虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在生物教學(xué)中的應(yīng)用

王丹

摘 要：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是仿真技術(shù)的一個(gè)重要方向，是仿真技術(shù)與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)接口技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多種技術(shù)的集合。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）主要包括模擬環(huán)境、感知、自然技能和傳感設(shè)備等方面。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于生物教學(xué)將會(huì)是教學(xué)技術(shù)發(fā)展的新突破。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) 虛擬教學(xué) 模擬實(shí)驗(yàn) 生物核心素養(yǎng)

在傳統(tǒng)課堂教學(xué)基礎(chǔ)上，現(xiàn)代課堂教學(xué)通過借助計(jì)算機(jī)、多媒體等教學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，教學(xué)效果有了顯著的提升，但是，伴隨著科學(xué)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)有的教學(xué)技術(shù)逐漸不再滿足課堂教學(xué)的需要。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有多感知性、交互性等特征，其多感知性，使其除了具備計(jì)算機(jī)帶來的視覺感知外，還具有聽覺、觸覺，甚至于味覺、嗅覺等感知;交互性，能夠讓體驗(yàn)者通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中的操作，獲得反饋，從而提高虛擬教學(xué)的實(shí)踐真實(shí)性。因此，生物教學(xué)借助于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，采取虛擬教學(xué)、模擬實(shí)驗(yàn)的方式，能夠給學(xué)生帶來新的教學(xué)感受，在課堂中感受自然、增長(zhǎng)見識(shí)，做到在課堂中走出課堂，著重于提高學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)。

一、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的教學(xué)應(yīng)用

通過在學(xué)校內(nèi)建設(shè)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)教室，提高虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用性，將名師優(yōu)課通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)展現(xiàn)在學(xué)生面前，提高名師優(yōu)課的應(yīng)用范圍，從而普及優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，使不同城市、不同學(xué)區(qū)、不同學(xué)校的學(xué)生都能夠享受到優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源。

生物學(xué)是研究生物（包括植物、動(dòng)物和微生物）的結(jié)構(gòu)、功能、發(fā)生和發(fā)展規(guī)律的科學(xué)，能夠幫助學(xué)生樹立正確的生命觀念，培養(yǎng)理性思維能力，建立科學(xué)探究意識(shí)，提高社會(huì)責(zé)任擔(dān)當(dāng)意識(shí)。鑒于課堂教學(xué)局限性，傳統(tǒng)的教學(xué)方式僅僅能夠傳授給學(xué)生理論知識(shí)，計(jì)算機(jī)、多媒體的應(yīng)用，也僅僅是給學(xué)生帶來視覺感知，走出課堂、走向自然帶來的成本和風(fēng)險(xiǎn)，使學(xué)生通過實(shí)踐來感知生物學(xué)的可能性大大降低。

借助于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，將生物（包括植物、動(dòng)物和微生物）的結(jié)構(gòu)、功能、發(fā)生和發(fā)展規(guī)律展現(xiàn)在學(xué)生面前，能夠使學(xué)生更好地理解生物學(xué)概念知識(shí)基礎(chǔ)上形成的生命觀念，使真實(shí)性與趣味性大大提高，便于讓學(xué)生接受，幫助學(xué)生養(yǎng)成崇尚科學(xué)的思維習(xí)慣，從而提高生物課堂的教學(xué)效果。目前，教育資源是不均衡的，優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源集中在發(fā)達(dá)城市，中西部地區(qū)及偏遠(yuǎn)鄉(xiāng)村，受制于地理位置、經(jīng)費(fèi)短缺、師資不全等局限性，目前的教學(xué)重點(diǎn)在于語(yǔ)數(shù)外等“主干”學(xué)科，理化生受制于教學(xué)資源的短缺，投入的師資力量及經(jīng)費(fèi)資源不足，導(dǎo)致各學(xué)科間發(fā)展不均衡，借助于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠?qū)?yōu)質(zhì)教學(xué)資源共享，從而促進(jìn)教育的均衡化發(fā)展。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)應(yīng)用

