谈虚拟现实技术在生物教学中的应用

王萍

一、虚拟现实技术

虚拟现实技术是由高速计算机系统创建的一种令人感到身临其境、可以获得与环境交互体验的虚拟世界。它综合了计算机图形学、图像处理与模式识别、职能技术、传感技术、语音处理与影响技术、网络技术等多门科学，将计算机处理的数字化信息变为人们所能感受的具有各种表现形式的多维信息，通过视、听、触觉等作用于使用者，对使用者的控制行为做出动态的交互反应。

就教育理论而言，虚拟现实实现人的临场化，参与者与虚拟环境是相互作用、互相影响的一个整体的两个方面，它能创造“自主学习”的环境，由传统的“以教促学”的学习方式变为学习者通过自身与信息和环境的相互作用来得到知识、技能的新型学习方式。生物学是研究生物的形态特征、生理特点、进化方面等知识的学科。引入虚拟现实技术可以改善生物教学的环境，扩大学校的承载能力，有利于挖掘学校的潜能。同时，虚拟现实所需的超高速、多媒体的数据传输，大容量的数据存储，以及数据处理的分布式与并行化将有力地推动数字化校园的发展。

二、虚拟现实技术带来生物教学观念的变化

传统生物教学中，教师是整个教学过程的主宰者，学生则成了客体和附庸，成了被教师牵着鼻子走的顺从者，或是被强制服从的逆反者。现代化的生物教学要求改变传统的课堂讲授式为启发引导式，追求教与学的统一，赋予学生学的主动性。虚拟现实教学有利于创造这样的环境，使以学生为中心的个别化教学、合作化教学和环境得以真正实现。从多媒体虚拟现实的组织形式看，虚拟现实是非线性的网络结构，逼真的虚拟环境可提供良好的人机交互功能，在这基础上教学内容的组织安排将特别强调由学生主动参与来构建知识结构，变“被动听讲”为“主动学习”。在这种情况下，教学内容外在形式的生动化与内在结构的科学化将更紧密地结合起来，这种环境将极大地促进生物教学观念发生变化。

三、虚拟现实技术引起生物教学内容的变化

1.外在形式的变化。随着教育技术的发展，教师从原来只用录音、录像来辅助文字教材进行教学发展为使用具有人机交互的多媒体技术。多媒体信息表现形式多样，对抽象的概念和原理，除了用文字和语音协同描述外，还可以利用三维实景虚拟现实过程，对不可视的变化和无法触摸的物体，还可通过虚拟现实技术展现。

2.内在结构的变化。传统的教材是以线性结构组织学科知识结构的，知识内容的结构和顺序都是以教为主。教学顺序性很强，学生只能在教师的讲授下获得正确的生物学概念、原理及逻辑关系，学生对教师的依赖性很大，教材也只是一种传授材料，学生利用它学习的自由度不大，灵活性不强，难以促使学生从已建立的知识结构向新的知识结构迁移。引入虚拟现实技术后，多种媒体的信息通过网络化超链接，就可以接近人类认知特点的方式去组织和展示教学内容、构建知识结构，这种网状的信息组织方式是一种非线性结构。虚拟现实技术与普通多媒体信息处理的高度集成，把信息的组织形式与信息内容呈现的多样性、复杂性结合起来，为学生提供了一种动态、开放的结构化认知形式，它既包括学科的基本内容，又包括学科内容之间的逻辑关系，既注重知识的形成过程，又注重知识的结构，凭视觉、听觉、触觉信息的协调作用使教学内容的统一与灵活性得到完善的结合。虚拟现实技术的这种非线性结构有利于学生发散思维，联想原有的知识，获得新知识。

四、虚拟现实技术促进教学手段的变化

1.虚拟现实技术有助于互动启发式教学的开展。生物教学中应该多采用启发式教学方法，充分发挥教师的主导作用和学生的主体作用，调动学生的学习积极性和主动性。讲解结论问题时，先介绍如何探索和实验，最后归纳结论，从实验引出结论，即从实践到理论。虚拟现实技术与传统的幻灯、投映胶片和CAI课件相比都有很大的进步，尤其在演示教学内容方面能提供直观、形象的多重感官刺激，以一种直接的信息传递方式，提供生动活泼的直观形象、展现学生不能直接观察到的事物，让学生从思维、情感和行为三个方面参与教学活动，这也是互动启发式教学的基础。

2.虚拟现实技术有助于协调工作式教学的实现。虚拟现实教学不受空间位置和相互距离的限制，便于实现同步教学，通过网络把教和学紧密结合，让远距离的师生或位置分散的学生“共处于”一个虚拟空间中。这样不但师生之间可以交流，而且学生具备适应大系统协调工作学习的能力。

3.虚拟现实技术有助于情境式教学的运用。以形象、生动的画面和学生喜闻乐见的形式将知识展现于课堂之中，教师教得省力，学生学得轻松，讲授者会觉得条理清晰，听讲者也会感觉轻松流畅，在有限的课堂教学时间内赋予了教学更丰富的内容，使知识向纵深方向延伸。虚拟现实技术具有动画虚拟现实的能力，能够把教学中的抽象概念、原理及真实的实验过程形象生动地表现出来，给学生创造真实的学习情境，帮助学生获得示范性的知识，把握概念的实质，使生物教学更加直观、活泼，教师轻松，学生投入，生物教学课堂自然也就活了。

总之，让虚拟现实技术全面走进生物教学的课堂，融入教学实际，综合运用虚拟现实技术和网络技术，合理运用网络化的信息环境和现代化的教育技术手段，必然可以提高课堂教学的效率，对培养具有创新意识和创新能力的科学人才产生深远的影响。