基于虛擬現實技術的大學物理教學改革

摘?要：虛擬現實技術作為現代教育技術的重要組成部分，在許多教學領域都起著重要作用。由于虛擬現實技術能夠突破時間和空間的限制，營造逼真的、具有立體感的環境。因此對于大學的物理教學改革也有著重大意義。本文將通過對虛擬現實技術的簡單介紹以及虛擬現實技術在物理教學中的發展方向提出基于虛擬現實技術的大學物理教學改革措施。

關鍵詞：虛擬現實技術;高等教育;物理教學改革;教學策略與方法

一、虛擬現實技術的概念及構成

虛擬現實技術又被稱為“靈境技術”，是一種包括信息技術在內的多種技術營造模擬環境的中高端技術。在信息技術飛速發展的今天，虛擬現實技術也出現了長足的發展。虛擬現實技術一般包括相應的虛擬現實處理器和軟件系統、跟蹤設備、傳感器、語音識別系統等。它通過多種設備為使用者提供視覺、聽覺、觸覺上的綜合性體驗。而使用者在虛擬環境中，可以通過相應的作用器將人體動作轉化為數據信息，進而使得虛擬環境發生相應的改變。在這種虛擬環境中，使用者的動作可以被環境捕捉到，環境所形成的影像跟隨變化會產生逼真的體驗。在臨床醫學、軍事訓練等多個領域，虛擬現實技術已經得到了廣泛的應用。尤其是在教育領域，虛擬現實不僅不受時間、地點、天氣等多方面因素的影響，也能減少相應活動耗材的損失，受到了廣泛的關注。與傳統教學方法相比，虛擬現實技術存在較大的優勢。例如較為抽象的數理邏輯關系、危險實驗發生過程、立體化的建筑模型都可以借助虛擬現實技術來提高學生認識，使抽象的理論內容以更加直觀、逼真的方法展現出來，并減少相應的浪費。

二、虛擬現實技術在物理教學中的發展方向

（一）虛擬實驗室

虛擬現實技術對于學生的學習方式、教師的教學理念的改變具有很大的作用。在大學物理教學中，虛擬現實技術的優勢主要表現在虛擬實驗室和虛擬課堂教學上。虛擬實驗室作為虛擬現實技術在教學中常見的方式，對于學生學習方式的改變具有重要作用。在大學物理教學過程中，實驗室教學是學生掌握相應能力的重要過程。但是傳統的實驗室教學受制于環境、設備等多重因素，往往所需時間較長。當面對一些較為精密的器械設備時，學生的不當操作容易造成設備損壞和實驗數據的不準確。因此，實驗往往不能如期展開。但是，虛擬現實技術可以通過相應的設備構建一個虛擬實驗室。在這個虛擬實驗室中，實驗所用的器材與設備都會虛擬化。但是由于有相應傳感設備和跟蹤設備的支持，實驗的過程和操作手法不會受到影響。在這種虛擬實驗室中，尤其是面對一些危險系數較高的實驗，可以在有效保證學生安全的情況下促進學生能力的提高。同時由于虛擬現實技術可以將實物虛化，因此除了虛擬現實設備的投入，大學物理實驗室的各種設備、耗材支出將有所下降。

（二）虛擬課堂教學

在虛擬實驗室之外，虛擬現實技術在大學物理教學的發展方向還有虛擬課堂教學。虛擬課堂教學包括兩層內涵。其一是與遠程教學類似的虛擬課堂教學。教師可以通過提前錄制的方式將課程內容上傳到相應的學習平臺，學生僅需通過身邊的設備就可進行學習。這種方式不但提高了學生的學習效率和便利程度，更可以為學生營造一種舒適逼真的學習環境。

虛擬課堂教學的另一層含義是在物理課堂上使用虛擬現實技術。在物理的學習中，視覺理解是一個很有爭議性的話題。也就是人們絕大多數是通過可視化的方式理解世界。但很多物理學知識具有高度抽象性，很難被學生掌握和理解。因此，如何使物理的學習具有可視化的特征就成為了一個經久不衰的問題，而虛擬現實技術給出了一個很好的答案。虛擬現實技術和其他教育技術相比所具有的特征是沉浸式學習、具有較強的互動性，同時學習者是以主人公的視角參與到學習中去的。這種教學方式可以有效提高學生在學習中的主觀能動性。在大學物理教學中，教師可以通過虛擬現實技術創設直觀的教學情境，促進學生對于抽象理論的學習。

三、基于虛擬現實技術的大學物理教學改革

（一）保障硬件設備的建設

虛擬現實技術的使用是教育一大進步。而要充分發揮虛擬現實技術的作用，首先就必須保障相應硬件設備的建設。虛擬現實技術目前已經在多個領域實現了應用，在市場中也廣受消費者喜愛。但是同時也存在設備價格高昂、設備維護復雜的問題。因此，要以虛擬現實技術促進大學物理教學的改革，就必須把前起高昂的設備投入和后期的設備維護考慮進去，加強對于虛擬現實技術硬件設備的建設。

（二）充分開發虛擬現實技術在教學中的資源

其次，在大學物理教學中應用虛擬現實技術還要考慮對于這種技術的充分開發，將虛擬現實技術在整個教學過程中的作用充分利用起來。除了本文針對大學物理教學提到的虛擬實驗室和虛擬課堂教學之外，虛擬現實技術還支持虛擬圖書館、遠程教育、虛擬體育館的多方應用。

（三）積極看待和應對虛擬現實技術的弊端

最后，虛擬現實技術在教學中的應用還存在許多弊端。例如，部分學生對于虛擬現實技術所創設的虛擬情境會訊在3D暈眩問題。這種情況往往會影響學生的正常使用。除了學生自身身體素質因素，虛擬現實技術所營造的虛擬情境分辨率較低也會造成這種問題。因此，在使用虛擬現實技術時，教師還應當注意其中存在的弊端。

總的來說，虛擬現實技術作為新型教育技術的重要代表，對于大學物理教學的改革具有重要作用。一線教師應當立足于本學科實際充分開發虛擬現實技術的可行性，促進教學的改革。

參考文獻：

[1]劉旭勇.虛擬現實技術在實驗教學中的應用[J].價值工程，2011（35）.

[2]董楠楠，欒婷婷.基于虛擬現實技術的沈陽市社區教育——黨建展覽館的設計與研究[C].第十六屆沈陽科學學術年會論文集（理工農醫），2019-10-10.

科研課題：2019年度遼寧省現代遠程教育學會科研課題《新媒體新技術在高校基層黨建中的應用研究》2019XH-23