虚拟现实技术在中学化学 实验教学中的应用

第一篇：虚拟现实技术在中学化学 实验教学中的应用

虚拟现实技术在中学化学 实验教学中的应用

班级：化学1001班 姓名：代有来

学号：2010254030107虚拟现实技术在中学化学实验教学中的应用

摘要：化学式自然科学的重要组成部分，着重研究物质的组成、结构和性质的关系，以及物质转化的规律和调控手段。化学课程可以帮助学生从化学的视角去认识科学技术和社会生活方面的问题，在基础教育阶段，化学课程的教学呈现出“通过实验学化学”的发展趋势，将实验贯穿整个化学课程实施。目前，中学化学课程中探究性试验占有重要地位，是学生积极主动的获取化学知识、认识和解决化学问题的重要实践活动，也是构建化学基础知识和提高学生素质的需要。随着信息技术的发展和课程整合成果的不断涌现，将虚拟实验系统引入中学课程教学，成为教育工作者关注的热点。在化学学科教学过程中合理运用虚拟现实技术，将虚拟实验室与化学学科实验课程有机整合，根据虚拟实验室特有的优势，应用虚拟实验室进行探究性试验教学。

关键词：虚拟现实；实验教学；探究实验 正文：

一、中学化学实验的分类

化学是一门比较成熟的基础自然科学，实验是化学事实的重要组成部分，也是化学 基本理论和观点的重要支撑点，化学科学领域的任何一项重大突破，无一例外地都要经 过化学实验这一环节，化学实验是化学科学赖以形成和发展的基础，因此，化学实验也 是化学教学的重要内容。

中学化学实验是根据培养目标和教学任务，遵循学生认知规律，体现化学学科发展

特点而精选的基础实验，其内容丰富，形式多样。为了研究方便，按照不同的分类维度，对中学化学实验有不同的分类方法。

按照实验的主体不同，可将实验划分为：演示实验、学生实验、实验习题、家庭小 实验；按照实验内容分类，可分为：化学基本操作实验、元素化合物性质和制备实验、阐明化学概念和基础理论的实验、化学反应应用于化工生产中的实验、解释日常现象或 解答化学问题的实验、趣味实验；按照实验中质与量的关系分类可分为定性实验和定量 实验。

以上分类标准是按照不同的研究目的、不同的研究方法等对化学实验进行的不同维 度分类，在这里我们按照建构主义思想，从学生的认识出发，按照实验在认识过程中的 作用分类，将中学化学实验分为：验证型实验、探究型实验、模拟型实验和对照型实验。验证型实验：验证型实验是为检验化学理论、验证化学假设、提供实验事实而进行 的一种实验。验证实验是科学的研究方法和科学的研究态度的重要组成部分，在化学研 究中没有被验证的理论、假说或者事实都被认为是不确定的。在化学课程的教学过程中，验证型实验通常用来验证或证实所学的化学知识。这种类型的实验在中学化学中如：碘 升华实验、完全燃烧和不完全燃烧等。

探究型实验：探究，是指围绕问题展开的活动，是逐步分析和解决问题的过程。探 究学习是指运用探究的方式进行的学习活动和过程，亦即学生在教师的指导下，主动发 现问题，以一种类似科学研究的方法对问题进行分析和研究，从而达到问题解决和知识 获得的过程与活动¨。通过以上对于探究学习的研究可知，探究型实验是指围绕某一化 学研究对象，在观察和总结研究实验现象和实验数据的基础上，归纳总结出结论的一种 学习模式。探究型实验以实验作为基础，启发引导学生独立的探索知识，是学生了解知 识的产生和发现过程，让学生通过自身的努力，通过积极的思维活动，概括得出有关的 结论，并进行科学探究过程和探究方法的系统训练。新的化学课程标准中指出“化学实 验是进行科学探究的主要方式，教师应改变传统的实验教学，精心设计各种探究型实验，促使学生主动的学习，逐步学会探究”通过这种教学方式，既激发学生学习兴趣，使学 生掌握实验技能，又能够改变学生传统的学习方式，是学生主动学习、自主探究，逐步 形成科学探究的能力。我们这里将详细探讨探究型实验在中学化学实验中的应用。模拟型实验：由于受到实验条件限制、安全性制约、常规环境下反应现象不明显等 因素的约束，通常教师借助模拟的方法，选定替代物对实验进行模拟。这种实验在中学 化学实验中如实验室里用模拟接触法制硫酸等。

对照型实验：这种实验通过对比或对照来研究物质的某种属性的一种实验。这种实 验要设计两个或两个以上的对比组实验，一个作为标准组；另一个为实验组，通过对比 实验对比、对照判定实验组是否有相同或类似的性质。

二、虚拟环境下的教学模式选择

教学模式这一概念最早是由美国学提出，它是指在一定的教育思想、教育理念指导 下，结合大量的教学经验，将教学四要素有机的组织起来，形成相对稳定的教学活动框 架。也就是在相应的教育思想、教育理论、学习理论的指导下，结合一线教师的实践经 验，将教师、学生、教学媒体、教学内容有效组织起来。教学设计的过程模式可以作为 学校和委托教学培训机构的沟通手段，还可以作为管理教学系统设计活动的指南，以及 作为整个教学设计过程的依据。

为了更好的分析中学化学的教学情况，从而总结归纳出实践性好并且符合学生认知 规律的中学化学实验课程的教学模式及教学设计过程，我观察并分析了2007年、2008 年和2009年全国中学信息技术与课程整合优质课大赛(化学部分)的视频、音频、幻 灯片及说课稿等资源，其中涉及来自全国12个省市的45名中学教师，从中总结出信息 技术支持下探究型教学模式的教学设计过程和学生探究学习流程。首先对教师教学模式 的选择和教学的支撑环境情况进行分析

