［摘 要］通過(guò)引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)得以突破傳統(tǒng)模式的限制，賦予學(xué)生更安全、更直觀、更具互動(dòng)性的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。教學(xué)實(shí)踐表明，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中顯著提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與參與度，同時(shí)深化了學(xué)生對(duì)化學(xué)概念及實(shí)驗(yàn)步驟的理解與掌握，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新實(shí)踐能力。文章分析了借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開(kāi)展高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的意義，闡述了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用途徑。

［關(guān)鍵詞］虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；高中化學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

［中圖分類(lèi)號(hào)］ G633.8 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號(hào)］ 1674-6058（2024）26-0067-03

隨著技術(shù)的飛速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）作為一種創(chuàng)新且充滿可能性的教學(xué)手段，正逐步融入教育教學(xué)實(shí)踐當(dāng)中。在高中階段，化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和實(shí)驗(yàn)技能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，迫切需要引入新穎的教學(xué)理念以滿足當(dāng)代學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。本文旨在探索依托虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開(kāi)展高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的價(jià)值及其應(yīng)用途徑，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)提供的沉浸式體驗(yàn)、真實(shí)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景再現(xiàn)以及探究式學(xué)習(xí)功能，以期為高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來(lái)新的突破，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力和操作能力，從而為培育創(chuàng)新型人才奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

一、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用概述

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在基礎(chǔ)教育中的應(yīng)用正逐漸普及并深化。該技術(shù)通過(guò)創(chuàng)建逼真的三維虛擬環(huán)境，為學(xué)生提供了一種全新的、沉浸式的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。在基礎(chǔ)教育階段，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于多學(xué)科教學(xué)中，尤其對(duì)于那些難以通過(guò)傳統(tǒng)教學(xué)方式呈現(xiàn)或理解的抽象概念、復(fù)雜實(shí)驗(yàn)和科學(xué)現(xiàn)象，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠形象生動(dòng)地展現(xiàn)出來(lái)，幫助學(xué)生更好地理解和掌握。此外，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，提升他們的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新思維，為基礎(chǔ)教育的改革與創(chuàng)新提供有力的技術(shù)支持。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于高中化學(xué)教學(xué)的意義

（一）提升實(shí)驗(yàn)安全性

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，為高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)構(gòu)筑起一道堅(jiān)實(shí)的安全屏障。以“鈉與水的反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)為例，在真實(shí)環(huán)境中進(jìn)行時(shí)，由于金屬鈉的活潑性極高，與水反應(yīng)極為劇烈，稍有不慎就可能引發(fā)安全事故。因此，許多學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)都會(huì)心存顧慮，無(wú)法完全投入到實(shí)驗(yàn)中。而在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的幫助下，這個(gè)問(wèn)題得到了有效解決。在虛擬空間中，學(xué)生可以自由地觀察鈉塊被投入水中后的劇烈反應(yīng)，看它如何在水中翻騰跳躍，發(fā)出嘶嘶的聲響，并放出氫氣。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程不僅栩栩如生，而且完全在安全可控的環(huán)境下進(jìn)行，徹底消除了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)安全的擔(dān)憂。更重要的是，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還允許學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行反復(fù)模擬和練習(xí)，直到他們完全掌握實(shí)驗(yàn)要領(lǐng)和金屬鈉的化學(xué)性質(zhì)。這種既安全又高效的學(xué)習(xí)方式，不僅極大地提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，還進(jìn)一步激發(fā)了他們對(duì)化學(xué)學(xué)科的學(xué)習(xí)興趣和探索熱情。因此，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在提升高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)安全性方面發(fā)揮了不可替代的作用。

（二）增強(qiáng)學(xué)習(xí)互動(dòng)性

通過(guò)運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，微觀世界被賦予了前所未有的直觀性和互動(dòng)性。以“離子反應(yīng)”這一章節(jié)為例，在傳統(tǒng)教學(xué)模式下，學(xué)生往往只能通過(guò)書(shū)本上的文字和圖片來(lái)想象離子之間的相互作用和反應(yīng)過(guò)程，這無(wú)疑增加了理解的難度。而在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的輔助下，學(xué)生可以在虛擬環(huán)境中親手搭建離子模型，直觀地觀察正負(fù)離子如何相互吸引、排斥，以及它們?cè)谒芤褐腥绾伟l(fā)生反應(yīng)生成新的化合物。這種沉浸式的互動(dòng)學(xué)習(xí)方式，極大地提高了學(xué)生的課堂參與度，使他們從被動(dòng)接受知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)探索知識(shí)，讓原本抽象的離子反應(yīng)知識(shí)變得生動(dòng)具體、觸手可及。此外，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還為學(xué)生提供了與虛擬環(huán)境中的離子實(shí)時(shí)互動(dòng)的機(jī)會(huì)。學(xué)生可以通過(guò)調(diào)整離子的位置、濃度等參數(shù)來(lái)觀察離子反應(yīng)的變化規(guī)律，從而更深入地理解離子反應(yīng)的本質(zhì)和影響因素。這種直觀且互動(dòng)性強(qiáng)的學(xué)習(xí)方式，不僅激發(fā)了學(xué)生對(duì)化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)的探索欲望，還培養(yǎng)了他們的實(shí)踐能力與創(chuàng)新思維。

