VR技术在大学实验课程中的应用
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作者:周勇 朱楚霞 刘好桔
[摘 要] 大学实验课程是理论课程的补充与升华，可以有效培养大学生的动手能力和创新意识，但目前很多普通高校开设的实验课程很难达到理想的教学效果。由于虚拟现实技术（VR技术）具有沉浸性、交互性等特点，将VR技术运用到大学实验中能够打破传统教学的局限性，给学生以及老师带来不同的教学体验。探讨将VR技术引进大学实验课程后，将对现有大学实验课程不足的改进以及预测其将来的发展产生深远的影响。
[关键词] 实验课程;教学管理;VR技术
本科教育的关键之一就是课堂教学，加强课堂教学管理、优化教学内容、改革教学方法，是提高本科教育质量的重要措施[1]。大学实验课程注重培养学生的动手操作能力，是理论课程的升华，但目前除了部分重点大学实验课程开展比较完善之外，其他普通大学所开设的实验课程往往很难达到老师的理想教学效果[2]。
一、大学实验课教学现状及存在的问题
1.缺乏对实验课程教学的重视。虽然在大部分的大学里安排了专门的教师进行实验安排及讲解，但在具体的实验课过程中，讲述理论知识过多，对操作流程以及实验操作注意事项只是进行简要说明，更难以保证对所有学生进行整个实验过程的监督和指导。例如：遗传学实验中果蝇多线染色体的观察实验。
2.实验设备落后。部分大学成立时间比较早，相关实验设备的购买和使用的时间已经比较长，不能满足当前实验的新需求;也有部分学校因仪器价格太贵无法及时购买，因此限制了学生实验课的内容更新。
3.学生缺乏自我创新能力。目前大学中的实验主要是验证类型的实验，大部分学生在进行实验时，仅仅按照已有的实验报告、指导书或教师的安排机械地完成相关实验。如工程技术大学机械类基础实验。在实际的教学过程中，教师的教学目标往往停留在巩固理论知识上，实验教学课时数太少，学生也以拿学分为目的而被动参与实验，因而大多数学生缺乏创新能力[3]。
4.实验成绩考核体系不够完善。教师在传统实验课程的教学过程中无法全面系统地进行全程记录和考核。在实验课程结束之后，大多数教师仅仅按照对于学生的印象及实验报告的书写状况进行考核，这样的考核机制不仅影响了学生的积极性，也影响了实验课程开设本身的实际意义[4]。
二、大学实验课创新改革
VR技术是指由计算机产生，通过视、听、触觉等作用，使用户产生身临其境感觉的交互式视景仿真，具有多感知性、存在感、交互性和自主性等特征[5]。目前，VR技术已经逐渐走进大学校园。由于实验室的实验器材数目有限，实验室控制条件避免实验材料的浪费，大学实验课程大多是小组共同完成，虽然这教会了我们小组协作的重要性，但就忽略了培养同学单独完成一个完整实验的能力。例如一个经典的生物化学实验——“过氧化氢酶活性的测定”，其基本原理如下。过氧化氢酶能把H2O2分解为H2O和O2，其活性大小，以一定时间内分解的H2O2量来表示。当此酶与底物（H2O2）反应结束后，再用碘量法测定未分解的H2O2量。以钼酸铵作催化剂，使H2O2与KI反应，放出游离碘（I2），然后用硫代硫酸钠（Na2S2O3）滴定碘，反应如下[6]：
H2O2酶
H2O2→[酶·H2O2]→H2O+1/2O2
钼酸铵
H2O2+2KI+H2SO4→I2+K2SO4+2H2O
I2+2NaS2O3→2NaI+Na2S4O6
根据上述反应，算出反应后的过氧化氢溶液的浓度，最后根据空白与样品滴定量之差，算出被分解的H2O2量及酶活性，差值越大，酶活性越强。
那么，在此实验过程中哪里能利用VR技术？其实，在整个实验过程中都能用到VR技术。在实验过程中，可以通过VR技术将时时刻刻都在分解过氧化氢模拟在影像當中。
三、VR技术可以改善大学实验教学现状
1.VR技术引进的可能性。VR技术与大学实验的结合能帮助教师达到期望的教学目的，提升学生动手和创新能力。近年来，国家鼓励教育方式创新，使VR技术的使用符合国家政策，从而使其走向大学课堂成为可能。
2.实验设备问题。VR技术引进的必要性。大学里有些实验对仪器的要求非常高，如用超速离心和酸沉淀制备牛乳清蛋白质的实验[7]。
3.实验考核体系问题。实验考核是实验课程教学的一个关键问题，江苏省南京师范大学建立了与综合性、研究型微生物学实验课和混合式教学法相适应的过程性考核方式，包括线上课程考核，含十个单元测验和理论考试，考试成绩占总评的20%;期末实验操作考试，老师现场打分，占总评成绩的50%;微生物培养皿艺术大赛成绩，占总评成绩的30%[8]。这个实验考核方式突破了传统实验课的考核方式，不仅注重学生的实际操作考核，也注重了学生实验理论基础的考核。
四、VR技术应用大学实验的展望
将VR技术引进大学实验中既能高效地完成教师的实验课程教学目标，又能提高学生对实验的掌握程度，并且省时省力省经费。但是由于目前VR设备不够轻便廉价导致体验不够完美、教育资源内容不够丰富以及制作欠智能等原因，VR技术更多地应用于产品展示、虚拟旅游、游戏娱乐等方面，而在教育领域应用得较少[9]。
随着VR制作技术越来越成熟，尤其是人工智能（AI）技术的迅猛发展，教师制作或修改VR资源将成为可能，未来VR技术一定会更好地服务于大学实验教学。
参考文献
[1]林健.一流本科教育：认识问题、基本特征和建设路径[J].清华大学教育研究，2019，40（1）：22-30.
[2]艾海提，沙力，李玲，彭秧.分析化学实验课教学中存在的问题及其改进措施[J].大学教育，2014（13）：130-132.
[3]苏泽盛，陶颖.大学生创新实践能力培养在机械类基础实验中的探索[J].北华航天工业学院学报，2019，29（1）：54-55.
[4]黄管乐.大学实验课教学存在的问题及改革措施[J].黑龙江教育学院学报，2016（2）：66-67.
[5]苏建明，张续红，胡庆夕.展望VR技术[J].计算机仿真，2004，21（1）：18-21.
[6]许俊.碘量法测定过氧化氢酶的活性在丛枝病研究中的应用[J].安徽林业科技，1998（4）.
[7]齐云霞，赵小伟，黄冬维，蔡东东，杨永新，程广龙，赵辉玲.超速离心和酸沉淀制备牛乳清的蛋白质组学研究[J].中国畜牧兽医，2019，46（8）：2203-2210.
[8]何伟，刘中华，贾永，张石柱，韩管助，许凯，戴亦军，袁生.综合性、研究型微生物学实验课的过程性考核[J].微生物学通报，2019（14）：48-54.
[9]岳振华.VR技术应用于生物教学的体会和思考[J].基础教育参考，2018（21）：39-40.
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