多数教师在教学过程中采用探究型的教学，其中在分析 的45节获奖课程中，有27节应用的探究型教学模式。义务教育阶段，化学课程中的探 究型实验教学，是一种重要的学习方式，也是义务教育阶段化学课程的重要内容，对发 展学生的科学素养、化学基础知识和技能的培养具有不可替代的作用。多数一线教师已 经意识到信息技术在教学过程中的重要作用，大多采用多媒体环境下的教学，少数教师 结合网络平台开展探究教学活动。

与探究活动的一般过程相同，中学化学的探究型教学过程仍然在教师和学生两个方 面研究教学过程。所不同的是，中学化学的探究过程首先是教师的教学准备阶段，这一 阶段无学生参与，教学准备阶段由教学分析阶段、探究准备阶段和设置并说明问题阶段 组成。教学分析阶段又包括学习者特征分析、学习任务分析、解决问题可行性分析、三 维教学目标分析阶段等；探究准备阶段是教师为学生的学习过程提供必要的前提，包括 先行组织者的准备、探究平台准备、探究工具准备等；学生的探究学习是在教师预先设 定的范围内开展探究活动，在学生探究活动开始前，教师要设置探究问题，并对探究主 题作简要说明。

进入教学过程阶段，这一阶段分为教师活动和学生活动两个方面进行，这两个方面 是同一教学过程下的两个方面，而不是分开的教学过程。教学过程方面，教师在探究活 动开始前对学生学习进行启发、引导。教师在整个教学过程中引导、监控整个学习过程，并适时的组织讨论，并对实验现象作出解释，最后教师对整个虚拟探究过程进行总结，对探究活动进行总体说明，讲虚拟实验回归真实实验，促进学生知识的拓展和迁移，促 使学生能力的提高。

学生方面，由于是在虚拟环境下开展的学习活动，首先进行虚拟仪器的使用练习和 对于先行组织者的学习，然后是整个探究学习过程，在学习过程结束后与同伴交流，并 反思探究过程，最后进行自我评价和教师评价，对学习结果升华。

我们将在此教学模式的指导下，运用相关教学设计思想，从教师和学生两个方面设 计探究过程：

三、虚拟环境下学与教的教学系统化设计过程

在这种教学模式下，对于教学过程的系统化设计也与传统的教学设计流程有较大的 差异。在建构主义思想和新课程理念及素质教育思想的指导下，我们根据我国一线教师 的教学经验，并结合“主导一主体”的教学设计思想，以“学教并重’’理念为指导设 计出适合虚拟环境下中学化学探究型实验教学的教学系统化设计流程。

对教学过程进行分析可以反映出中学化学实验课程教学的基本情况，最终目的是要 得出出在初中化学教学中教学设计过程和学生自主探究流程。由此我们选择了观察法、数据统计法、内容分析等方法对优质课大赛资源进行分析。根据教学过程中探究活动的 开展情况，再结合科学的教学理论和新课程及素质教育理念，归纳出适合于探究型实验 教学的教学模式和教学设计流程。我们分别在教学分析阶段、教学目标分析、教学准备、教学指导、平台利用、评价反思等几个方面进行了分析。

对于信息技术与课程整合大赛中的资源进行分析，我们得出，在教师方面探究过程 基本包含以下基本环节：学习者分析、教学内容分析、学习目标分析、学习指导、教学 媒体设计、数字化学习资源的利用、教学评价和教学反思等。对以上问题的对研究虚拟 环境下中学化学课程探究实验的过程和步骤提供了良好的依据。

通过教师教学过程表的分析，可以看出一线教师在教学过程中，着重对学习者分析、教学内容分析、学习目标分析、学习指导、教学媒体设计、和教学反思等；多数教师在 教学过程中涉及数字化学习资源的利用、教学评价；较少教师在教学过程中使用先行组 织者策略；几乎没有教师对解决问题的可行性分析进行分析。然而在实际的教学中先行 组织者策略和解决问题的可行性分析是教学过程中的重要内容，尤其是在虚拟环境下的 探究实验中，这两方面显得格外重要。

其中，先行组织者策略是能促进有意义学习的发生和保持的最有效策略，是利用适 当的引导性材料传递当前所学的新内容加以定向与引导。这些引导性材料通常和新知识 间存在着包容性、概括性、和抽象性上的联系，便于新旧知识间建立联系，从而促进新 知识的学习。这种策略尤其适合探究型学习，在学生进行探究学习前，将先行组织者呈 现给学生，便于学生探究学习的进行。

解决问题的可行性分析，在处理教学中遇到的问题时，分析造成这种问题的原因是 什么，这种问题是什么性质的，运用虚拟环境下的探究实验以及教学系统化设计是否能 解决这一问题，这一步骤在教学过程中是极为重要的一步。然而，通过分析我们得知，在实际的教学中，教师很少考虑这一问题，造成了人力及资源的浪费。

对于虚拟环境下的探究型教学实验，与以往的教学方式有很大差异，教师在整个实 验过程中起到引导和辅助学生学习的作用，由此，教学设计环节也较传统的教学设计有 很大差异，下面我们从教师角度探讨一下虚拟环境下中学化学实验课程的教学设计流 程：

