虛擬現(xiàn)實(shí)與農(nóng)學(xué)課堂教學(xué)的有機(jī)整合

張 峰

(皖北經(jīng)濟(jì)技術(shù)學(xué)校，安徽 阜陽(yáng) 236400)

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展歷程

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)最早的開(kāi)發(fā)案例可以追溯到20世紀(jì)末期。1954年，第一款虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備誕生，其集成了大量當(dāng)時(shí)最為先進(jìn)的信息硬件技術(shù)，能夠通過(guò)互動(dòng)外設(shè)輸出3D視覺(jué)信息。這臺(tái)設(shè)備本質(zhì)上屬于觸屏運(yùn)動(dòng)設(shè)備，包含顯示屏、環(huán)繞揚(yáng)聲系統(tǒng)、嗅覺(jué)模擬裝置以及可調(diào)節(jié)座椅等硬件。體驗(yàn)用戶能夠在座椅上通過(guò)顯示屏享受一些由贊助商拍攝的短片，具備一定的商業(yè)化性質(zhì)。在當(dāng)時(shí)，能夠提供高科技信息體驗(yàn)的設(shè)備數(shù)量寥寥無(wú)幾，因此這臺(tái)虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的發(fā)布震驚了當(dāng)時(shí)的新聞界，取得了一定的社會(huì)效應(yīng)。然而，由于當(dāng)時(shí)信息化硬件發(fā)展的物理限制，這臺(tái)設(shè)備的處理速度十分緩慢，無(wú)法支撐過(guò)于復(fù)雜的3D信息顯示。同時(shí)，其體積以及重量較為龐大，不便于移動(dòng)展示[1]。因此，這臺(tái)設(shè)備最終銷(xiāo)聲匿跡，沒(méi)有取得商業(yè)收益。但是后續(xù)科學(xué)家并沒(méi)有放棄對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備技術(shù)的研究，自1982年商用虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備RB2發(fā)布以來(lái)，大量的新穎技術(shù)被應(yīng)用在設(shè)備的研究過(guò)程中，使其性能以及效果不斷提升。終于，在2008年末，網(wǎng)絡(luò)商業(yè)募捐項(xiàng)目OCULUS RIFT成功投入生產(chǎn)，為用戶帶來(lái)了靈活、強(qiáng)大的視覺(jué)體驗(yàn)，打下了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)。2015年，競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品HTC Vive進(jìn)入商業(yè)應(yīng)用，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)入了黃金時(shí)代。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)對(duì)農(nóng)學(xué)課堂的應(yīng)用效果

隨著相關(guān)技術(shù)應(yīng)用的快速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)走進(jìn)了自然科學(xué)教學(xué)、特種行業(yè)教學(xué)、網(wǎng)上授課教學(xué)等多個(gè)應(yīng)用方面。通過(guò)對(duì)這種技術(shù)的應(yīng)用研究顯示，有效應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)能夠?qū)W(xué)生的課堂學(xué)習(xí)效率提升發(fā)揮輔助作用，幫助他們快速理解原有的抽象知識(shí)點(diǎn)，從而增強(qiáng)整體學(xué)習(xí)質(zhì)量，深入掌握新的知識(shí)概念。農(nóng)學(xué)課堂的授課內(nèi)容主要包括作物種植、養(yǎng)護(hù)、收割等多個(gè)層次的知識(shí)，同時(shí)還需要學(xué)生掌握植物的生長(zhǎng)遺傳等生物內(nèi)容理論。這些知識(shí)點(diǎn)的抽象程度較高，不易被學(xué)生直接理解，容易導(dǎo)致課堂效率下降，學(xué)生產(chǎn)生厭煩情緒等問(wèn)題，影響農(nóng)學(xué)授課效果。因此，農(nóng)學(xué)授課需要結(jié)合現(xiàn)實(shí)因素，讓學(xué)生對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)規(guī)律產(chǎn)生興趣，進(jìn)而結(jié)合實(shí)踐進(jìn)行內(nèi)容學(xué)習(xí)。然而，當(dāng)前的農(nóng)學(xué)課堂仍然在普遍應(yīng)用傳統(tǒng)教學(xué)方法，通過(guò)課件PPT、記錄視頻等方式進(jìn)行授課。這種授課形式既不能讓學(xué)生產(chǎn)生直觀的認(rèn)識(shí)，也無(wú)法激發(fā)他們的主觀能動(dòng)性。因此，教師需要尋求全新的授課形式，提高教學(xué)效果。在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用逐漸成熟后，教師可以利用這種技術(shù)，結(jié)合農(nóng)學(xué)課堂形式，發(fā)揮其互動(dòng)、沉浸的主要特征，增強(qiáng)授課效果。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)授課內(nèi)容形式的轉(zhuǎn)換，讓學(xué)生感到身臨其境的體驗(yàn)。例如，教師可以設(shè)置虛擬農(nóng)田環(huán)境，讓學(xué)生進(jìn)行農(nóng)作物的觀察，學(xué)習(xí)如何進(jìn)行播種以及管理。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不受農(nóng)學(xué)實(shí)踐的時(shí)間影響，能夠在任何季節(jié)、任何地點(diǎn)對(duì)任何農(nóng)作物種類(lèi)進(jìn)行研究，大幅提高了教學(xué)的靈活性。其次，得益于虛擬現(xiàn)實(shí)的超高分辨率，學(xué)生能夠?qū)ξ⒂^環(huán)境進(jìn)行模擬觀察，使原本復(fù)雜抽象的農(nóng)學(xué)知識(shí)變得生動(dòng)、有趣，促進(jìn)他們的主觀積極性提升[2]。在授課過(guò)程中，教師應(yīng)當(dāng)使用虛擬現(xiàn)實(shí)開(kāi)發(fā)套件，創(chuàng)設(shè)虛擬場(chǎng)景，達(dá)到增強(qiáng)學(xué)生體驗(yàn)的目標(biāo)。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用在農(nóng)學(xué)課堂中的硬件要求

