錢貴江

【摘要】? ? 在信息化、物聯(lián)網(wǎng)的時代下，已有多媒體教學技術(shù)滿足不了教學的需求，而VR/AR技術(shù)憑借其交互性以及多感性的特點，使VR/AR技術(shù)教學的實踐真實性得到提高。在生物教學中使用VR/AR技術(shù)，可以讓學生有全新的學習體驗，在課堂中走出課堂，提高核心素養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】? ? VR/AR? ? 中學生物教學? ? 應用

引言：

VR/AR是把計算機作為核心，和科學技術(shù)相結(jié)合，在聽、看以及觸覺等各個方面形成和一定范圍真實環(huán)境非常相似的數(shù)字化環(huán)境，同時使用者通過裝備和數(shù)字化環(huán)境里面的對象進行交互作用，相互影響，產(chǎn)生身臨其境的體驗?，F(xiàn)階段，VR/AR在城市的建設(shè)、娛樂、園林體驗以及虛擬手術(shù)等多個方面都有著非常廣泛的使用，同時也使課堂教學出現(xiàn)了極大的改變。

一、VR/AR在中學生物教學中的作用

1.1進行知識發(fā)生過程的教學

在進行教學的時候使用VR/AR，就能夠利用VR/AR的實驗模擬功能，重現(xiàn)出科學家的實驗。利用互聯(lián)網(wǎng)把模擬設(shè)備、數(shù)據(jù)和相關(guān)的儀器和界面和計算機端口相連接，讓學生能夠在互聯(lián)網(wǎng)上進行實驗。學生可以登錄虛擬實驗室，按照教師的指導進行實驗設(shè)計，繼而驗證相關(guān)結(jié)論。這樣不但使時間得到節(jié)省，費用支出同樣也會得到節(jié)約。同時還可以使知識的發(fā)生過程教學在課堂中進行。

比如“虛擬果蠅”的模擬實驗軟件，能夠讓學生親自動手進行果蠅交配實驗，然后認識到孟德爾遺傳定律，讓學生可以親自感受到知識發(fā)生的整個過程，鍛煉學生的探究分析能力。

1.2幫助學生探索無法接觸到的一些領(lǐng)域

在學生進行知識同化以及建構(gòu)認知結(jié)構(gòu)的時候，有部分知識背景是教師不能展示，而學生也無法接觸的，比如火星的表面情況，一些無法進入的危險地帶等等。若是學生對其沒有一個感性的認知和了解，就無法有效構(gòu)建知識。而使用VR/AR能夠建立仿真的虛擬世界，讓學生有一種身臨其境的感覺，為其提供“替代經(jīng)驗”，從而彌補直接經(jīng)驗的不足之處，打破時空界限，探索未知領(lǐng)域和事物。如“生命起源”——幾十億年前，生命起源之前的地球是什么樣子，學生是不能直接感知的，只能通過想象中認識。教師僅僅依靠傳統(tǒng)教學媒體也無法給學生建立相關(guān)的學習情境。這種情況下，VR/AR為學生的研究和探索新知帶來了理想化的工具，它能夠把古地球的情景模擬出來，讓學生觀看，給學生建立想象的情景氛圍，同時讓學生沉浸其中。這樣，生命起源可以在學生面前真切經(jīng)歷發(fā)生。

1.3打破時空束縛，減少成本支出

VR/AR程序能夠當做教學輔助資源，讓學生快速認知和了解記住相關(guān)的知識。例如，學生在學習完“細胞的基本結(jié)構(gòu)”后，可以還會對部分細節(jié)和相關(guān)知識有一定的疑惑和不解。這個時候，教師就可以使用VR/AR教學，不但可以讓學生“進入”到細胞的內(nèi)部，任意轉(zhuǎn)動頭部，看一系列的細胞器和相關(guān)的結(jié)構(gòu)，同時在視野方向變化下，還會出現(xiàn)三維示意結(jié)構(gòu)以及相對應的文字說明，如細胞膜、線粒體、核糖體等細胞器一覽無余。當抽象的知識變得鮮活，學生就能夠?qū)@些知識理解的更加容易。