整个教学设计环节分为三个阶段进行，其中包括教学分析阶段、教学目标确定阶段、准备阶段、指导阶段和探究型实验的总结性评价阶段。

教学分析阶段包括学习者分析、学习任务分析和解决问题的可行性分析。

学习者分析：教学的最终目的是为了有效促进学生的学习，学生的原有认知结构和 认知风格对学习的结果起到至关重要的作用，对教学设计起到重要作用的心理因素进行 分析，为后续的教学系统设计步骤提供依据。

学习任务分析：探究型教学是以学习任务为基础的，教师在探究活动开始前对学习任务进行分析，找出其中的重难点及学生难以解决的问题，在探究活动开始前向学生说 明。探究问题的可行性分析：了解并掌握学生已有的知识同本次探究活动的相关性以及 学生对以往知识的掌握情况，判断学生探究活动的可行性。

教学目标分析阶段，新课程标准下，将学习过程的目标分为三个维度：知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观目标。教学无论是探究型的实验教学还是其他形式的教 学，其目标都是促使学习者朝着目标所规定的方向发生变化，在教学的系统化设计中，教学目标是否明确、规范、具体，直接影响到学习活动能否沿着正确的方向进行，它是 纵贯整个学习、探究活动的整个过程的一种指导思想，是对教学活动的一种原则性规定。准备阶段：是教师对于学生探究活动的准备，其中包括准备并提供给学生探究新知 识的先行组织者、实验平台的提供、探究工具的提供。尽管这一过程是在虚拟环境下完 成，但这些步骤仍必不可少，尤其是虚拟环境下探究平台的准备和探究工具的提供，是 学生在虚拟环境中进行探究的必要前提。

提供先行组织者：先行组织者是利用适当的引导性材料对当前所学的新内容加以引 导，这类引导性材料与当前所学新内容之间存在包容性、概括性和抽象性符合同化理论 的要求。

探究平台的准备：在虚拟实验室中完成探究实验，实验平台是完成探究过程的必要 前提。虚拟实验同实物的操作实验相同，需要教师做大量的准备工作，包括实验虚拟实 验平台的使用和调试等。

探究工具的准备：探究工具包括相关资料的搜索工具，实验记录工具、数据处理工 具以及实验过程的协作交流工具等。这些工具在虚拟环境的探究实验中显得尤为重要，也是探究过程必不可少的条件之一。

指导阶段：这一阶段是学生实施探究活动的过程，也就是课堂教学过程。在这一阶 段教师的教学功能已经转变为指导、辅助功能，教师在这个过程中回答学生的疑问，对 所有同学都遇到的共性问题做及时的纠正。真正做到“以学生为中心"的教学，所有虚 拟资源和非虚拟资源都是为了支持学生的“学”，而非教师的“教”，教学的中心已经从 教师向学生转变。逐渐形成以教师为“主导”，学生为“主体”的新型教学结构，以适 应新型教学环境，实现信息技术与学科教学的深层次整合，实验教育改革的跨越式发展，最终实现培养创新型人才的目标。

探究的成果评价：对于探究学习过程的评价要基于三维教学目标，从多个角度出发，尤其是实验课程的探究过程，涉及到各种实验过程、步骤的规范性、探究过程的态度、协作交流情况等涉及到所有探究过程的环节。对于课堂教学的评价通常是总结性评价，总结学生探究过程的不足。将学生学习过程中的表现即时的反馈给学生，供学生修正自 己的探究模式，便于学生更好地进行以后的学习。

教师是整个探究活动的指导者和促进者，涉及到给学习者指定方向，通过各种手段 提升学习者的兴趣；为学生解释任务和对实验资源的基本操作做出解释；对整个探究过 程作基本的描述，使学生不至于漫无边际的探究，为学生提供完成探究所需的所有策略、步骤等；最终在同学问完成评价后，教师对整个探究过程做最后的总结性评价。学生是整个探究式学习活动的主体，一切问题的出发点和归宿都是促进学生学习，学生的探究学习过程可参照科学探究的一般过程：发现或提出问题、提出猜想和假设、制定研究计划与设计实验、进行实验搜索证据和分析数据得出结论。与一般的探究活动 所不同的是，学生的所有探究活动都是在教师的指导和监控下进行的；学生的探究活动 不同于科学探究，其目的在于通过探究活动获取知识，学习过程要在教师设定的总体目 标下进行，进行探究活动前，学生要仔细阅读教师对探究活动的总体要求；鉴于学生探 究活动的学习目的，在完成探究活动后要进行小组或组间的交流协作，教师对整个探究 活动给予评价反馈，最终实现学生学习目标的实现。总体说明：学生在教师的指导下进行探究活动，根据三维教学目标，并且结合多数 学生的认知特点和思维习惯，分析学习任务，给学生探究实验指定方向，通过各种手段 提升学习者的兴趣。并向学生提供先行组织者，使学生掌握与新的知识相关或相近的知 识；对实验的目标作概括性的描述，必要时要向学生说明该实验的注意事项，把实验的 难度控制在合理的范围内，既激发了学生探究知识的兴趣，又不至于是学生由于无法完 成实验而产生挫折感。

猜想与假设：学生根据已掌握的知识和技能，对新问题提出假设。这一过程中可以 和同伴或教师交流，以优化自己的假设，为自己下一步设计实验奠定基础。

设计实验：根据上一步自己的假设，设计自己实验步骤和过程，其中包括仪器的连 接、药品的选取等。

实验过程：这一步是进行实验的过程，学生独立或者小组跟组设计的实验步骤实施 实验方案。在虚拟环境下的实验，可以充分满足学生的探索欲望，适当扩大学生药品的 使用范围和仪器数量，在实验过程中学生要认知观察实验现象。