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有著一定程度的硬件門(mén)檻需求，如果沒(méi)有達(dá)到這種需求標(biāo)準(zhǔn)，將會(huì)大幅降低體驗(yàn)效果，對(duì)農(nóng)學(xué)課堂的教學(xué)產(chǎn)生負(fù)面影響。因此，為了有效將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與農(nóng)學(xué)課堂進(jìn)行有機(jī)整合，教師需要考慮能夠使用的硬件設(shè)備條件，針對(duì)性進(jìn)行教學(xué)方式改革。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用的規(guī)格具有多層次特征，教師可以從入門(mén)級(jí)開(kāi)始進(jìn)行嘗試，待應(yīng)用較為成熟后，再進(jìn)行深入改進(jìn)。入門(mén)級(jí)設(shè)備通常由內(nèi)置陀螺儀感應(yīng)的智能手機(jī)即可勝任，學(xué)生能夠通過(guò)簡(jiǎn)單的手機(jī)模擬，對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)支持下的農(nóng)學(xué)知識(shí)產(chǎn)生初步的認(rèn)識(shí)，優(yōu)化教學(xué)效果。標(biāo)準(zhǔn)級(jí)硬件設(shè)備需要由性能符合條件的智能手機(jī)與對(duì)應(yīng)的虛擬現(xiàn)實(shí)紙盒套件構(gòu)成，通過(guò)這種方式進(jìn)行應(yīng)用，能夠大幅提升課堂沉浸感，相比入門(mén)級(jí)配置能夠降低受到干擾的概率，使學(xué)生的注意力更加集中。高端虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用配置需要高性能的臺(tái)式計(jì)算機(jī)與OCULUS RIFT設(shè)備、HTC VIVE設(shè)備進(jìn)行配合，需要投入較多的基礎(chǔ)成本。但是，這種設(shè)備條件能夠帶來(lái)的效果是入門(mén)、標(biāo)準(zhǔn)級(jí)所無(wú)法比擬的。通過(guò)高性能計(jì)算機(jī)的顯示卡性能支持，OCULUS RIFT以及VIVE能夠輸出高達(dá)每秒120幀率的雙眼畫(huà)面，使學(xué)生能夠瞬間沉浸相關(guān)環(huán)境中，大幅提升學(xué)習(xí)效果，并激發(fā)他們對(duì)于知識(shí)內(nèi)容的探究興趣。教師應(yīng)當(dāng)根據(jù)能夠投入的成本，決定配置相應(yīng)的硬件資源，盡可能提升教學(xué)效果。

4 虛擬現(xiàn)實(shí)與農(nóng)學(xué)課堂實(shí)現(xiàn)有機(jī)整合的策略途徑

4.1 運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用激發(fā)學(xué)生主觀積極性

通過(guò)將農(nóng)學(xué)課堂與虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，能夠大幅提高學(xué)生對(duì)于相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的興趣，深入激發(fā)他們的主動(dòng)積極性性，從而優(yōu)化整體課堂教學(xué)效果。傳統(tǒng)農(nóng)學(xué)授課過(guò)程在新時(shí)代已經(jīng)通過(guò)引入信息技術(shù)，在教學(xué)過(guò)程中增加大量的多媒體元素，然而，隨著時(shí)代的發(fā)展，新階段的學(xué)生對(duì)于信息量較為稀疏的多媒體教學(xué)已經(jīng)產(chǎn)生了厭煩感，這嚴(yán)重降低了農(nóng)學(xué)的授課效果，不利于教學(xué)效率的進(jìn)一步提升。因此，教師需要尋求信息量更為豐富的教學(xué)方式，第一時(shí)間吸引學(xué)生的注意力，讓他們沉入農(nóng)學(xué)知識(shí)講解過(guò)程中[3]。因此，教師可以在農(nóng)學(xué)課堂中使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，提高課堂知識(shí)講解的信息量，使學(xué)生產(chǎn)生探究興趣，提高授課效果。

