虛擬現(xiàn)實與農(nóng)學(xué)課堂教學(xué)的有機整合

張 峰

(皖北經(jīng)濟技術(shù)學(xué)校，安徽 阜陽 236400)

1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展歷程

虛擬現(xiàn)實技術(shù)最早的開發(fā)案例可以追溯到20世紀末期。1954年，第一款虛擬現(xiàn)實設(shè)備誕生，其集成了大量當時最為先進的信息硬件技術(shù)，能夠通過互動外設(shè)輸出3D視覺信息。這臺設(shè)備本質(zhì)上屬于觸屏運動設(shè)備，包含顯示屏、環(huán)繞揚聲系統(tǒng)、嗅覺模擬裝置以及可調(diào)節(jié)座椅等硬件。體驗用戶能夠在座椅上通過顯示屏享受一些由贊助商拍攝的短片，具備一定的商業(yè)化性質(zhì)。在當時，能夠提供高科技信息體驗的設(shè)備數(shù)量寥寥無幾，因此這臺虛擬現(xiàn)實設(shè)備的發(fā)布震驚了當時的新聞界，取得了一定的社會效應(yīng)。然而，由于當時信息化硬件發(fā)展的物理限制，這臺設(shè)備的處理速度十分緩慢，無法支撐過于復(fù)雜的3D信息顯示。同時，其體積以及重量較為龐大，不便于移動展示[1]。因此，這臺設(shè)備最終銷聲匿跡，沒有取得商業(yè)收益。但是后續(xù)科學(xué)家并沒有放棄對虛擬現(xiàn)實設(shè)備技術(shù)的研究，自1982年商用虛擬現(xiàn)實設(shè)備RB2發(fā)布以來，大量的新穎技術(shù)被應(yīng)用在設(shè)備的研究過程中，使其性能以及效果不斷提升。終于，在2008年末，網(wǎng)絡(luò)商業(yè)募捐項目OCULUS RIFT成功投入生產(chǎn)，為用戶帶來了靈活、強大的視覺體驗，打下了虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)。2015年，競爭產(chǎn)品HTC Vive進入商業(yè)應(yīng)用，虛擬現(xiàn)實技術(shù)進入了黃金時代。

2 虛擬現(xiàn)實對農(nóng)學(xué)課堂的應(yīng)用效果

隨著相關(guān)技術(shù)應(yīng)用的快速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)走進了自然科學(xué)教學(xué)、特種行業(yè)教學(xué)、網(wǎng)上授課教學(xué)等多個應(yīng)用方面。通過對這種技術(shù)的應(yīng)用研究顯示，有效應(yīng)用虛擬現(xiàn)實能夠?qū)W(xué)生的課堂學(xué)習(xí)效率提升發(fā)揮輔助作用，幫助他們快速理解原有的抽象知識點，從而增強整體學(xué)習(xí)質(zhì)量，深入掌握新的知識概念。農(nóng)學(xué)課堂的授課內(nèi)容主要包括作物種植、養(yǎng)護、收割等多個層次的知識，同時還需要學(xué)生掌握植物的生長遺傳等生物內(nèi)容理論。這些知識點的抽象程度較高，不易被學(xué)生直接理解，容易導(dǎo)致課堂效率下降，學(xué)生產(chǎn)生厭煩情緒等問題，影響農(nóng)學(xué)授課效果。因此，農(nóng)學(xué)授課需要結(jié)合現(xiàn)實因素，讓學(xué)生對農(nóng)作物的生長規(guī)律產(chǎn)生興趣，進而結(jié)合實踐進行內(nèi)容學(xué)習(xí)。然而，當前的農(nóng)學(xué)課堂仍然在普遍應(yīng)用傳統(tǒng)教學(xué)方法，通過課件PPT、記錄視頻等方式進行授課。這種授課形式既不能讓學(xué)生產(chǎn)生直觀的認識，也無法激發(fā)他們的主觀能動性。因此，教師需要尋求全新的授課形式，提高教學(xué)效果。在虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用逐漸成熟后，教師可以利用這種技術(shù)，結(jié)合農(nóng)學(xué)課堂形式，發(fā)揮其互動、沉浸的主要特征，增強授課效果。虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對傳統(tǒng)授課內(nèi)容形式的轉(zhuǎn)換，讓學(xué)生感到身臨其境的體驗。例如，教師可以設(shè)置虛擬農(nóng)田環(huán)境，讓學(xué)生進行農(nóng)作物的觀察，學(xué)習(xí)如何進行播種以及管理。虛擬現(xiàn)實技術(shù)不受農(nóng)學(xué)實踐的時間影響，能夠在任何季節(jié)、任何地點對任何農(nóng)作物種類進行研究，大幅提高了教學(xué)的靈活性。其次，得益于虛擬現(xiàn)實的超高分辨率，學(xué)生能夠?qū)ξ⒂^環(huán)境進行模擬觀察，使原本復(fù)雜抽象的農(nóng)學(xué)知識變得生動、有趣，促進他們的主觀積極性提升[2]。在授課過程中，教師應(yīng)當使用虛擬現(xiàn)實開發(fā)套件，創(chuàng)設(shè)虛擬場景，達到增強學(xué)生體驗的目標。