收集数据：实验过程中不断的对实验现象和实验数据进行记录，这一过程培养学生 对待科学的态度，绝不错过任何一个实验现象，也绝不漏掉任何一个实验数据，为之后 的实验分析打下良好的基础，进一步培养自己科学探究的能力。

验证假设并解释结论：通过对收集到的数据和实验现象的认真分析，得出自己的结 论，并回头验证自己的假设。这是一个反复的过程，学生可以根据得到的数据修正自己 的实验过程重新设计自己的实验。同时，这一阶段完成后可以和同伴交流，并且形成最 终的汇报，将最终的结果反馈给教师，作为教师评定探究过程的一项依据。

反思与评价：整个实验过程结束，学生对自己的实验过程反思，总结自己在探究过 程中的得失同时进行自身评价、小组间的评价和教师的总结性评价。

表达与交流；这一环节是总结与提高的过程，同学间通过不同的假设与步骤，通过 不同的途径，探究完成了实验任务。通过表达与交流可以取长补短，为以后的实验学习和科学研究奠定良好的基础。

形成性评价：这一过程由教师完成，教师在观察分析整个实验组的探究过程后，对 实验进行相对性评价，总结学生探究过程的不足。将学生学习过程中的表现即时的反馈 给学生，供学生修证自己的探究模式。

在实际的探究学习过程中，并不是所有的探究虚席活动都完全遵照以上探究过程，进行探究实验的目的主要是使学生模仿科学家在进行科学探究过程中的过程，完成教学 目标，学习科学探究的各种技能，提高学生的科学探索素养。在整个探究过程中，学生 的探究活动表现为：学生是整个探究活动的主体；利用虚拟环境为学生提供尽可能多的 探究条件和实践探究思想的机会；充分发挥学生探究活动的主观能动性。

第二篇：多媒体技术在中学化学实验教学中的应用

多媒体技术在中学化学实验教学中的应用

摘要：化学实验是中学化学教学中最普遍采用的手段。但由于实验条件的限制，实验的科学性、直观性、探索性和操作性的特点在教学中不一定能完全体现。因此，把现代信息教学技术应用于化学实验教学中，克服实验条件的限制，旨在对以下几方面有所突破，提高演示实验的可见度性。增加演示实验的时效性，保障演示实验的安全性，加强学生实验操作的规范性，为创造学生进行实验设计的条件，丰富学生实验知识等，都能最大限度地发挥实验的作用。

关键词：中学化学实验；多媒体教学技术

中图分类号：G632 文献标识码：A 文章编号：1000-8136(2009)36-0091-02 投影技术对化学实验教学中的应用

化学课的演示实验，其目的是通过实验让全体学生观察到物质变化的全过程，有理性上有一定的认识，从而提出疑问，获得结论。演示实验可提高学生对化学的学习积极性和参与程度，体现实验过程的真实性、科学性，让学生信服，是培养学生观察能力的重要途径，也为引出课题、问题，进行讨论、探索、发现，创造条件。因此，演示实验要真正起到演示作用，不能演而不示，使演示实验变成讲述实验，观察实验现象变成讲解实验现象。为了提高演示实验的可见度，传统的方法一般采用放大实验仪器，抬高实验装置，增加实验药品的用量，巡回展示实验结果，然而实验仪器的放大是有限的，巡回展示实验结果又浪费时间，且有些现象是在实验中瞬间产生的而无法观察到，以至影响教学效果。采用投影技术，可克服上述缺陷，大大提高演示实验的效果。例如：浓H2SO4稀释实验时，对实验中关键性的观察点――温度计读数的变化，通过投影技术进行扩大，使验证性实验的验证更具科学性，用实物投影仪对氢氧化钠固体表面潮解现象进行放大，激励学生注意观察生活中的化学现象。上述实验在教师讲课时感到很流畅，学生对知识的理解、掌握感到很轻松。摄像、放像技术在化学实验教学中的应用

演示实验的全过程需要较长的时间，且伴随着一些无关紧要的现象，干扰学生正确观察实验现象，影响实验的效果。由于学生课堂学习时间是有限的，要让学生在有限的时间内尽可能多地获得信息，给予学生信息要有选择，使学生观察到的现象对所学得的知识有价值。因此，采用摄像、剪辑技术，对实验全过程进行加工，既为学生提供实验全过程，又突出重要的实验现象，同时也不失实验的真实性。例如：演示实验教学中，有些实验具有一定的危害性和危险性，在课堂上无法实施演示，借助于录像教学，既保证学生的安全，保护环境，又达到良好的教学效果。通过录像技术还可以对实验中的错误操作引起的危害进行真实再现，引起学生的重视，帮助学生掌握正确的实验操作步骤和操作技能。例如：浓H2SO4实验，课堂上一般演示正确的操作，对不正确的操作进行讲解，通过录像对浓H2SO4滴入水中放出大量热量使H2SO4液飞溅现象进行演示，使学生加深对这一知识点的理解，这样的教学可以使学生正确掌握实验操作规则和正确认识实验装置，对实验的成功起到一定的作用。

利用录像技术中的功能效应，促使演示实验真实性，如：高速成或缓慢的摄像技术和放像的快、慢、倒等功能不仅使学生缓慢地看到快速成反应的变化，还能使学生快速地观察到缓慢的反应变化，让学生迅速感知易观察到的细节，提高学生观察的敏捷性，同时缩短了教学时间，增加了演示实验的时效性，提高了教学效益。

