dòng)手能力差。另外，有些實(shí)驗(yàn)會(huì)造成大量材料的浪費(fèi)，如在解剖課中需要大量的解剖材料，這與保護(hù)生物多樣性的理念不合。VR技術(shù)拓寬了教育教學(xué)的廣度，打破了教學(xué)條件的限制，在確保實(shí)驗(yàn)安全性的前提下，克服了現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)教學(xué)的局限性。再例如，孟德?tīng)枤v經(jīng)8年完成的豌豆雜交實(shí)驗(yàn)，在高中生物實(shí)驗(yàn)課堂中根本沒(méi)法開(kāi)展，但在VR實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生可以追隨孟德?tīng)柕淖阚E來(lái)還原他的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)統(tǒng)計(jì)，從而得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，甚至可以縮短或改進(jìn)某些實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，進(jìn)一步獲取科學(xué)探究的基本方法以及培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探索精神。

2.3 應(yīng)用于現(xiàn)代生物技術(shù)案列

基因工程的知識(shí)內(nèi)容抽象難以理解，學(xué)生只能通過(guò)死記硬背方式學(xué)習(xí)記憶，但是在考試中容易忘記，大多數(shù)學(xué)生對(duì)該專(zhuān)題的知識(shí)內(nèi)容很感興趣，卻又覺(jué)得這些“高科技”與自己遙不可及。學(xué)生通過(guò)VR技術(shù)扮演科學(xué)家的角色，自己動(dòng)手來(lái)完成基因工程相關(guān)操作。如面對(duì)當(dāng)?shù)鼗ń樊a(chǎn)業(yè)中花椒容易被凍的情況，學(xué)生利用基因的“剪刀”從一種深海魚(yú)類(lèi)的體內(nèi)取出抗凍基因，然后用連接酶獲取重組質(zhì)粒后導(dǎo)入受體細(xì)胞，最后檢測(cè)目的基因的表達(dá)，從而解決身邊的現(xiàn)實(shí)存在的生物學(xué)問(wèn)題，以培養(yǎng)社會(huì)責(zé)任感。學(xué)生通過(guò)這種實(shí)際的操作學(xué)習(xí)，對(duì)基因工程的基本操作過(guò)程了如指掌，如對(duì)質(zhì)粒和目的基因都要用同種限制性內(nèi)切酶進(jìn)行處理，目的基因的檢測(cè)的方法，在操作的過(guò)程中應(yīng)注意的事項(xiàng)等。在角色的扮演中，學(xué)生不僅有了創(chuàng)新的成就感，也大大增強(qiáng)了求知欲，使教與學(xué)都變得更加高效。這就是VR虛擬現(xiàn)實(shí)教育帶給學(xué)習(xí)者沉浸式的直觀體驗(yàn)。

3 VR技術(shù)在教學(xué)中的局限性

VR教育在實(shí)踐和推廣中，也不可避免地遇到了一些現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。首先，VR技術(shù)不夠成熟，如學(xué)生如果長(zhǎng)時(shí)間佩戴VR眼鏡會(huì)出現(xiàn)眩暈等不良癥狀。其次，部分學(xué)生在VR技術(shù)體驗(yàn)過(guò)程中一味沉浸在該技術(shù)所帶來(lái)的樂(lè)趣，而忽視最重要的目的——學(xué)習(xí)。最后，完成VR虛擬場(chǎng)景的建模，需要大量的經(jīng)費(fèi)投入，教師需要進(jìn)行電腦相關(guān)技術(shù)培訓(xùn)，耗時(shí)耗財(cái)。

4 展望

VR技術(shù)作為一種新型的教學(xué)媒體，不僅改變傳統(tǒng)的教學(xué)方式，而且為教學(xué)帶來(lái)更多的趣味性、新穎性和創(chuàng)造性，存在著無(wú)限的優(yōu)勢(shì)和潛力。該技術(shù)打破了傳統(tǒng)的單向傳授知識(shí)的教學(xué)模式，讓學(xué)生最大程度參與到學(xué)習(xí)中，為培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維提供了豐富的資源和便利的空間。雖說(shuō)任何一項(xiàng)新技術(shù)在應(yīng)用初期都會(huì)暴露出一些缺陷，但隨著信息技術(shù)的進(jìn)步，VR技術(shù)會(huì)越來(lái)越完善，將會(huì)更好地應(yīng)用于教育教學(xué)之中。

參考文獻(xiàn)：

[1]汪成為等，靈境技術(shù)的理論實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用[MI北京：清華大學(xué)出版社，1996.

[2]鄒湘軍，孫建，何漢武.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的演變發(fā)展與展望[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2004，16（9）：1905-1909.

[3]朱正威，趙占良普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)·生物·必修1.分子與細(xì)胞[M].北京：人民教育出版社，2007.

[4]中華人民共和國(guó)教育部.普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[s].北京：人民教育出版社，2018.

[5]趙發(fā)茂.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在生物學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[J].生物學(xué)教學(xué)，2003，28（8）： 23-25.

[6]李俊.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高中生物教學(xué)中的應(yīng)用設(shè)想[J].中小學(xué)信息技術(shù)教育，2018，（1）：64-66.