3 虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用在農(nóng)學(xué)課堂中的硬件要求

虛擬現(xiàn)實技術(shù)有著一定程度的硬件門檻需求，如果沒有達到這種需求標準，將會大幅降低體驗效果，對農(nóng)學(xué)課堂的教學(xué)產(chǎn)生負面影響。因此，為了有效將虛擬現(xiàn)實技術(shù)與農(nóng)學(xué)課堂進行有機整合，教師需要考慮能夠使用的硬件設(shè)備條件，針對性進行教學(xué)方式改革。虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用的規(guī)格具有多層次特征，教師可以從入門級開始進行嘗試，待應(yīng)用較為成熟后，再進行深入改進。入門級設(shè)備通常由內(nèi)置陀螺儀感應(yīng)的智能手機即可勝任，學(xué)生能夠通過簡單的手機模擬，對虛擬現(xiàn)實技術(shù)支持下的農(nóng)學(xué)知識產(chǎn)生初步的認識，優(yōu)化教學(xué)效果。標準級硬件設(shè)備需要由性能符合條件的智能手機與對應(yīng)的虛擬現(xiàn)實紙盒套件構(gòu)成，通過這種方式進行應(yīng)用，能夠大幅提升課堂沉浸感，相比入門級配置能夠降低受到干擾的概率，使學(xué)生的注意力更加集中。高端虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用配置需要高性能的臺式計算機與OCULUS RIFT設(shè)備、HTC VIVE設(shè)備進行配合，需要投入較多的基礎(chǔ)成本。但是，這種設(shè)備條件能夠帶來的效果是入門、標準級所無法比擬的。通過高性能計算機的顯示卡性能支持，OCULUS RIFT以及VIVE能夠輸出高達每秒120幀率的雙眼畫面，使學(xué)生能夠瞬間沉浸相關(guān)環(huán)境中，大幅提升學(xué)習(xí)效果，并激發(fā)他們對于知識內(nèi)容的探究興趣。教師應(yīng)當根據(jù)能夠投入的成本，決定配置相應(yīng)的硬件資源，盡可能提升教學(xué)效果。

4 虛擬現(xiàn)實與農(nóng)學(xué)課堂實現(xiàn)有機整合的策略途徑

4.1 運用虛擬現(xiàn)實應(yīng)用激發(fā)學(xué)生主觀積極性

通過將農(nóng)學(xué)課堂與虛擬現(xiàn)實應(yīng)用技術(shù)進行結(jié)合，能夠大幅提高學(xué)生對于相關(guān)知識點的興趣，深入激發(fā)他們的主動積極性性，從而優(yōu)化整體課堂教學(xué)效果。傳統(tǒng)農(nóng)學(xué)授課過程在新時代已經(jīng)通過引入信息技術(shù)，在教學(xué)過程中增加大量的多媒體元素，然而，隨著時代的發(fā)展，新階段的學(xué)生對于信息量較為稀疏的多媒體教學(xué)已經(jīng)產(chǎn)生了厭煩感，這嚴重降低了農(nóng)學(xué)的授課效果，不利于教學(xué)效率的進一步提升。因此，教師需要尋求信息量更為豐富的教學(xué)方式，第一時間吸引學(xué)生的注意力，讓他們沉入農(nóng)學(xué)知識講解過程中[3]。因此，教師可以在農(nóng)學(xué)課堂中使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，提高課堂知識講解的信息量，使學(xué)生產(chǎn)生探究興趣，提高授課效果。