摄像、录像技术还可以显示较复杂的化工生产过程，使抽象的教学内容直观化，便于学生对这类知识的理解和掌握，对一些价格昂贵的实验、危险性大的实验，定性的实验，要求较多的操作技术，或装置复杂的实验也可以借助教学录像来完成保障演示实验的安全性、正确性、有效性、规范性。多媒体网络技术在化学实验教学中的应用

化学实验的操作步骤和操作规范都有一定的要求，一旦学生操作失误，不仅会引起实验失败，也可能引起实验事故，更会引起学生的恐惧心理，影响学生学习化学的兴趣，采用多媒体网络技术，应用典型的软件资料，对操作易出错的后果进行模拟。这样，让学生在计算机前先进行模拟操作，以掌握正确的操作和对不正确的操作的理解，再进行实验，将大大提高学生实验的有效性。例如：高锰酸钾制氧气的实验室制法中，实验结束后应先将导管移出水面再移去酒精灯的操作，一旦失误，有一定的危险性。为了解决这一难题，通过多媒体技术，设计、制作了氧气的实验室制法的软件，对这一操作做了一些特别的处理，在课堂上，让学生进行反复模拟实验，一旦操作正确，计算机给予奖励提示，鼓励学生，而一旦学生操作错误，计算机则对水倒流试管底部，试管破裂的危险场面进行模拟。再如：对点燃未检验纯度的氢气发生爆炸进行模拟，使学生加深对操作错误引起危害的认识，然后再进行正确的实验，通过多媒体技术的模拟，不仅提高了实验的成功率，更深刻理解正确操作的重要性。

多媒体技术在化学实验中，起到实验设计教学，对学生进行化学知识和实验操作技能的演示教学，有利于培养学生的迁移能力、解决问题的能力、相互协作能力和创造能力，在多媒体“实验室”中让学生在实验室中畅游，发挥自己的才能，去探索化学世界的实验。例如：物质的鉴别，通过多媒体“实验室”提供学生所需试剂，由学生设计各种方法进行实验并加以判断。计算机对各种方法所产生的各种现象都会模拟，并正确判断加以正确提示，有利于培养学生对知识的巩固、应用和发展，培养学生的创造精神和创造能力。

在计算机多媒体技术上，我们可以通过声音、画面、文字于一体来展示微观世界，微缩的客观世界，模拟化学反应，打破了学生认识中的时空限制，用各种感官来感知信息有利于学生的主动参与，激发学习兴趣，更符合现代学生的思维学习习惯，在通过交互功能和模拟技术，对一些危险性、危害性的实验，放心的让学生大胆操作，为学生的探索和创造提供条件。

当今是网络化时代，网络技术的发展，将为学生的自主学习提供最丰富的信息资源，使学生的知识来源更广泛、更丰富，使学生可以不受时间、空间的限制，对有关实验问题进行探讨、推理，同时培养学生获取信息分析、归纳、整理信息、运用信息解决问题的能力。

总之，化学实验是中学化学教学最常用和最重要的教学手段，对帮助学生理解和掌握化学知识，有着举足轻重的作用，随着科学技术的发展，把现代教学技术与实验相结合必将丰富实验的内涵，增强实验功能。

参考文献

1王屹、韦海伟、黄敬东.教育信息资源在化学教学中的应用.中学化学教学参考，2003.(1～2)

2张建新.中学化学实验教学反思.中学化学教学参考，2003.(1～2)

第三篇：虚拟现实技术在会展实验教学中的应用研究

虚拟现实技术在会展实验教学中的应用研究

【摘要】虚拟现实技术所具有的沉浸性、交互性、构想性和全息性，使它在实验教学领域显示出独特的优势。将虚拟现实技术应用在会展实验教学中，改变了传统会展实验教学的模式，给教学过程带来划时代的变革，这为培养专业的会展应用型人才起到了重要的促进作用。

【关键词】虚拟现实会展实验教学

【基金项目】广西高等教育教学改革工程项目(项目编号:2013JGA292)；桂林旅游高等专科学校重点项目（项目编号:2013JGA292）。

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2014）05-0225-02

一、引言

会展专业是一门实践性和应用性较强的专业，会展实验教学是会展专业教学的重要组成部分。目前，除一些教学条件较好的高校拥有自己的会展实训室外，很多高校的会展实验教学还只是局限于教师讲解、幻灯片演示、视频播放和实地参观的教学模式，很难发挥学生的主观能动性。当前我国会展业发展迅速，对会展专业人才需求迫切，而会展业的竞争对会展从业人员的质量会提出更高的要求，现阶段高校中的会展专业学生都偏重于书本知识，学生的实践能力相对欠缺。如何更大、更好地发挥会展实验教学的作用，提高学生的实践能力，使知识积累和实践能力相结合，培养出真正的会展专业应用型人才，满足会展业发展的需要，是今后会展实验教学的改革和发展方向。

随着信息技术的飞速发展，虚拟现实技术得到不断成熟和完善，这是一门利用计算机对真实世界进行仿真的一项技术，用户借助一些专业设备就可以利用虚拟现实系统融入虚拟空间，成为虚拟环境的一员，实时感知和操作虚拟世界中的各种对象。虚拟现实技术的出现改变了以往一些教学观念和教学方式，对现代教育产生了深远的影响。它打破了时间和空间的限制，使用学生处于一种虚拟的环境之中，使之成为课堂主角，发挥主观能动性，学生在虚拟的多信息的环境中主动探索，能够真正培养他们的实践能力[1]。