4.2 使用虛擬現(xiàn)實(shí)突破教學(xué)中的疑難問(wèn)題

在農(nóng)學(xué)課堂授課的過(guò)程中，存在著大量的學(xué)習(xí)難點(diǎn)。這些難點(diǎn)可能會(huì)嚴(yán)重干擾學(xué)生對(duì)于相關(guān)知識(shí)的理解程度，并降低授課效率，使教師的教學(xué)任務(wù)加重，不利于進(jìn)一步講解。在傳統(tǒng)課堂模式中，教師需要通過(guò)教材以及相關(guān)多媒體課件，為學(xué)生解答難點(diǎn)問(wèn)題。然而，這種講解由于畫(huà)面較為單調(diào)，容易導(dǎo)致學(xué)生注意力渙散，進(jìn)而影響講解效果，不利于課堂時(shí)間管理。教師可以通過(guò)應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，使用3D模型生成器，對(duì)農(nóng)學(xué)知識(shí)中的難點(diǎn)問(wèn)題內(nèi)容進(jìn)行建模，使學(xué)生能夠通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)直觀地觀察到問(wèn)題的解決方案，降低授課難度，提升教學(xué)效果。

4.3 利用虛擬現(xiàn)實(shí)進(jìn)行農(nóng)作物類(lèi)別教學(xué)

由于農(nóng)業(yè)植物類(lèi)型較為多樣化，因此進(jìn)行學(xué)習(xí)記憶的難度通常較高。部分學(xué)生無(wú)法有效區(qū)分植物與植物之間的區(qū)別，并且對(duì)種類(lèi)概念的理解程度較差，不利于學(xué)習(xí)成績(jī)提升。因此，教師需要通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，讓學(xué)生能夠直觀地發(fā)現(xiàn)植物之間的細(xì)微差別，實(shí)現(xiàn)植物種類(lèi)的快速分類(lèi)。同時(shí)，還可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)套件對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境特征進(jìn)行模擬，讓學(xué)生能夠通過(guò)視覺(jué)記憶效應(yīng)，加強(qiáng)學(xué)習(xí)知識(shí)的記憶效果，降低遺忘的概率，實(shí)現(xiàn)農(nóng)學(xué)成績(jī)提升。

4.4 通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行農(nóng)業(yè)環(huán)境模擬

在農(nóng)學(xué)授課過(guò)程中，最為關(guān)鍵的部分便是農(nóng)作物本身所需要的生長(zhǎng)條件，如果學(xué)生沒(méi)有完全掌握這些知識(shí)，便會(huì)對(duì)后續(xù)的應(yīng)用造成負(fù)面影響。通常情況下，農(nóng)作物會(huì)受到溫度、光照、土壤條件等現(xiàn)實(shí)因素影響，任何一個(gè)因素沒(méi)有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)都會(huì)使農(nóng)作物陷入生長(zhǎng)遲緩、甚至枯萎的狀態(tài)[4]。因此，學(xué)生需要針對(duì)環(huán)境條件進(jìn)行農(nóng)學(xué)研究，了解不同農(nóng)作物所需要的差異化土壤條件以及自然條件。在傳統(tǒng)教學(xué)課件中，由于受到媒體形式的影響，通常難以將這些條件直觀地傳達(dá)給學(xué)生。因此，教師可以采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)模擬，讓學(xué)生能夠通過(guò)直觀地虛擬現(xiàn)實(shí)感受，增強(qiáng)對(duì)于知識(shí)的了解程度，提高授課效果。

4.5 在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)練習(xí)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在練習(xí)式學(xué)習(xí)活動(dòng)中，能夠發(fā)揮最大程度的輔助效果。教師應(yīng)當(dāng)在農(nóng)學(xué)課堂中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，通過(guò)對(duì)模擬反饋糾正學(xué)生的錯(cuò)誤認(rèn)知，并利用虛擬環(huán)境的時(shí)間加速功能，讓學(xué)生感知到農(nóng)作物生長(zhǎng)的全過(guò)程，降低教學(xué)成本，提高了課堂效率。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與農(nóng)學(xué)課堂進(jìn)行有機(jī)整合的過(guò)程中，教師應(yīng)當(dāng)采取多種有效的策略，提高農(nóng)學(xué)授課的質(zhì)量以及效率，為學(xué)生未來(lái)的應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。