虚拟现实与农学课堂教学的有机整合

2020-01-08张峰

湖北农机化 2020年15期

张峰

(皖北经济技术学校，安徽阜阳 236400)

1 虚拟现实技术的发展历程

虚拟现实技术最早的开发案例可以追溯到20世纪末期。1954年，第一款虚拟现实设备诞生，其集成了大量当时最为先进的信息硬件技术，能够通过互动外设输出3D视觉信息。这台设备本质上属于触屏运动设备，包含显示屏、环绕扬声系统、嗅觉模拟装置以及可调节座椅等硬件。体验用户能够在座椅上通过显示屏享受一些由赞助商拍摄的短片，具备一定的商业化性质。在当时，能够提供高科技信息体验的设备数量寥寥无几，因此这台虚拟现实设备的发布震惊了当时的新闻界，取得了一定的社会效应。然而，由于当时信息化硬件发展的物理限制，这台设备的处理速度十分缓慢，无法支撑过于复杂的3D信息显示。同时，其体积以及重量较为庞大，不便于移动展示[1]。因此，这台设备最终销声匿迹，没有取得商业收益。但是后续科学家并没有放弃对虚拟现实设备技术的研究，自1982年商用虚拟现实设备RB2发布以来，大量的新颖技术被应用在设备的研究过程中，使其性能以及效果不断提升。终于，在2008年末，网络商业募捐项目OCULUS RIFT成功投入生产，为用户带来了灵活、强大的视觉体验，打下了虚拟现实技术应用的基础。2015年，竞争产品HTC Vive进入商业应用，虚拟现实技术进入了黄金时代。

2 虚拟现实对农学课堂的应用效果

随着相关技术应用的快速发展，虚拟现实技术已经走进了自然科学教学、特种行业教学、网上授课教学等多个应用方面。通过对这种技术的应用研究显示，有效应用虚拟现实能够对学生的课堂学习效率提升发挥辅助作用，帮助他们快速理解原有的抽象知识点，从而增强整体学习质量，深入掌握新的知识概念。农学课堂的授课内容主要包括作物种植、养护、收割等多个层次的知识，同时还需要学生掌握植物的生长遗传等生物内容理论。这些知识点的抽象程度较高，不易被学生直接理解，容易导致课堂效率下降，学生产生厌烦情绪等问题，影响农学授课效果。因此，农学授课需要结合现实因素，让学生对农作物的生长规律产生兴趣，进而结合实践进行内容学习。然而，当前的农学课堂仍然在普遍应用传统教学方法，通过课件PPT、记录视频等方式进行授课。这种授课形式既不能让学生产生直观的认识，也无法激发他们的主观能动性。因此，教师需要寻求全新的授课形式，提高教学效果。在虚拟现实技术应用逐渐成熟后，教师可以利用这种技术，结合农学课堂形式，发挥其互动、沉浸的主要特征，增强授课效果。虚拟现实技术能够实现对传统授课内容形式的转换，让学生感到身临其境的体验。例如，教师可以设置虚拟农田环境，让学生进行农作物的观察，学习如何进行播种以及管理。虚拟现实技术不受农学实践的时间影响，能够在任何季节、任何地点对任何农作物种类进行研究，大幅提高了教学的灵活性。其次，得益于虚拟现实的超高分辨率，学生能够对微观环境进行模拟观察，使原本复杂抽象的农学知识变得生动、有趣，促进他们的主观积极性提升[2]。在授课过程中，教师应当使用虚拟现实开发套件，创设虚拟场景，达到增强学生体验的目标。