二、虚拟现实技术概念及特点

（一）概念

虚拟现实技术最早由美国学者J.anier提出，他将虚拟现实定义为：用计算机运算生成一个逼真的鼠标、键盘等设备“进入”虚拟世界，在“虚拟世界”中浏览和交互。虚拟现实技术是融合计算机图形学、智能接口技术、传感器技术、模式识别、多媒体技术和网络技术等综合性高新技术，虚拟现实系统应具备与用户交互、实时反映所交互的结果等功能[2]。虚拟现实技术是一项计算机图形技术、人机接口技术、传感技术、显示技术、心理学及人工智能等技术相结合的综合技术。

（二）虚拟现实技术的特点

1.沉浸性

沉浸性是虚拟现实技术的最主要特点，是指使用者利用交互设备能够沉浸到计算机所创造的虚拟环境中，所体验到的真实程度。在虚拟环境中用户不但能够听到和看到，还可以触到及嗅到这个虚拟环境中所发生的一切，如同真实的世界一样，这是虚拟现实的最主要特点。

2.交互性

交互性是指用户与计算机构建的虚拟场景进行交互，产生一种参与感。在虚拟世界中用户可以使用鼠标、键盘、立体显示头盔、数据手套、立体眼镜、嗅觉传感器等设备进行交互，依据用户的头、手、脚等身体的动作和语言的变化，虚拟现实系统能够给用户呈现出不同的声音与图像，同时用户通过调节自身动作和语言，就可以轻松实现对虚拟世界中各种物体的观察与操作。

3.构想性

构想性是指用户借助虚拟现实技术，能够在虚拟世界中感知使抽象概念具像化的程度。例如在要建造一座体育场馆或博物馆，那么首先在设计阶段要对外形和内部结构进行详细的构思，如果让一般的外行人来读懂复杂的设计图纸是非常困难的，借助虚拟现实技术人们可以直观的看到建筑的外形以及内部结构，这比看图纸更加形象和生动。

4.全息性

全息性是指虚拟现实系统能提供的感觉通道和获取信息的广度和深度。虚拟现实旨在提供多维感觉通道和类似现实的全面的信息，让参与者通过全息传感及反应装置，在虚拟环境中获得视觉、听觉、触觉及嗅觉等多种感知，从而达到身临其境的感受。全息性是人们全身心沉浸到虚拟现实最基本的前提条件和技术基础[3]。

三、虚拟现实技术在会展实验中的应用形式

（一）构建了虚拟会展知识学习系统

虚拟会展知识学习系统是指在利用虚拟现实技术所构建虚拟环境中，学生进行会展相关知识学习的系统。该系统为学生提供了网上学习的服务技能，学生可在任何一台联网的计算机上进行课程学习，可帮助学生进行课前预习和课后的分析检验，课上实践不了的内容可在课下通过网络继续完成。

（二）构建了虚拟会展实验教学系统

虚拟现实技术构建了虚拟的实验场所，学生可以通过网络“走进”会展中心、会议中心和展览馆，使学生产生身临其境的效果；同时学生可以像在现实中一样，与虚拟世界中的各种对象进行交互；教师可以像在真实的场景里上课一样，进行课程的讲解和布置作业。不受空间和时间的限制，而更好地完成实验教学。

四、虚拟现实技术在会展实验教学中的应用优势

（一）节省教学成本

实验教学最重要的目的是让学生能够亲自实践，这样才能对理论知识有深刻体会，达到理论与实践相结合，从而为学生在今后的工作中能够快速进入角色，尽快适应工作岗位打下基础。在以往的会展实验教学中，教师必须要带领学生到会展中心、会议中心和展览馆等去实地上课，但受到教学经费，以及各种天气、安全等条件的限制，不可能多次上这样的实验课，特别是外地以及外国的会展中心等场所那更加是不能去的，这严重制约了会展实验课的教学效果。而虚拟现实技术构建的虚拟教学环境，可以突破时间和空间的限制，让教师和学生足不出户，随时随地通过网络走便可以“走进”会展中心、会议中心和展览馆，在虚拟的教学环境中，虚拟的场地和虚拟的设备可以重复使用，而不会产生损耗，虚拟的实验地点可以随意前往，这最大程度上节省了教学成本。

（二）实现体验式教学

目前国内高校会展专业实验教学中，大多还是采用单一的图像、视频展示和走访参观的教学手段，而虚拟现实技术的应用，使教学手段向互动启发式教学、发现式教学和协同工作式教学发展，从而推动了教学手段的科学化和智能化。采用虚拟现实技术可以使学生完全沉浸到教学所需要的会展场馆和会议室中去，实现“体验式”学习，身临其境地熟悉整个会展场馆和会议室其周围环境，从而可以针对具体的内容进行体验学习。虚拟现实技术通过逼真的声音、图像构建真实的学习场景，从而帮助学生获得示范性知识、把握概念原理的实质，展现了学生不能直接观察到的事物[4]。

如图1所示，在模拟回旋式会议室与课桌式会议室布置中，学生可以全角度、全方位地了解两种会议室的区别，不仅能在学生头脑中建立这两种会议室的构成，而且可以让学生看得见、听得见，从而全方位地了解两种会议室中桌子和椅子摆设的位置等。这种类似于游戏式的沉浸感会使学生对相关知识点记忆深刻。体验式的教学方式完全区别于传统的授课方式，是一种教学方式的革新，适合其他学科领域推广。