1.4擴展實驗的范圍，提高學生的見識

不同時期以及不同版本類型的生物學教材都有大量的實驗內(nèi)容，同時實驗試題還是考試中必不可少的重難點。但是從現(xiàn)階段的情況來看，大多數(shù)的普通高中都沒有系統(tǒng)設(shè)置生物實驗，甚至直接讓學生背誦實驗內(nèi)容，導致學生無法有效建構(gòu)知識。但同樣值得注意的是，生物實驗開出率低下，也有相關(guān)的客觀原因。比如經(jīng)費不夠、師資力量薄弱、有一定安全隱患等。而VR/AR技術(shù)可以有效緩解各種問題。VR/AR設(shè)備能夠多次使用，只要加入資源就可以，不會每一次都有耗材的費用。比如，在進行“基因工程”教學的過程中，教師可以通過VR/AR進行“使用PCR技術(shù)擴增目的基因”實驗。

在教學的時候，學生使用VR/AR設(shè)備就可以通過第一人稱的視角進入虛擬實驗室中，繼而用手柄傳遞拿起實驗臺上的器具，從而完成實驗。在教學的時候，部分學生會覺得模擬實驗達不到親自實驗的效果。其實并不是這樣，VR/AR技術(shù)起源于軍事演練，在模擬飛行中不斷發(fā)展，現(xiàn)階段不管是在醫(yī)學教學，還是臨床手術(shù)，都有使用。因此把VR/AR應用到生物實驗教學中，是非?？尚械模瑫r也有著重要的現(xiàn)實意義。

總的來說，短時間內(nèi)開展不了，或者對學生存在危害的實驗，可以用虛擬手段。不僅使實驗開出率提升，同時學生眼界也會隨之增加，思維得到進一步鍛煉和拓展。

二、VR/AR在中學生物教學中的應用

2.1用VR/AR建立虛擬環(huán)境，重視操作解決難點

在進行高中生物學習的時候，必修二是非常難的一本，里面有著非常豐富的內(nèi)容，若是在教學的時候使用VR/AR技術(shù)，就可以有著良好的教學效果。

比如在學習《遺傳因子的發(fā)現(xiàn)》這一節(jié)課的時候，教師可以通過VR/AR技術(shù)為學生展現(xiàn)出孟德爾八年豌豆實驗的過程。在VR/AR技術(shù)的幫助下，該過程不僅能看，學生們還可以扮演孟德爾，還虛擬環(huán)境下進行人工異花傳粉，同時觀察在授粉完成后，豌豆的生長情況。在進行虛擬環(huán)境設(shè)置的過程中，學生可以推動豌豆成熟速度，然后統(tǒng)計出不一樣的性狀個體數(shù)量。這種方式不僅使學生的動手能力得到培養(yǎng)，同時還可以使學生明白過程的艱辛。

其次，在學習《基因和染色體的關(guān)系》這節(jié)課的時候，減數(shù)分裂可以和前面的有絲分裂內(nèi)容放在一起進行學習，用VR/AR技術(shù)建立起兩個動態(tài)細胞分裂的過程，學生能夠從各個方面進行觀察，同時對比兩個過程之間的相同點和不同點。而且教師可以在細胞分裂中的每條染色體上標注一個基因，在減數(shù)分裂染色體進行移動的時候，就能夠得知基因變化規(guī)律，把前后內(nèi)容進行聯(lián)系。

最后，在學習《基因的本質(zhì)》以及《基因的表達》中DNA的相關(guān)知識時，教師從DNA空間結(jié)構(gòu)進行教學，而探索一個物體自身空間結(jié)構(gòu)，VR/AR技術(shù)就是合適的教學方式。用VR/AR技術(shù)建立微觀場景，把DNA分子結(jié)構(gòu)用立體手段展現(xiàn)，學生能夠?qū)Ψ肿臃糯蟆⒖s小以及旋轉(zhuǎn)等，還能夠使分子間出現(xiàn)反應，研究分析DNA復制以及基因表達的過程，在空間、時間方面對該過程有明確的認知和了解。

2.2用VR/AR建立微觀場景，展示物質(zhì)結(jié)構(gòu)

對于必修一來說，《組成細胞的分子》有機大分子是一大難點。高一的學生在學習這節(jié)課的時候，化學在學習無機物。學生對于有機物結(jié)構(gòu)一問三不知，而傳統(tǒng)教學手段都是二維的，教師在講解有機分子空間結(jié)構(gòu)的時候，僅僅把空間想象給學生講解，讓學生自己想象來建立分子空間結(jié)構(gòu)，這樣來看效果往往都是不盡如人意，學生還會出現(xiàn)理解錯誤的情況。

