钱贵江

【摘要】    在信息化、物联网的时代下，已有多媒体教学技术满足不了教学的需求，而VR/AR技术凭借其交互性以及多感性的特点，使VR/AR技术教学的实践真实性得到提高。在生物教学中使用VR/AR技术，可以让学生有全新的学习体验，在课堂中走出课堂，提高核心素养。

【關键词】    VR/AR    中学生物教学    应用

引言：

VR/AR是把计算机作为核心，和科学技术相结合，在听、看以及触觉等各个方面形成和一定范围真实环境非常相似的数字化环境，同时使用者通过装备和数字化环境里面的对象进行交互作用，相互影响，产生身临其境的体验。现阶段，VR/AR在城市的建设、娱乐、园林体验以及虚拟手术等多个方面都有着非常广泛的使用，同时也使课堂教学出现了极大的改变。

一、VR/AR在中学生物教学中的作用

1.1进行知识发生过程的教学

在进行教学的时候使用VR/AR，就能够利用VR/AR的实验模拟功能，重现出科学家的实验。利用互联网把模拟设备、数据和相关的仪器和界面和计算机端口相连接，让学生能够在互联网上进行实验。学生可以登录虚拟实验室，按照教师的指导进行实验设计，继而验证相关结论。这样不但使时间得到节省，费用支出同样也会得到节约。同时还可以使知识的发生过程教学在课堂中进行。

比如“虚拟果蝇”的模拟实验软件，能够让学生亲自动手进行果蝇交配实验，然后认识到孟德尔遗传定律，让学生可以亲自感受到知识发生的整个过程，锻炼学生的探究分析能力。

1.2帮助学生探索无法接触到的一些领域

在学生进行知识同化以及建构认知结构的时候，有部分知识背景是教师不能展示，而学生也无法接触的，比如火星的表面情况，一些无法进入的危险地带等等。若是学生对其没有一个感性的认知和了解，就无法有效构建知识。而使用VR/AR能够建立仿真的虚拟世界，让学生有一种身临其境的感觉，为其提供“替代经验”，从而弥补直接经验的不足之处，打破时空界限，探索未知领域和事物。如“生命起源”——几十亿年前，生命起源之前的地球是什么样子，学生是不能直接感知的，只能通过想象中认识。教师仅仅依靠传统教学媒体也无法给学生建立相关的学习情境。这种情况下，VR/AR为学生的研究和探索新知带来了理想化的工具，它能够把古地球的情景模拟出来，让学生观看，给学生建立想象的情景氛围，同时让学生沉浸其中。这样，生命起源可以在学生面前真切经历发生。

1.3打破时空束缚，减少成本支出

VR/AR程序能够当做教学辅助资源，让学生快速认知和了解记住相关的知识。例如，学生在学习完“细胞的基本结构”后，可以还会对部分细节和相关知识有一定的疑惑和不解。这个时候，教师就可以使用VR/AR教学，不但可以让学生“进入”到细胞的内部，任意转动头部，看一系列的细胞器和相关的结构，同时在视野方向变化下，还会出现三维示意结构以及相对应的文字说明，如细胞膜、线粒体、核糖体等细胞器一览无余。当抽象的知识变得鲜活，学生就能够对这些知识理解的更加容易。

1.4扩展实验的范围，提高学生的见识

不同时期以及不同版本类型的生物学教材都有大量的实验内容，同时实验试题还是考试中必不可少的重难点。但是从现阶段的情况来看，大多数的普通高中都没有系统设置生物实验，甚至直接让学生背诵实验内容，导致学生无法有效建构知识。但同样值得注意的是，生物实验开出率低下，也有相关的客观原因。比如经费不够、师资力量薄弱、有一定安全隐患等。而VR/AR技术可以有效缓解各种问题。VR/AR设备能够多次使用，只要加入资源就可以，不会每一次都有耗材的费用。比如，在进行“基因工程”教学的过程中，教师可以通过VR/AR进行“使用PCR技术扩增目的基因”实验。

在教学的时候，学生使用VR/AR设备就可以通过第一人称的视角进入虚拟实验室中，继而用手柄传递拿起实验台上的器具，从而完成实验。在教学的时候，部分学生会觉得模拟实验达不到亲自实验的效果。其实并不是这样，VR/AR技术起源于军事演练，在模拟飞行中不断发展，现阶段不管是在医学教学，还是临床手术，都有使用。因此把VR/AR应用到生物实验教学中，是非常可行的，同时也有着重要的现实意义。

总的来说，短时间内开展不了，或者对学生存在危害的实验，可以用虚拟手段。不仅使实验开出率提升，同时学生眼界也会随之增加，思维得到进一步锻炼和拓展。

二、VR/AR在中学生物教学中的应用

2.1用VR/AR建立虚拟环境，重视操作解决难点

在进行高中生物学习的时候，必修二是非常难的一本，里面有着非常丰富的内容，若是在教学的时候使用VR/AR技术，就可以有着良好的教学效果。

比如在学习《遗传因子的发现》这一节课的时候，教师可以通过VR/AR技术为学生展现出孟德尔八年豌豆实验的过程。在VR/AR技术的帮助下，该过程不仅能看，学生们还可以扮演孟德尔，还虚拟环境下进行人工异花传粉，同时观察在授粉完成后，豌豆的生长情况。在进行虚拟环境设置的过程中，学生可以推动豌豆成熟速度，然后统计出不一样的性状个体数量。这种方式不仅使学生的动手能力得到培养，同时还可以使学生明白过程的艰辛。