（三）实现互动式教学

虚拟现实技术的沉浸性、交互性、构想性和全息性等特征，可以使学生融入到虚拟的世界中，实现教师、学生与计算机的互动、教师和学生的互动以及学生与学生之间的互动。

图2特装展台

在如图2中所示的特装展台布置课中，通常情况下，老师只能告诉学生如何布置展台，但在虚拟现实中，学生可以根据身临其境的体验，自行设计布置展台，然后在计算机上共享，教师和同学之间还可以就此方案进行讨论。在这样实验教学环境中，从而充分激发与调动每一位学生学习的热情和主动性。

五、结束语

虚拟现实技术是二十世纪末才兴起的一门崭新的综合性信息技术，将虚拟现实技术应用于会展实验教学，是对传统教学的有力补充，虚拟现实技术将展览馆、会议室等“搬进”了教室，实现学生足不出户就能体验实景的效果，大大提高了学生的实践能力，节省了教学成本。目前已有一些院校将虚拟现实技术应用于会展实验教学，并取得了不错的效果，这为培养专业的会展应用型人才起到了重要的促进作用。

参考文献：

[1]汤跃明.虚拟现实技术在教育中的应用[M].北京:科学出版社,2007.[2]高瞩;吉晓民.基于虚拟现实技术的工业设计方法论的探寻[J].机电产品开发与创新,2009(1).[3]丛海勃.浅析虚拟现实技术在旅游实验教学中的应用[J].辽宁教育行政学院学报,2013(1).[4]张玉茹,杨镜.虚拟现实技术在实验教学中的应用[J].软件导刊,2013(2).作者简介：

董彦佼（1980-），男，广西桂林人，硕士研究生，讲师，研究方向：会展信息化。

第四篇：虚拟现实技术在博物馆中的应用探讨

虚拟现实技术在博物馆中的应用探讨

摘要：虚拟现实技术是利用计算机科技，将编辑好的三维数据通过各种不同的传输途径呈现在人们面前的新兴科技。博物馆是征集、典藏、陈列和研究代表自然和人类文化遗产的实物的场所，是对公众开放的非营利的，为社会发展提供服务，以学习、教育、娱乐为目的的永久性机构。本文将从虚拟现实技术的特点和博物馆应用方面探析二者的结合。关键词：虚拟现实技术；博物馆；技术应用

一、虚拟现实技术

虚拟现实技术（简称VR），又称灵境技术，是以沉浸性、交互性和构想性为基本特征的计算机高级人机界面。将编辑好的三维数据输入到虚拟现实软件的程序中，然后用直观的方式将信息展现到人们眼前，使人们能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中，让人们可视、可知、可感，甚至是可嗅。

虚拟现实技术可跨越地域的限制，将人们无法亲临的景物呈现在人们的眼前，更可直观的剖析很多无法拆卸和展示的事物。使人们更深入的了解事物的本质和内涵。

二、虚拟现实技术的应用

虚拟现实技术已经广泛应用在我们生活的各个角落。应用在商业上，可以缩短开发周期，减少投资费用。应用在医学研究上，可以数字化人体结构，虚拟手术过程，很好的解决了人体实验对象资源匮乏的问题。应用在娱乐行业，虚拟滑雪场、4D电影等更是丰富了消费者的娱乐生活。

现在虚拟现实技术更进一步深入到了教育行业。虚拟校园、虚拟教学、虚拟博物馆的出现，改善了传统语言教学的略显枯燥的教育方式。使人们更直观、更深刻的获取知识信息。

三、虚拟现实技术在博物馆中的应用

博物馆是人们学习知识、参观文物、感受文化的地方，其社会意义强、教育功能直接，国家重视博物馆建设，主张更多的博物馆向社会开放。把虚拟现实技术应用到博物馆中，不仅能够加强博物馆的社会功能和教育功能，同时也为博物馆新的运作模式提供了可实践的方式，转变传统博物馆随走随看、走不到看不见的情况。故宫文化资产数字化应用研究所利用虚拟现实技术制作了四部大型虚拟现实作品，利用虚拟现实打造的互动展示、自主选取视角等技术，让人们感受到了虚拟现实博物馆的奇妙。

虚拟现实技术可以应用到博物馆数字技术的各个层面，它可用于馆内展品和古建筑的数字展示与数字保存、也可用于展品和古建筑的虚拟修复与文化遗产监测、还可用于博物馆展品随展以及博物馆之间的展览合作。虚拟现实技术应用到博物馆中意义重大，能够在保护文化遗产不受损害的同时，更好的满足观众和游人的参观游览需求。

（一）.基于文物保护目的的虚拟现实技术应用

基于文物保护的目的，博物馆内的展品都收藏在展柜中，受到展柜空间的限制，观众无法近距离观看展品细节，也看不到文物被展柜遮挡的部分，虚拟现实技术解决了这一难题。它将文物的信息利用计算机数据化展示，逼真的呈现在观

众面前。更可外接感应终端，模拟文物形态、重量等外部特征。观众可通过对感应终端的操作，实现对虚拟文物的旋转、放大缩小等操作。从而实现了真实文物无法提供的新颖的交互式参观模式。

（二）.基于古建筑保护与内部展示的虚拟现实技术应用

基于古建筑保护的目的，很多时候，观众只能在围栏外或者隔着玻璃参观古建筑内景，受到室内光线和参观距离的限制，室内陈设模糊不清，往往无法达到理想的参观效果。虚拟现实技术引入后，可将文物古迹用数字化形式展现给观众，故宫博物院出品的《天子的宫殿》系列大型虚拟现实作品可带领观众在太和殿、中和殿、保和殿、养心殿和倦勤斋等实际游览中无法进入的著名宫殿建筑中无忧畅游，让观众零距离观赏宫殿内部陈设和古建筑原貌，在保护文物古迹不被损伤的同时满足了人们的求知欲。