3 虚拟现实技术应用在农学课堂中的硬件要求

虚拟现实技术有着一定程度的硬件门槛需求，如果没有达到这种需求标准，将会大幅降低体验效果，对农学课堂的教学产生负面影响。因此，为了有效将虚拟现实技术与农学课堂进行有机整合，教师需要考虑能够使用的硬件设备条件，针对性进行教学方式改革。虚拟现实技术应用的规格具有多层次特征，教师可以从入门级开始进行尝试，待应用较为成熟后，再进行深入改进。入门级设备通常由内置陀螺仪感应的智能手机即可胜任，学生能够通过简单的手机模拟，对虚拟现实技术支持下的农学知识产生初步的认识，优化教学效果。标准级硬件设备需要由性能符合条件的智能手机与对应的虚拟现实纸盒套件构成，通过这种方式进行应用，能够大幅提升课堂沉浸感，相比入门级配置能够降低受到干扰的概率，使学生的注意力更加集中。高端虚拟现实技术应用配置需要高性能的台式计算机与OCULUS RIFT设备、HTC VIVE设备进行配合，需要投入较多的基础成本。但是，这种设备条件能够带来的效果是入门、标准级所无法比拟的。通过高性能计算机的显示卡性能支持，OCULUS RIFT以及VIVE能够输出高达每秒120帧率的双眼画面，使学生能够瞬间沉浸相关环境中，大幅提升学习效果，并激发他们对于知识内容的探究兴趣。教师应当根据能够投入的成本，决定配置相应的硬件资源，尽可能提升教学效果。

4 虚拟现实与农学课堂实现有机整合的策略途径

4.1 运用虚拟现实应用激发学生主观积极性

通过将农学课堂与虚拟现实应用技术进行结合，能够大幅提高学生对于相关知识点的兴趣，深入激发他们的主动积极性性，从而优化整体课堂教学效果。传统农学授课过程在新时代已经通过引入信息技术，在教学过程中增加大量的多媒体元素，然而，随着时代的发展，新阶段的学生对于信息量较为稀疏的多媒体教学已经产生了厌烦感，这严重降低了农学的授课效果，不利于教学效率的进一步提升。因此，教师需要寻求信息量更为丰富的教学方式，第一时间吸引学生的注意力，让他们沉入农学知识讲解过程中[3]。因此，教师可以在农学课堂中使用虚拟现实技术，提高课堂知识讲解的信息量，使学生产生探究兴趣，提高授课效果。

4.2 使用虚拟现实突破教学中的疑难问题

在农学课堂授课的过程中，存在着大量的学习难点。这些难点可能会严重干扰学生对于相关知识的理解程度，并降低授课效率，使教师的教学任务加重，不利于进一步讲解。在传统课堂模式中，教师需要通过教材以及相关多媒体课件，为学生解答难点问题。然而，这种讲解由于画面较为单调，容易导致学生注意力涣散，进而影响讲解效果，不利于课堂时间管理。教师可以通过应用虚拟现实技术，使用3D模型生成器，对农学知识中的难点问题内容进行建模，使学生能够通过虚拟现实技术直观地观察到问题的解决方案，降低授课难度，提升教学效果。

4.3 利用虚拟现实进行农作物类别教学

由于农业植物类型较为多样化，因此进行学习记忆的难度通常较高。部分学生无法有效区分植物与植物之间的区别，并且对种类概念的理解程度较差，不利于学习成绩提升。因此，教师需要通过虚拟现实技术，让学生能够直观地发现植物之间的细微差别，实现植物种类的快速分类。同时，还可以利用虚拟现实套件对农作物的生长环境特征进行模拟，让学生能够通过视觉记忆效应，加强学习知识的记忆效果，降低遗忘的概率，实现农学成绩提升。

4.4 通过虚拟现实技术进行农业环境模拟

在农学授课过程中，最为关键的部分便是农作物本身所需要的生长条件，如果学生没有完全掌握这些知识，便会对后续的应用造成负面影响。通常情况下，农作物会受到温度、光照、土壤条件等现实因素影响，任何一个因素没有达到标准都会使农作物陷入生长迟缓、甚至枯萎的状态[4]。因此，学生需要针对环境条件进行农学研究，了解不同农作物所需要的差异化土壤条件以及自然条件。在传统教学课件中，由于受到媒体形式的影响，通常难以将这些条件直观地传达给学生。因此，教师可以采用虚拟现实技术，对农作物生长环境进行实时模拟，让学生能够通过直观地虚拟现实感受，增强对于知识的了解程度，提高授课效果。