其次，在学习《基因和染色体的关系》这节课的时候，减数分裂可以和前面的有丝分裂内容放在一起进行学习，用VR/AR技术建立起两个动态细胞分裂的过程，学生能够从各个方面进行观察，同时对比两个过程之间的相同点和不同点。而且教师可以在细胞分裂中的每条染色体上标注一个基因，在减数分裂染色体进行移动的时候，就能够得知基因变化规律，把前后内容进行联系。

最后，在学习《基因的本质》以及《基因的表达》中DNA的相关知识时，教师从DNA空间结构进行教学，而探索一个物体自身空间结构，VR/AR技术就是合适的教学方式。用VR/AR技术建立微观场景，把DNA分子结构用立体手段展现，学生能够对分子放大、缩小以及旋转等，还能够使分子间出现反应，研究分析DNA复制以及基因表达的过程，在空间、时间方面对该过程有明确的认知和了解。

2.2用VR/AR建立微观场景，展示物质结构

对于必修一来说，《组成细胞的分子》有机大分子是一大难点。高一的学生在学习这节课的时候，化学在学习无机物。学生对于有机物结构一问三不知，而传统教学手段都是二维的，教师在讲解有机分子空间结构的时候，仅仅把空间想象给学生讲解，让学生自己想象来建立分子空间结构，这样来看效果往往都是不尽如人意，学生还会出现理解错误的情况。

若是通过VR/AR技术建立微观场景，把分子结构用立体手段呈现，学生能够对分子放大、缩小以及旋转，还可以把分子间的反应过程通过VR/AR呈现。比如氨基酸脱水缩合反应形成多肽的过程，学生通常对于该反应过程无法进行有效理解。

若是使用VR/AR技术让该反应在自己面前发生，使学生“走进”分子，“感受”分子的结构以及相关功能，这种直观认识是传统教学手段所不能达到的。

同样，细胞结构以及功能也是教学的重难点，尤其是《细胞的能量供应和利用》中的光合作用、呼吸作用至关重要。然而学生在学习的时候会觉得十分困难，这是由于学生被动接受光合作用以及呼吸作用的过程图解，然后对该知识点进行死记硬背，因此在考试时，若是有相关问题，学生无法灵活运用，就得不到较高的成绩。

若是通过VR/AR技术建立细胞模型，该模型能够放大、缩小以及旋转。当学生学到这一章时，就能够放大细胞的内部，进入线粒体、叶绿体中，观察其自身结构。当进入叶绿体的时候，学生能够在类囊体薄膜上面，直接观察和了解光反应过程。考试时再有光反应的相关考点，学生就会有正确的答案，因为该过程是通过学生自己的直观感受得来的，而不是依靠死记硬背。

2.3用VR/AR建立三维模型，感受生物的内环境

在学习《植物的激素调节》里生长素发现的科学史中，传统的教学手段是依靠讲述，效果通常都是不尽如人意，没有一点教学的效果，还会导致学生出现枯燥乏味的感受。若是通过VR/AR开展教学，教师可以设计出多组胚芽鞘，让学生亲自动手完成科学家动手实践的实验。比如学生切下一组胚芽鞘的尖端，然后观察胚芽鞘怎样进行生长。再比如，学生把胚芽鞘的任何一个位置用锡箔罩子包住，然后看胚芽鞘生长的过程。

在研究生长素生理作用以及其他激素过程中，教师可以建立一棵“树”，然后学生把树进行放大，定位到幼嫩的芽，观察生长素合成之后的转移以及作用位置，如顶端优势。学生还可以把这颗树进行横向放置，按照树根向地生长特点，研究分析生长素的两重性。而且学生还能够在该树其他部位观察别的激素合成，以及其功能。

三、VR/AR在中学生物教学中出现的困难

尽管市场上有各种价格便宜的VR/AR眼罩，还有一些插入手机能够观看，但技术工艺、制作和视觉体验方面差，同时硬件缺陷会导致因为长时间使用出现眩晕、恶心。现阶段，大部分的教学眼罩都是这类产品，长时间使用就会危害学生健康。但是现阶段市场上的先进产品，包括眼罩、计算机和一些设备，价格能够达到数万元。

可见，要建立VR/AR教室，费用一定非常昂贵。此外，一些程序和视频资源也要购买或开发，特别是在教学过程中使用的程序更是非常昂贵。

四、结束语

综上所述，在生物教学中使用VR/AR技术，有着显著优越性。VR/AR系统能够建立虚拟人物参与教学交互。这种方式，老师不再使用把课本转移到屏幕的教学手段，而是用计算机建立起各种虚拟环境。

要按照教学内容使用VR/AR系统，随着VR/AR水平进一步提高和应用，学生学习生物也会变得更有趣味性，学生热情也会显著提升。

参  考  文  献

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