（三）.基于文化内涵展示的虚拟现实技术应用 内涵是指事物内部包含的实质和意义，在众多博物馆中文物古迹中蕴涵的是中华上下五千年的历史积淀。利用虚拟现实技术可以将文物古迹背后的历史背景、宗教文化、传统制作工艺等文化内涵传达给观众。利用虚拟现实技术的特点，将这些文化内涵形象化、具体化，并配合动画、解说等后期效果，带给观众超越视觉感受的文化体验。

（四）.基于博物馆合作的虚拟现实技术应用 随着我国国际地位的提升，越来越多的外国友人了解并痴迷于中国的传统文化。我国各大博物馆也与许多国际知名博物馆建立了友好的往来关系。在共同探讨研究相关文物保护知识，交换展览展示经验的同时，博物馆之间会定期举办专题性的借展展览，以此来满足广大观众对异国文化的渴望。但是受到时间、距离以及相关条例的限制，每次参展的文物等级和数量都受到严格的控制，大型展品和宫殿建筑更是无法参展。虚拟现实技术挣脱上述种种束缚，它能将不可移动的宫殿建筑带到展览现场，也可以把宫殿建筑的建造过程和文物的制造工艺以交互式方式传递给观众。虚拟现实技术在随展中的应用丰富了借展内容，把更多的知识信息带给观众，吸引了更多参观者，更好的完成了博物馆文化传播的社会职能。

（五）.基于文物虚拟修复与数据保存的虚拟现实技术应用

光阴荏苒，博物馆中的大量文物古迹都出现脆化、脱色、剥落等现象。保护和修复这些文物古迹也是博物馆日常工作的重中之重。利用虚拟现实技术可以数字化记录文物古迹的现实状态，跟踪监测受损程度，还可以制定出相应的虚拟修复方案，预先模拟修复过程，检验修复技术和手段的可行性，从而避免直接人工操作带来的不必要的文物损伤。同时，这些高精度的数据可以保持起来，以便日后开展更精密的研究工作。总结：

虚拟现实技术的发展前景十分乐观，它在博物馆界的应用也会越来越广泛，越来越深入。它能更好的发挥博物馆的社会功能和教育功能，不断为博物馆的发展注入新的活力。参考文献：

[1]吕晓刚.从文化遗产地的表象还原到内涵表达[J].中国传媒大学出版社，2012 [2]姜学智，李忠华.国内外虚拟现实技术的研究现状[J].辽宁工程技术大学学报（自然科学版），2004(23)

第五篇：虚拟现实技术在教学中的应用

虚拟现实技术在教学中的应用

虚拟现实技术在教学中的应用主要集中在桌面虚拟现实和分布式虚拟现实,沉浸型虚拟现实由于所需设备昂贵,在教学中的应用较少。虚拟现实技术在远程教育中的应用主要有制作三维网络课件、开设网络实验课程和建构虚拟教室。

1.制作三维网络课件

在教学中,基于HTML的网络课件在不断地发展完善,但却始终不能摆脱二维平面的约束。在课件中加入虚拟现实技术,能挣脱这一枷锁。将虚拟现实和文字、声音、图片、视频等各种媒体有机结合,可以弥补二维平面课件的不足。如,用VRML设计各种三维的模型、物质结构等,可以让学生多角度地观察和学习,更好地理解学习内容。虚拟现实技术还可以再现现实生活中无法观察到的自然现象或事物的变化过程,为学生提供生动、逼真的感性学习材料,帮助学生解决学习中的知识难点。如学习物理知识时,利用虚拟现实技术,向学生展示原子核裂变、半导体导电等复杂的物理现象,供学生观察学习。

2.开设网络实验课程

虚拟实验在网络教育中有着巨大的优势,它可以弥补远程教学条件的不足。虚拟现实实验环境的开发可以真正打破空间、时间的限制,促进网络实验课程的开展。利用虚拟现实技术,还可以建立各种虚拟实验室,如物理、化学、地理、生物等实验室,在“实验室”里,学生可以自由地做各种实验,获得真实的体验。学生还可以通过虚拟实验验证所学的各种理论知识,提出各种假设模型进行虚拟,并通过虚拟系统观察这一假设所产生的结果或效果。例如,在虚拟的化学系统中,学生可以按照自己的假设设计某一化学反应,通过虚拟实验,可以看到相应的反应现象。通过这种探索式的学习方式,可以培养学生的学习兴趣,有利于激发学生的创造性思维,培养学生的创新能力。

3.建构虚拟教室

目前,在网络教育中,学生大部分是通过网络课程来学习的。学习时,学生能在网页上看到课程的相关文字材料和一些静止的图片。当然,好一点的网络课程,还提供了教学视频。但是不管是文本还是视频,师生之间都缺乏一种灵活的交互。应用虚拟现实技术,构建虚拟教室,能使这个问题得到一定程度的解决。虚拟教室是指运用分布式虚拟现实技术构造的一个虚拟真实的教学环境,分布在各个不同地方的学生,可以通过网络参与到虚拟课堂中。虚拟教室模拟了真实多媒体教室的整个场景,是师生共同活动的一个空间,在这里,可以完成教学、答疑等各种教学活动。借助网络通讯技术,视音频采集、处理技术以及交互代理等技术,参与到课堂的各个对象可以看到彼此,学生可以看到老师的板书,听到他的讲解。教师也能看到学生的表情和动作,可以听到学生的提问,并随时解答。这种教学方式,可以增强师生之间的实时互动,激发学生的学习兴趣,提高教学效率。