（三）增強(qiáng)教學(xué)直觀性

在高中化學(xué)教學(xué)中，原子結(jié)構(gòu)是一個(gè)抽象且難以理解的概念。傳統(tǒng)教學(xué)方法往往依賴于靜態(tài)的圖片和模型，難以讓學(xué)生真正領(lǐng)會(huì)原子內(nèi)部的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)變化。而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用為破解這一難題提供了全新的解決方案。借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，教師可以為學(xué)生構(gòu)建一個(gè)三維立體的原子世界。在這個(gè)虛擬環(huán)境中，學(xué)生可以自由地進(jìn)入原子內(nèi)部，直觀感受并細(xì)致觀察原子核、電子云以及不同能級(jí)的電子排布。這種直觀、互動(dòng)的學(xué)習(xí)方式讓學(xué)生能夠更加清晰地認(rèn)識(shí)到原子結(jié)構(gòu)的層次性和動(dòng)態(tài)性。例如，在探索“原子軌道”這一概念時(shí)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以呈現(xiàn)出電子在不同軌道上運(yùn)動(dòng)的真實(shí)場(chǎng)景。學(xué)生可以通過(guò)調(diào)整視角和觀察點(diǎn)，詳細(xì)觀察s、p、d等各類(lèi)軌道的形狀、大小以及電子在這些軌道上的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。這種直觀的學(xué)習(xí)方式有助于學(xué)生更深入地理解原子軌道的概念和電子排布規(guī)律。此外，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還可以模擬原子間的相互作用和化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。學(xué)生可以在虛擬環(huán)境中親手操作原子模型，觀察它們?cè)诜磻?yīng)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)變化和化學(xué)鍵的形成與斷裂。這種學(xué)習(xí)方式不僅增強(qiáng)了化學(xué)知識(shí)的直觀性，還讓學(xué)生有機(jī)會(huì)親身參與化學(xué)反應(yīng)的探索過(guò)程，從而更深刻地理解化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)和原理。

三、借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開(kāi)展高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的途徑

（一）以虛助實(shí)，拓展化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作邊界

借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，教師可以有效地拓展高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)的操作邊界。在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，由于設(shè)備、安全和時(shí)間等方面的限制，許多實(shí)驗(yàn)難以在課堂上充分展開(kāi)。然而，通過(guò)構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，學(xué)生得以在無(wú)風(fēng)險(xiǎn)、無(wú)限制的條件下進(jìn)行各種復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)操作，如高溫高壓反應(yīng)、微觀世界探索等。這種以虛助實(shí)的教學(xué)方式不僅豐富了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，還提升了學(xué)生的實(shí)踐能力和科學(xué)素養(yǎng)。

以“濃硫酸的強(qiáng)氧化性”實(shí)驗(yàn)為例，在傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式中，學(xué)生通常需要親自動(dòng)手，使用濃硫酸、金屬等物質(zhì)進(jìn)行真實(shí)的化學(xué)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)。這樣的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)旨在讓學(xué)生通過(guò)親身實(shí)踐來(lái)觀察和了解濃硫酸的強(qiáng)氧化性及其在化學(xué)反應(yīng)中的作用。然而，濃硫酸具有強(qiáng)烈的腐蝕性和氧化性，一旦操作不當(dāng)，很容易導(dǎo)致學(xué)生受傷或設(shè)備損壞。同時(shí)，對(duì)于初學(xué)者而言，由于缺乏足夠的經(jīng)驗(yàn)和技巧，他們?cè)诓僮鬟^(guò)程中往往會(huì)遇到諸多困難。而借助先進(jìn)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，教師可以為學(xué)生打造一個(gè)既安全又逼真的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)環(huán)境。具體而言，教師可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建一個(gè)高度仿真的虛擬實(shí)驗(yàn)室，讓學(xué)生可以身臨其境地進(jìn)行濃硫酸的強(qiáng)氧化性實(shí)驗(yàn)，而無(wú)需擔(dān)心真實(shí)實(shí)驗(yàn)中潛在的風(fēng)險(xiǎn)和意外。學(xué)生可以通過(guò)頭戴設(shè)備自由地觀察和探索虛擬世界，從而更加深入地理解濃硫酸的化學(xué)性質(zhì)及其在化學(xué)反應(yīng)中的表現(xiàn)。

