周勇 朱楚霞 劉好桔

[摘 要] 大學實驗課程是理論課程的補充與升華，可以有效培養(yǎng)大學生的動手能力和創(chuàng)新意識，但目前很多普通高校開設的實驗課程很難達到理想的教學效果。由于虛擬現(xiàn)實技術（VR技術）具有沉浸性、交互性等特點，將VR技術運用到大學實驗中能夠打破傳統(tǒng)教學的局限性，給學生以及老師帶來不同的教學體驗。探討將VR技術引進大學實驗課程后，將對現(xiàn)有大學實驗課程不足的改進以及預測其將來的發(fā)展產(chǎn)生深遠的影響。

[關鍵詞] 實驗課程;教學管理;VR技術

本科教育的關鍵之一就是課堂教學，加強課堂教學管理、優(yōu)化教學內(nèi)容、改革教學方法，是提高本科教育質量的重要措施[1]。大學實驗課程注重培養(yǎng)學生的動手操作能力，是理論課程的升華，但目前除了部分重點大學實驗課程開展比較完善之外，其他普通大學所開設的實驗課程往往很難達到老師的理想教學效果[2]。

一、大學實驗課教學現(xiàn)狀及存在的問題

1.缺乏對實驗課程教學的重視。雖然在大部分的大學里安排了專門的教師進行實驗安排及講解，但在具體的實驗課過程中，講述理論知識過多，對操作流程以及實驗操作注意事項只是進行簡要說明，更難以保證對所有學生進行整個實驗過程的監(jiān)督和指導。例如：遺傳學實驗中果蠅多線染色體的觀察實驗。

2.實驗設備落后。部分大學成立時間比較早，相關實驗設備的購買和使用的時間已經(jīng)比較長，不能滿足當前實驗的新需求;也有部分學校因儀器價格太貴無法及時購買，因此限制了學生實驗課的內(nèi)容更新。

3.學生缺乏自我創(chuàng)新能力。目前大學中的實驗主要是驗證類型的實驗，大部分學生在進行實驗時，僅僅按照已有的實驗報告、指導書或教師的安排機械地完成相關實驗。如工程技術大學機械類基礎實驗。在實際的教學過程中，教師的教學目標往往停留在鞏固理論知識上，實驗教學課時數(shù)太少，學生也以拿學分為目的而被動參與實驗，因而大多數(shù)學生缺乏創(chuàng)新能力[3]。

4.實驗成績考核體系不夠完善。教師在傳統(tǒng)實驗課程的教學過程中無法全面系統(tǒng)地進行全程記錄和考核。在實驗課程結束之后，大多數(shù)教師僅僅按照對于學生的印象及實驗報告的書寫狀況進行考核，這樣的考核機制不僅影響了學生的積極性，也影響了實驗課程開設本身的實際意義[4]。

二、大學實驗課創(chuàng)新改革

VR技術是指由計算機產(chǎn)生，通過視、聽、觸覺等作用，使用戶產(chǎn)生身臨其境感覺的交互式視景仿真，具有多感知性、存在感、交互性和自主性等特征[5]。目前，VR技術已經(jīng)逐漸走進大學校園。由于實驗室的實驗器材數(shù)目有限，實驗室控制條件避免實驗材料的浪費，大學實驗課程大多是小組共同完成，雖然這教會了我們小組協(xié)作的重要性，但就忽略了培養(yǎng)同學單獨完成一個完整實驗的能力。例如一個經(jīng)典的生物化學實驗——“過氧化氫酶活性的測定”，其基本原理如下。過氧化氫酶能把H2O2分解為H2O和O2，其活性大小，以一定時間內(nèi)分解的H2O2量來表示。當此酶與底物（H2O2）反應結束后，再用碘量法測定未分解的H2O2量。以鉬酸銨作催化劑，使H2O2與KI反應，放出游離碘（I2），然后用硫代硫酸鈉（Na2S2O3）滴定碘，反應如下[6]：