若是通過VR/AR技術(shù)建立微觀場景，把分子結(jié)構(gòu)用立體手段呈現(xiàn)，學生能夠?qū)Ψ肿臃糯蟆⒖s小以及旋轉(zhuǎn)，還可以把分子間的反應過程通過VR/AR呈現(xiàn)。比如氨基酸脫水縮合反應形成多肽的過程，學生通常對于該反應過程無法進行有效理解。

若是使用VR/AR技術(shù)讓該反應在自己面前發(fā)生，使學生“走進”分子，“感受”分子的結(jié)構(gòu)以及相關(guān)功能，這種直觀認識是傳統(tǒng)教學手段所不能達到的。

同樣，細胞結(jié)構(gòu)以及功能也是教學的重難點，尤其是《細胞的能量供應和利用》中的光合作用、呼吸作用至關(guān)重要。然而學生在學習的時候會覺得十分困難，這是由于學生被動接受光合作用以及呼吸作用的過程圖解，然后對該知識點進行死記硬背，因此在考試時，若是有相關(guān)問題，學生無法靈活運用，就得不到較高的成績。

若是通過VR/AR技術(shù)建立細胞模型，該模型能夠放大、縮小以及旋轉(zhuǎn)。當學生學到這一章時，就能夠放大細胞的內(nèi)部，進入線粒體、葉綠體中，觀察其自身結(jié)構(gòu)。當進入葉綠體的時候，學生能夠在類囊體薄膜上面，直接觀察和了解光反應過程?？荚嚂r再有光反應的相關(guān)考點，學生就會有正確的答案，因為該過程是通過學生自己的直觀感受得來的，而不是依靠死記硬背。

2.3用VR/AR建立三維模型，感受生物的內(nèi)環(huán)境

在學習《植物的激素調(diào)節(jié)》里生長素發(fā)現(xiàn)的科學史中，傳統(tǒng)的教學手段是依靠講述，效果通常都是不盡如人意，沒有一點教學的效果，還會導致學生出現(xiàn)枯燥乏味的感受。若是通過VR/AR開展教學，教師可以設(shè)計出多組胚芽鞘，讓學生親自動手完成科學家動手實踐的實驗。比如學生切下一組胚芽鞘的尖端，然后觀察胚芽鞘怎樣進行生長。再比如，學生把胚芽鞘的任何一個位置用錫箔罩子包住，然后看胚芽鞘生長的過程。

在研究生長素生理作用以及其他激素過程中，教師可以建立一棵“樹”，然后學生把樹進行放大，定位到幼嫩的芽，觀察生長素合成之后的轉(zhuǎn)移以及作用位置，如頂端優(yōu)勢。學生還可以把這顆樹進行橫向放置，按照樹根向地生長特點，研究分析生長素的兩重性。而且學生還能夠在該樹其他部位觀察別的激素合成，以及其功能。

三、VR/AR在中學生物教學中出現(xiàn)的困難

盡管市場上有各種價格便宜的VR/AR眼罩，還有一些插入手機能夠觀看，但技術(shù)工藝、制作和視覺體驗方面差，同時硬件缺陷會導致因為長時間使用出現(xiàn)眩暈、惡心。現(xiàn)階段，大部分的教學眼罩都是這類產(chǎn)品，長時間使用就會危害學生健康。但是現(xiàn)階段市場上的先進產(chǎn)品，包括眼罩、計算機和一些設(shè)備，價格能夠達到數(shù)萬元。

可見，要建立VR/AR教室，費用一定非常昂貴。此外，一些程序和視頻資源也要購買或開發(fā)，特別是在教學過程中使用的程序更是非常昂貴。

四、結(jié)束語

綜上所述，在生物教學中使用VR/AR技術(shù)，有著顯著優(yōu)越性。VR/AR系統(tǒng)能夠建立虛擬人物參與教學交互。這種方式，老師不再使用把課本轉(zhuǎn)移到屏幕的教學手段，而是用計算機建立起各種虛擬環(huán)境。

要按照教學內(nèi)容使用VR/AR系統(tǒng)，隨著VR/AR水平進一步提高和應用，學生學習生物也會變得更有趣味性，學生熱情也會顯著提升。

參? 考? 文? 獻

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