虚拟现实技术在生物教学中的应用

王丹

摘 要：虚拟现实技术是仿真技术的一个重要方向，是仿真技术与计算机图形学、人机接口技术、多媒体技术、传感技术、网络技术等多种技术的集合。虚拟现实技术（VR）主要包括模拟环境、感知、自然技能和传感设备等方面。虚拟现实技术应用于生物教学将会是教学技术发展的新突破。

关键词：虚拟现实技术 虚拟教学 模拟实验 生物核心素养

在传统课堂教学基础上，现代课堂教学通过借助计算机、多媒体等教学技术的应用，教学效果有了显著的提升，但是，伴随着科学的发展和技术的进步，现有的教学技术逐渐不再满足课堂教学的需要。虚拟现实技术具有多感知性、交互性等特征，其多感知性，使其除了具备计算机带来的视觉感知外，还具有听觉、触觉，甚至于味觉、嗅觉等感知;交互性，能够让体验者通过虚拟现实技术中的操作，获得反馈，从而提高虚拟教学的實践真实性。因此，生物教学借助于虚拟现实技术，采取虚拟教学、模拟实验的方式，能够给学生带来新的教学感受，在课堂中感受自然、增长见识，做到在课堂中走出课堂，着重于提高学生的生物学核心素养。

一、虚拟现实技术的教学应用

通过在学校内建设虚拟现实技术教室，提高虚拟现实技术的应用性，将名师优课通过虚拟现实技术展现在学生面前，提高名师优课的应用范围，从而普及优质教学资源，使不同城市、不同学区、不同学校的学生都能够享受到优质的教学资源。

生物学是研究生物（包括植物、动物和微生物）的结构、功能、发生和发展规律的科学，能够帮助学生树立正确的生命观念，培养理性思维能力，建立科学探究意识，提高社会责任担当意识。鉴于课堂教学局限性，传统的教学方式仅仅能够传授给学生理论知识，计算机、多媒体的应用，也仅仅是给学生带来视觉感知，走出课堂、走向自然带来的成本和风险，使学生通过实践来感知生物学的可能性大大降低。

借助于虚拟现实技术，将生物（包括植物、动物和微生物）的结构、功能、发生和发展规律展现在学生面前，能够使学生更好地理解生物学概念知识基础上形成的生命观念，使真实性与趣味性大大提高，便于让学生接受，帮助学生养成崇尚科学的思维习惯，从而提高生物课堂的教学效果。目前，教育资源是不均衡的，优质教学资源集中在发达城市，中西部地区及偏远乡村，受制于地理位置、经费短缺、师资不全等局限性，目前的教学重点在于语数外等“主干”学科，理化生受制于教学资源的短缺，投入的师资力量及经费资源不足，导致各学科间发展不均衡，借助于虚拟现实技术能够将优质教学资源共享，从而促进教育的均衡化发展。

二、虚拟现实技术的实验应用

生物学实验对教师、环境、器材要求较高，经费投入较大，因此，部分学校甚至没有专业的生物实验室，即使配备了生物实验室的学校，因重要的生物实验往往需要大量的时间来展示实验过程，并且成本投入高、操作难度大，且具有一定的实验风险，因此，许多学校仅仅选择成本低、风险小的生物实验让学生来操作，失去了生物实验的教学意义。借助虚拟现实技术，能够将操作繁杂、风险性高的实验，让学生通过虚拟实验的方式，获得视觉、触觉等感官体验，既降低了成本与风险，又带来实验操作的趣味性。

由于专业的生物实验室对环境、设备、耗材要求高，因此可以利用虚拟现实技术建设的多学科共享实验室，实现不同学科、不同年级、不同教学进度的实验均能在借助于共享实验室来操作，从而提高实验室的使用效率，减少实验室的投入，降低实验室的管理难度。因虚拟现实技术实验室的实验器材与耗材大多数也是虚拟的，所以，根据实验需要、教学章节，甚至于技术的发展，实验室的虚拟设备能够借助于软件来迭代更新，从而降低了实验室建设与运维的成本。

三、对生物教师技能提升的现实意义

随着国家对教育的重视程度不断提高，对教学资源的投入越来越大，每年均有大量的新建学校投入使用，因此，教师资源，尤其是教学名师奇缺，一方面随着年龄的增长，大量富有教学经验的优秀教师退休;另一方面随着教育行业的发展，对教师的需求越来越大。从而导致大量应届毕业生走上教师岗位，年轻教师具有旺盛的精力与丰富的理论知识，但是，往往课堂经验较少，在高校学习过程中，课堂教学的实践机会少，从而导致新教师走上讲台后，对教学的技巧和课堂的把控能力不足，影响教学效果。

借助于虚拟现实技术，通过虚拟课堂，利用寒暑假期，加强新教师的课堂教学与实验教学的锻炼，降低新任教师的培训成本、强化培训效果，重点是能够大幅提升新任教师的教学能力与课堂的管理能力。

四、未来应用的探究

在教学应用技术方面，自计算机与多媒体在教学课堂推广应用以后，已经很多年没有发生改变。目前，无论是成人教育习惯于采取在线教育，利用互联网做研究，观摩线上教学视频，以及使用互联网技术进行的远程教学。随着新技术的发展与应用，具有高度仿真的虚拟现实技术将会很快走上发展的快车道，并将在教学中得到推广使用。

虚拟现实技术设备目前一次投入的初始成本较高，但是，伴随着技术的进步，其成本会逐渐降低，并且能够在各个行业领域进行普及。虚拟现实技术在生物教学的使用中，需要一系列的硬件及软件，还需要大量的精品教学资源、生物科普资源、案例教学资源、3D模拟展示课件，因此，生物教师对虚拟现实技术的应用要求较高，需要掌握与虚拟现实技术教学相配套的教学设计方案、课程教学大纲、配套教学教案、配套教学PPT。虚拟现实技术的应用会带来新的教育变革，对推进教育资源共享，加强课堂教学与实验教学的丰富性、拓展性具有重大的意义。借助虚拟现实技术，能够帮助学生利用生物科学建立正确的生命观念，培养理性思维能力，提高科学探究的积极性，因此，我们需要关注虚拟现实技术的应用与发展，使其能够更快地投入到生物教学的使用中，提高生物教学的理论与实验教学水平。