H2O2酶

H2O2→[酶·H2O2]→H2O+1/2O2

鉬酸銨

H2O2+2KI+H2SO4→I2+K2SO4+2H2O

I2+2NaS2O3→2NaI+Na2S4O6

根據(jù)上述反應，算出反應后的過氧化氫溶液的濃度，最后根據(jù)空白與樣品滴定量之差，算出被分解的H2O2量及酶活性，差值越大，酶活性越強。

那么，在此實驗過程中哪里能利用VR技術？其實，在整個實驗過程中都能用到VR技術。在實驗過程中，可以通過VR技術將時時刻刻都在分解過氧化氫模擬在影像當中。

三、VR技術可以改善大學實驗教學現(xiàn)狀

1.VR技術引進的可能性。VR技術與大學實驗的結合能幫助教師達到期望的教學目的，提升學生動手和創(chuàng)新能力。近年來，國家鼓勵教育方式創(chuàng)新，使VR技術的使用符合國家政策，從而使其走向大學課堂成為可能。

2.實驗設備問題。VR技術引進的必要性。大學里有些實驗對儀器的要求非常高，如用超速離心和酸沉淀制備牛乳清蛋白質的實驗[7]。

3.實驗考核體系問題。實驗考核是實驗課程教學的一個關鍵問題，江蘇省南京師范大學建立了與綜合性、研究型微生物學實驗課和混合式教學法相適應的過程性考核方式，包括線上課程考核，含十個單元測驗和理論考試，考試成績占總評的20%;期末實驗操作考試，老師現(xiàn)場打分，占總評成績的50%;微生物培養(yǎng)皿藝術大賽成績，占總評成績的30%[8]。這個實驗考核方式突破了傳統(tǒng)實驗課的考核方式，不僅注重學生的實際操作考核，也注重了學生實驗理論基礎的考核。

四、VR技術應用大學實驗的展望

將VR技術引進大學實驗中既能高效地完成教師的實驗課程教學目標，又能提高學生對實驗的掌握程度，并且省時省力省經(jīng)費。但是由于目前VR設備不夠輕便廉價導致體驗不夠完美、教育資源內(nèi)容不夠豐富以及制作欠智能等原因，VR技術更多地應用于產(chǎn)品展示、虛擬旅游、游戲娛樂等方面，而在教育領域應用得較少[9]。

隨著VR制作技術越來越成熟，尤其是人工智能（AI）技術的迅猛發(fā)展，教師制作或修改VR資源將成為可能，未來VR技術一定會更好地服務于大學實驗教學。

參考文獻

[1]林健.一流本科教育：認識問題、基本特征和建設路徑[J].清華大學教育研究，2019，40（1）：22-30.

[2]艾海提，沙力，李玲，彭秧.分析化學實驗課教學中存在的問題及其改進措施[J].大學教育，2014（13）：130-132.

[3]蘇澤盛，陶穎.大學生創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)在機械類基礎實驗中的探索[J].北華航天工業(yè)學院學報，2019，29（1）：54-55.

[4]黃管樂.大學實驗課教學存在的問題及改革措施[J].黑龍江教育學院學報，2016（2）：66-67.

[5]蘇建明，張續(xù)紅，胡慶夕.展望VR技術[J].計算機仿真，2004，21（1）：18-21.

[6]許俊.碘量法測定過氧化氫酶的活性在叢枝病研究中的應用[J].安徽林業(yè)科技，1998（4）.

[7]齊云霞，趙小偉，黃冬維，蔡東東，楊永新，程廣龍，趙輝玲.超速離心和酸沉淀制備牛乳清的蛋白質組學研究[J].中國畜牧獸醫(yī)，2019，46（8）：2203-2210.

[8]何偉，劉中華，賈永，張石柱，韓管助，許凱，戴亦軍，袁生.綜合性、研究型微生物學實驗課的過程性考核[J].微生物學通報，2019（14）：48-54.

[9]岳振華.VR技術應用于生物教學的體會和思考[J].基礎教育參考，2018（21）：39-40.