4.2 使用虛擬現(xiàn)實突破教學(xué)中的疑難問題

在農(nóng)學(xué)課堂授課的過程中，存在著大量的學(xué)習(xí)難點。這些難點可能會嚴重干擾學(xué)生對于相關(guān)知識的理解程度，并降低授課效率，使教師的教學(xué)任務(wù)加重，不利于進一步講解。在傳統(tǒng)課堂模式中，教師需要通過教材以及相關(guān)多媒體課件，為學(xué)生解答難點問題。然而，這種講解由于畫面較為單調(diào)，容易導(dǎo)致學(xué)生注意力渙散，進而影響講解效果，不利于課堂時間管理。教師可以通過應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，使用3D模型生成器，對農(nóng)學(xué)知識中的難點問題內(nèi)容進行建模，使學(xué)生能夠通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)直觀地觀察到問題的解決方案，降低授課難度，提升教學(xué)效果。

4.3 利用虛擬現(xiàn)實進行農(nóng)作物類別教學(xué)

由于農(nóng)業(yè)植物類型較為多樣化，因此進行學(xué)習(xí)記憶的難度通常較高。部分學(xué)生無法有效區(qū)分植物與植物之間的區(qū)別，并且對種類概念的理解程度較差，不利于學(xué)習(xí)成績提升。因此，教師需要通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，讓學(xué)生能夠直觀地發(fā)現(xiàn)植物之間的細微差別，實現(xiàn)植物種類的快速分類。同時，還可以利用虛擬現(xiàn)實套件對農(nóng)作物的生長環(huán)境特征進行模擬，讓學(xué)生能夠通過視覺記憶效應(yīng)，加強學(xué)習(xí)知識的記憶效果，降低遺忘的概率，實現(xiàn)農(nóng)學(xué)成績提升。

4.4 通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行農(nóng)業(yè)環(huán)境模擬

在農(nóng)學(xué)授課過程中，最為關(guān)鍵的部分便是農(nóng)作物本身所需要的生長條件，如果學(xué)生沒有完全掌握這些知識，便會對后續(xù)的應(yīng)用造成負面影響。通常情況下，農(nóng)作物會受到溫度、光照、土壤條件等現(xiàn)實因素影響，任何一個因素沒有達到標準都會使農(nóng)作物陷入生長遲緩、甚至枯萎的狀態(tài)[4]。因此，學(xué)生需要針對環(huán)境條件進行農(nóng)學(xué)研究，了解不同農(nóng)作物所需要的差異化土壤條件以及自然條件。在傳統(tǒng)教學(xué)課件中，由于受到媒體形式的影響，通常難以將這些條件直觀地傳達給學(xué)生。因此，教師可以采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，對農(nóng)作物生長環(huán)境進行實時模擬，讓學(xué)生能夠通過直觀地虛擬現(xiàn)實感受，增強對于知識的了解程度，提高授課效果。

4.5 在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中進行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)練習(xí)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在練習(xí)式學(xué)習(xí)活動中，能夠發(fā)揮最大程度的輔助效果。教師應(yīng)當在農(nóng)學(xué)課堂中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，通過對模擬反饋糾正學(xué)生的錯誤認知，并利用虛擬環(huán)境的時間加速功能，讓學(xué)生感知到農(nóng)作物生長的全過程，降低教學(xué)成本，提高了課堂效率。

5 結(jié)語

綜上所述，在將虛擬現(xiàn)實技術(shù)與農(nóng)學(xué)課堂進行有機整合的過程中，教師應(yīng)當采取多種有效的策略，提高農(nóng)學(xué)授課的質(zhì)量以及效率，為學(xué)生未來的應(yīng)用打下堅實基礎(chǔ)。