通過(guò)引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來(lái)模擬真實(shí)實(shí)驗(yàn)，不僅可以有效避免傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中存在的安全隱患和操作難題，還可以為學(xué)生提供更加逼真、高效、有趣的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

（二）交互探索，打造沉浸式實(shí)驗(yàn)任務(wù)體驗(yàn)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了全新的交互探索方式，從而打造出沉浸式的實(shí)驗(yàn)任務(wù)體驗(yàn)。在虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，學(xué)生不再是被動(dòng)的觀察者，而是積極的參與者。他們可以通過(guò)手柄、頭盔等交互設(shè)備，親手操作虛擬實(shí)驗(yàn)器材，觀察化學(xué)反應(yīng)的每一個(gè)細(xì)節(jié)，甚至與虛擬世界中的分子、原子進(jìn)行實(shí)時(shí)互動(dòng)。這種沉浸式的交互探索方式極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和內(nèi)在動(dòng)力，促使他們?cè)谟H身體驗(yàn)中更深刻地理解化學(xué)原理，培養(yǎng)創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力。

以“探索酸堿中和反應(yīng)中的熱量變化”實(shí)驗(yàn)為例，在教學(xué)實(shí)踐中，借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，教師可以為學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)別開(kāi)生面的沉浸式實(shí)驗(yàn)任務(wù)，讓他們親身感受化學(xué)反應(yīng)中熱量變化的奧妙。

1.實(shí)驗(yàn)任務(wù)背景設(shè)定

教師設(shè)定一個(gè)具體的實(shí)驗(yàn)任務(wù)：探索酸堿中和反應(yīng)中的熱量變化。在這個(gè)任務(wù)中，學(xué)生將置身于一個(gè)虛擬的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，里面擺放著各種實(shí)驗(yàn)器材和試劑。

2.交互探索步驟詳解

（1）準(zhǔn)備階段：學(xué)生戴上VR頭盔，手持VR手柄，進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)室。他們可以清晰地看到實(shí)驗(yàn)指南和器材列表，從而對(duì)實(shí)驗(yàn)有整體的認(rèn)識(shí)。（2）選擇試劑與器材：借助VR手柄，學(xué)生能夠選擇所需的酸堿試劑以及測(cè)量熱量的實(shí)驗(yàn)器材，如溫度計(jì)或熱量計(jì)。（3）混合試劑：在虛擬導(dǎo)師的引導(dǎo)下，學(xué)生將酸堿試劑按照一定比例混合。他們可以觀察到試劑混合瞬間的顏色變化、氣泡產(chǎn)生等直觀現(xiàn)1ad22a5354077aabf2ea17bf1668ca575eca71c635df4db98d73fff639fc0a0d象。（4）測(cè)量熱量變化：學(xué)生可以使用虛擬溫度計(jì)或熱量計(jì)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)反應(yīng)過(guò)程中的熱量變化。數(shù)據(jù)會(huì)以圖表或數(shù)字的形式直觀展示在VR界面中。（5）調(diào)整實(shí)驗(yàn)條件：為了更深入地探索，學(xué)生可以調(diào)整試劑的濃度、溫度等實(shí)驗(yàn)條件，觀察不同條件下熱量變化的規(guī)律。（6）記錄與分析：學(xué)生可以在虛擬實(shí)驗(yàn)記錄本上記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并結(jié)合理論知識(shí)進(jìn)行分析。系統(tǒng)還提供智能分析功能，能夠幫助學(xué)生更好地理解實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

3.實(shí)驗(yàn)任務(wù)亮點(diǎn)與意義

（1）安全性高：在虛擬環(huán)境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，避免了真實(shí)實(shí)驗(yàn)中潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)。（2）交互性強(qiáng)：學(xué)生可以通過(guò)手柄與虛擬環(huán)境中的一切進(jìn)行互動(dòng)，提高了實(shí)驗(yàn)的參與度和趣味性。（3）數(shù)據(jù)直觀：通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，熱量變化等抽象數(shù)據(jù)得以直觀展示，有助于學(xué)生更好地理解和掌握相關(guān)知識(shí)。（4）條件可調(diào)：在虛擬環(huán)境中，學(xué)生可以輕松調(diào)整實(shí)驗(yàn)條件，拓寬科學(xué)探索的邊界。

通過(guò)這樣一個(gè)沉浸式實(shí)驗(yàn)任務(wù)，學(xué)生不僅能夠深刻體驗(yàn)到化學(xué)反應(yīng)中的熱量變化，還能在交互探索中培養(yǎng)創(chuàng)新思維。

