何冰 黄莉敏

新技术的不断出现为人们的生活带来了变革。现在计算机软硬件技术、机器人技术、传感技术、人工智能等各种学科领域的共同作用下，VR/AR技术就此产生，通过创造三维虚拟现实给人们带来全新的感官体验。在新课程改革不断深入推进的背景下，学生与课堂的融入度不足是一直困扰教师的一大问题，寻找适合学生特性需求的教学手段已成为热议话题，而尝试将VR/AR有效运用其中，无疑是一次大胆而又有挑战性的尝试。

VR/AR技术在教育教学中的运用研究

VR/AR是虚拟和增强现实技术，它的出现为教育工作者带来了更广阔的思维空间，使之得以完善现有教学方法，其在增强学习过程的感官体验、创设沉浸式教学情景、跨学科知识融合等方面有着诸多优势，其能在有效激发学生主观能动性的同时，培养学生独立意识与创新思维，改变学生对课堂教学的固化认知，真正引导学生踏进学科多彩世界的大门。

头戴式VR/AR技术在教学中的运用。头戴式VR/AR设备通常由位置跟踪器、头戴显示器、数据手套及其他设备组成，中兴、华为、乐视、小米等众多国有品牌研发出了上百种不同型号的同类产品，对课堂教学的展开有着积极的促进辅助作用。

在地理、生物等教师的授课中，头盔式VR/AR设备一经亮相便能瞬时吸引众多学生的目光，学生们跃跃欲试的热闹场景瞬间将课堂氛围抬升至高点。设备能遮挡住学生眼前的真实世界，转而用虚拟场景代替，千篇一律的教室环境可变为气势磅礴的万里群山、神秘莫测的海底世界、浩瀚无垠的宇宙等，带给学生沉浸式的、身临其境般的体验，将地理课堂中传统教材中“固定、抽象”的内容变为眼前“灵活、具象”的万千世界。通过可触摸、可感知、可互动的形式展开教学，能够让学生们全面启动多种感官，更全面地“触摸”学科知识，促使学生从具象思维到形象思维的转化，进而获得更为深刻的理性认识。

桌面式VR/AR设备的运用。桌面式VR/AR设备中最具代表性的产品就是“桌面虚拟现实教学一体机”，由3D互动教学一体机和桌面虚拟现实教学一体机组成，可以实现3D、VR、AR多种模式教学，通过相应学科的3D视频资源以及VR交互课件搭配U科学教学、Course3D等教学软件，在“3D资源云平台”“U科学教学系统”上，开发出涵盖多学科的特色课件与软件，现在已发展成涵盖化学、历史、物理、生物、地理等諸多学科的系统化教学工具，并构筑相应的系统平台为教师提供学术交流的空间。在实际运用中，该类设备不仅可以被当作教师的教学工具，更是教师、学生获取相关信息、寻找资源素材的有效手段。让教学可视化、立体化，互动更深入、更频繁。多点触屏、不受光线影响等特点，可以让师生随意涂鸦、自然操作，降低师生的操作应用压力，减轻教师教学负担，提高学生学习兴趣，提升教学效率。

手持式VR/AR设备的运用。手持式VR/AR设备通常是以APP软件和移动设备的结合使用为基础，其基本原理是通过手机摄像头来获取我们身边的现实生活场景，利用手机软件在所获取的图像上方堆叠虚拟形象，以达到增强现实的效果。在实际运用中，该设备的运用主要有两种方式，一种是将传统的纸质媒介与APP联系到一起，用手机摄像头扫描图书上的图片，则能在手机屏幕上直接观看与其有关的动态内容;另一种是运用APP下载增强显示资源并与外界实景进行叠加，效果逼真、趣味性强。