生物學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)教師、環(huán)境、器材要求較高，經(jīng)費(fèi)投入較大，因此，部分學(xué)校甚至沒有專業(yè)的生物實(shí)驗(yàn)室，即使配備了生物實(shí)驗(yàn)室的學(xué)校，因重要的生物實(shí)驗(yàn)往往需要大量的時(shí)間來展示實(shí)驗(yàn)過程，并且成本投入高、操作難度大，且具有一定的實(shí)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)，因此，許多學(xué)校僅僅選擇成本低、風(fēng)險(xiǎn)小的生物實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生來操作，失去了生物實(shí)驗(yàn)的教學(xué)意義。借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，能夠?qū)⒉僮鞣彪s、風(fēng)險(xiǎn)性高的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生通過虛擬實(shí)驗(yàn)的方式，獲得視覺、觸覺等感官體驗(yàn)，既降低了成本與風(fēng)險(xiǎn)，又帶來實(shí)驗(yàn)操作的趣味性。

由于專業(yè)的生物實(shí)驗(yàn)室對(duì)環(huán)境、設(shè)備、耗材要求高，因此可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建設(shè)的多學(xué)科共享實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)不同學(xué)科、不同年級(jí)、不同教學(xué)進(jìn)度的實(shí)驗(yàn)均能在借助于共享實(shí)驗(yàn)室來操作，從而提高實(shí)驗(yàn)室的使用效率，減少實(shí)驗(yàn)室的投入，降低實(shí)驗(yàn)室的管理難度。因虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)器材與耗材大多數(shù)也是虛擬的，所以，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要、教學(xué)章節(jié)，甚至于技術(shù)的發(fā)展，實(shí)驗(yàn)室的虛擬設(shè)備能夠借助于軟件來迭代更新，從而降低了實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與運(yùn)維的成本。

三、對(duì)生物教師技能提升的現(xiàn)實(shí)意義

隨著國(guó)家對(duì)教育的重視程度不斷提高，對(duì)教學(xué)資源的投入越來越大，每年均有大量的新建學(xué)校投入使用，因此，教師資源，尤其是教學(xué)名師奇缺，一方面隨著年齡的增長(zhǎng)，大量富有教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的優(yōu)秀教師退休;另一方面隨著教育行業(yè)的發(fā)展，對(duì)教師的需求越來越大。從而導(dǎo)致大量應(yīng)屆畢業(yè)生走上教師崗位，年輕教師具有旺盛的精力與豐富的理論知識(shí)，但是，往往課堂經(jīng)驗(yàn)較少，在高校學(xué)習(xí)過程中，課堂教學(xué)的實(shí)踐機(jī)會(huì)少，從而導(dǎo)致新教師走上講臺(tái)后，對(duì)教學(xué)的技巧和課堂的把控能力不足，影響教學(xué)效果。

借助于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，通過虛擬課堂，利用寒暑假期，加強(qiáng)新教師的課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的鍛煉，降低新任教師的培訓(xùn)成本、強(qiáng)化培訓(xùn)效果，重點(diǎn)是能夠大幅提升新任教師的教學(xué)能力與課堂的管理能力。

四、未來應(yīng)用的探究

在教學(xué)應(yīng)用技術(shù)方面，自計(jì)算機(jī)與多媒體在教學(xué)課堂推廣應(yīng)用以后，已經(jīng)很多年沒有發(fā)生改變。目前，無論是成人教育習(xí)慣于采取在線教育，利用互聯(lián)網(wǎng)做研究，觀摩線上教學(xué)視頻，以及使用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行的遠(yuǎn)程教學(xué)。隨著新技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，具有高度仿真的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將會(huì)很快走上發(fā)展的快車道，并將在教學(xué)中得到推廣使用。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)設(shè)備目前一次投入的初始成本較高，但是，伴隨著技術(shù)的進(jìn)步，其成本會(huì)逐漸降低，并且能夠在各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行普及。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在生物教學(xué)的使用中，需要一系列的硬件及軟件，還需要大量的精品教學(xué)資源、生物科普資源、案例教學(xué)資源、3D模擬展示課件，因此，生物教師對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用要求較高，需要掌握與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)教學(xué)相配套的教學(xué)設(shè)計(jì)方案、課程教學(xué)大綱、配套教學(xué)教案、配套教學(xué)PPT。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用會(huì)帶來新的教育變革，對(duì)推進(jìn)教育資源共享，加強(qiáng)課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的豐富性、拓展性具有重大的意義。借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，能夠幫助學(xué)生利用生物科學(xué)建立正確的生命觀念，培養(yǎng)理性思維能力，提高科學(xué)探究的積極性，因此，我們需要關(guān)注虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，使其能夠更快地投入到生物教學(xué)的使用中，提高生物教學(xué)的理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平。