（三）虛實(shí)結(jié)合，促進(jìn)化學(xué)知識(shí)的應(yīng)用與遷移

通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)的有機(jī)結(jié)合，教師可以有效地促進(jìn)學(xué)生對(duì)化學(xué)知識(shí)的應(yīng)用與遷移。虛擬實(shí)驗(yàn)為學(xué)生提供了豐富的模擬場(chǎng)景和實(shí)驗(yàn)條件，使他們能夠在多樣化的情境中探索和應(yīng)用化學(xué)知識(shí)。而真實(shí)實(shí)驗(yàn)則為學(xué)生提供了實(shí)際操作的機(jī)會(huì)，讓他們?cè)趯?shí)踐中驗(yàn)證和鞏固虛擬實(shí)驗(yàn)中所學(xué)的知識(shí)。這種虛實(shí)結(jié)合的教學(xué)方式有助于學(xué)生在不同情境間建立聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的靈活應(yīng)用與遷移，從而提升他們解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)他們的綜合素養(yǎng)。

以“探索鐵及其化合物間的轉(zhuǎn)化”實(shí)驗(yàn)為例，學(xué)生借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)充滿奇幻色彩的虛擬世界。在這個(gè)世界中，他們仿佛置身于一個(gè)巨大的實(shí)驗(yàn)室，周?chē)鷶[滿了各種各樣的鐵及其化合物試劑和實(shí)驗(yàn)器材。他們可以自由地選擇試劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察鐵及其化合物在不同條件下的轉(zhuǎn)化過(guò)程。

通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的模擬實(shí)驗(yàn)，學(xué)生親手操作了鐵的氧化、還原、沉淀等反應(yīng)，目睹了反應(yīng)過(guò)程中顏色的變化、氣體的釋放以及新物質(zhì)的生成。這種直觀的實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)讓學(xué)生對(duì)鐵及其化合物間的轉(zhuǎn)化規(guī)律有了更加深刻的認(rèn)識(shí)和理解。學(xué)生開(kāi)始明白鐵及其化合物間的相互轉(zhuǎn)化是如何影響鐵的性質(zhì)和用途的，這種理解并非只停留在理論層面，而是融入了他們的實(shí)踐操作中。

當(dāng)學(xué)生從虛擬實(shí)驗(yàn)室回歸現(xiàn)實(shí)時(shí)，他們帶著豐富的感性認(rèn)識(shí)和直觀經(jīng)驗(yàn)進(jìn)入真實(shí)實(shí)驗(yàn)室。在這里，他們運(yùn)用之前所學(xué)的知識(shí)和虛擬實(shí)驗(yàn)中的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了真實(shí)的實(shí)驗(yàn)操作。他們根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)成功地驗(yàn)證了鐵及其化合物間的轉(zhuǎn)化規(guī)律，不僅如此，他們還嘗試探索了不同的實(shí)驗(yàn)條件和反應(yīng)路徑對(duì)轉(zhuǎn)化過(guò)程的影響。

通過(guò)虛實(shí)結(jié)合的學(xué)習(xí)方式，學(xué)生實(shí)現(xiàn)了知識(shí)的有效遷移和應(yīng)用。他們不僅掌握了鐵及其化合物間的轉(zhuǎn)化規(guī)律，還學(xué)會(huì)了如何運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題。這種能力的培養(yǎng)，讓他們?cè)谖磥?lái)的學(xué)習(xí)和工作中能夠更加自信地面對(duì)各種挑戰(zhàn)和問(wèn)題。同時(shí)，這種學(xué)習(xí)方式為學(xué)生在化學(xué)領(lǐng)域的深入學(xué)習(xí)和探索打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

總之，借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開(kāi)展高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探究，不僅為學(xué)生帶來(lái)了身臨其境的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，還極大地豐富了教學(xué)內(nèi)容與手段。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)打破了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的限制，讓學(xué)生在安全、可控的環(huán)境中進(jìn)行各種化學(xué)實(shí)驗(yàn)的探究，從而更深入地理解化學(xué)原理與現(xiàn)象。這種創(chuàng)新的教學(xué)方式不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，相信它將在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中發(fā)揮更加重要的作用。

［ 參 考 文 獻(xiàn) ］

[1] 吳鋒.虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)在中學(xué)高?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的運(yùn)用初探[J].化學(xué)教學(xué)，2020（6）：58-61.

[2] 張棟.VR技術(shù)在中學(xué)理科教學(xué)中的應(yīng)用與開(kāi)發(fā)策略[J].中小學(xué)數(shù)字化教學(xué)，2022（4）：84-87.

（責(zé)任編輯 羅 艷）