VR/AR技术在高中理科教学中的应用模式研究

利用VR/AR技术创设教学情景。理科是多门趣味学科的合集，我们需要用发现的目光，在前人的肩膀上眺望未来，但踏入理科世界的门槛比较高，需要学生熟练掌握各种定理、公式等结论性内容，而在传统教学模式影响下，教师主观意识中对教材“绝对权威”的认同，让各项工作开展呈现出一种由上而下的压迫感，更是强制性地要求学生掌握某些特定内容，学生所认识与感知的学科是不能质疑、不可推倒的，只要死记硬背、提升成绩即可，所以学生的学习兴趣较低。利用VR/AR技术能起到创设具体形象的情景的作用，其相对于多媒体设备的情景创设功能来说，在方式上更为新颖、观感刺激同时也更强。如在高中生物知识学习中，教师打开微观世界的大门往往靠显微镜或投影上的图片、视频等，这对于身处宏观世界的学生来说代入感稍差。因为显微镜再清晰，学生目力所及的范围只有那么点，在有限时间内能观察到的元素也就那么多;多媒体中的内容再生动，学生的视线中始终会夹杂宏观世界即除投影幕布外的实景元素，干扰学生视线的同时影响感官体验。而借助VR/AR技术，学生戴上相关设备后目所能及的全是“微观世界”，其能像一个有眼睛的细胞般，去经历属于自己的细胞周期，并用手持设备了解虚景中的各类信息，“遨游其中”仿佛一分子般独立、洒脱，充分激发主人翁意识，体验生物学科的独特魅力。

运用VR/AR技术将抽象知识具象化。在地理、生物、物理、化学教学中我们不难发现，采用传统的讲授方式有很多知识点是难以一次性表达清楚、理解到位的。教师为照顾到学生群体的共性需求有时会因为时间、精力受限而忘记照顾学生个体特性需要，导致某些学生不会的知识点越积越多，从而觉得该学科宛如一条不可逾越的鸿沟，成为自己成长道路上的阻碍，在其中难以获得成就感与自豪感，学习效能感较差。这些学生会逐步成为教师、同学、家长眼里的“学困生”。而采用VR/AR技术后，我们可以尝试将那些难以理解的抽象知识用具象化的方式呈现出来，将一些原本寥寥几字的信息拓展成具有系统性、集成性特征的动态画面，让学生可直观地看到理论知识所对应的“现实”现象。如在高中物理知识学习中，很多学生难以理解开普勒第一定律。这时教师可借助技术优势，打造以太阳系为中心的虚拟场景，让学生化身成“小小宇航员”，从航天器助推器点火、垂直起飞、逐步攀升、推进器分离等几近真实的操作一步步将学生带入外太空中，在太阳系八大行星间自由穿梭，去感受宇宙的美丽和神秘。通过这样的方式不仅能将太阳系具象地展示在学生眼前，更能通过航天器的点火、升空操作传授些相应的科技知识，让学生感受科技力量之强大、深入体会科技改变生活的真正内涵，并能以助推器点火等问题来带领学生回顾之前所讲授的力学知识，可谓是一举多得。

运用VR/AR技术完成观察、实验，全方位提升学习体验。高中理科不仅强调对图像、图形的灵活运用，更考察学生们对实验现象及相关基本概念的理解。但在实际课堂教学操作中，有很多实验的展开受场地、安全问题、材料、设备的限制而无从开展。利用VR/AR技术则能很好地弥补这一缺陷，诸如可以通过3D建模的方式，来增强学生对现实情境的视觉感知能力，让学生在现实的建筑等人文景观、山河等自然景观中，利用自由视角及自由度较高的规则抽象相关的几何图形，或设定模拟真实的试验场景，让学生当一回“小小数学家”，按照自己的意愿、随心所欲地操作。

该技术的运用能有效解决传统试验教学中，学生无法抽象数学模型概念、未进行试验操作却早已知晓试验答案、教师为节约试验材料与时间而进行的过度引导等诸多问题。教师们也不用担心试验过程中可能会出现的学生安全及设备损坏等问题，只需要在3D程序设定时，预先想到学生有可能进行的操作，然后再设定相应程序进行还原即可，保障每个学生都能在虚拟现实中验证自己的想法，为其提供较大的思维空间，在实验中充分感受学科的乐趣所在，点燃其参与科学探究的激情、唤醒内心对未知探索的那份真挚情感。

综上所述，我们不难看出VR/AR技术在高中理科教育教学中的运用价值，相关工作者要积极转变观念，投入更多的人力、物力、财力去完善相关课程体系，在实践中思考切实可行的教学策略，在完善虚拟空间的同时，做好虚拟与现实的对接工作，让学生在趣味世界中感受科学、科技的无限魅力，为其真正吸收学科知识、培养科学精神而不懈努力。