導(dǎo)語：虛擬現(xiàn)實技術(shù)在初中化學(xué)課堂的應(yīng)用一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：文章首先闡述了初中化學(xué)教學(xué)過程中存在的問題，然后提出了基于模糊數(shù)學(xué)評價的虛擬現(xiàn)實技術(shù)在初中化學(xué)課堂中的應(yīng)用，包括虛擬現(xiàn)實技術(shù)在構(gòu)建初中化學(xué)課程數(shù)據(jù)庫中的應(yīng)用和虛擬現(xiàn)實技術(shù)在化學(xué)微觀世界理論教學(xué)中的應(yīng)用，最后總結(jié)了基于模糊數(shù)學(xué)評價的虛擬現(xiàn)實技術(shù)在初中化學(xué)課堂中的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：模糊數(shù)學(xué)評價；虛擬現(xiàn)實技術(shù)；初中化學(xué)課堂

化學(xué)作為一門與日常生活緊密聯(lián)系的課程，從初中三年級開始被納入基本教育課程。初中生對于化學(xué)學(xué)科充滿好奇，同時也充滿疑惑和焦慮[1]。隨著教育改革的推行，化學(xué)課程教學(xué)要求由傳統(tǒng)的應(yīng)試教育轉(zhuǎn)向現(xiàn)在的素質(zhì)教育，在教育思路轉(zhuǎn)變的同時，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)方法和手段也已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代教學(xué)的實際需要，因此為了改變教學(xué)模式，必須引進(jìn)一套全新的化學(xué)教學(xué)模式和方法[2]。

一、初中化學(xué)教學(xué)過程中存在的問題

（一）理論課程教學(xué)過程中存在的問題。對于微觀世界的理解一直是化學(xué)課程學(xué)習(xí)的焦點和難點。在現(xiàn)階段的初中化學(xué)教學(xué)過程中，大多數(shù)教學(xué)依舊采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式，教師在授課過程中按照課本教材進(jìn)行講解。初中生的想象力尚未成熟，理解分子、原子和物質(zhì)的量等抽象概念的能力有限，設(shè)想微觀和宏觀世界十分困難[3]。如大部分學(xué)生都很難想象像原子這樣的粒子是如何組成物質(zhì)的，因而他們無法在學(xué)習(xí)化學(xué)的開始階段正確地理解什么是微觀結(jié)構(gòu)，這種課堂學(xué)習(xí)模式忽視了學(xué)生的主體地位，加上現(xiàn)階段考試的需要又偏離了化學(xué)課程教育的核心教育，不能幫助學(xué)生學(xué)習(xí)及培養(yǎng)學(xué)生解決問題與對事物認(rèn)知和探索的能力，導(dǎo)致學(xué)生對化學(xué)課程學(xué)習(xí)的積極性不高，從而無法達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)和課程學(xué)習(xí)效果[4]。（二）實驗課程教學(xué)過程中存在的問題?；瘜W(xué)教師在教學(xué)過程中不僅要注重學(xué)生對理論知識的學(xué)習(xí)，還要注重學(xué)生對實驗課程的學(xué)習(xí)。許多化學(xué)相關(guān)理論知識的總結(jié)和延伸都是通過實驗現(xiàn)象進(jìn)行的，如果教師不注重實驗課程的教學(xué)，那么學(xué)生就無法真正地理解知識。例如，學(xué)生如果只是在教材或教師的講述中了解金屬鈉與水的反應(yīng)，那么就無法了解實驗操作和后期考試時提到的鈉與水發(fā)生劇烈反應(yīng)，到底什么程度的反應(yīng)才是劇烈反應(yīng)[5]。此外，一些學(xué)校對實驗課的重視程度不夠，實驗儀器設(shè)備嚴(yán)重缺乏甚至沒有專門的實驗室和實驗管理教師，這種教學(xué)條件嚴(yán)重阻礙了學(xué)生動手操作能力的提升，不利于后續(xù)高中階段化學(xué)課程的學(xué)習(xí)及學(xué)生的全面發(fā)展。

二、基于模糊數(shù)學(xué)評價的虛擬現(xiàn)實技術(shù)在初中化學(xué)課堂中的應(yīng)用

（一）虛擬現(xiàn)實技術(shù)在構(gòu)建初中化學(xué)課程數(shù)據(jù)庫中的應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)在教育行業(yè)的應(yīng)用，國內(nèi)外有很多學(xué)校都將虛擬現(xiàn)實技術(shù)引進(jìn)課堂[6]。虛擬現(xiàn)實技術(shù)不僅能夠讓學(xué)生參與探索、構(gòu)建和操縱虛擬對象，還能遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)國內(nèi)外眾多學(xué)校和專家教育學(xué)者的遠(yuǎn)程精品課程[7]。如筆者所在的學(xué)校蓮花好地中學(xué)（以下簡稱“我校”）就在化學(xué)課程教學(xué)過程中，針對初中化學(xué)課程的“物質(zhì)成分”和實驗操作部分，開發(fā)了一套基于虛擬現(xiàn)實的現(xiàn)實學(xué)習(xí)工具。首先，學(xué)校購買了HTCVive-wifi型一體虛擬現(xiàn)實設(shè)備，通過Java編程和使用的第三方軟件，包括NyARToolkit、Java3D和JMF（JavaMediaFramework）對虛擬現(xiàn)實設(shè)備進(jìn)行了優(yōu)化。其次，學(xué)校構(gòu)建了現(xiàn)階段初中化學(xué)課程的數(shù)據(jù)庫，通過在我?；A(chǔ)實驗室利用計算機(jī)和攝像機(jī)在視野內(nèi)進(jìn)行場景的標(biāo)記，在計算機(jī)屏幕上同時顯示其捕獲的場景和由標(biāo)記表示的相應(yīng)虛擬對象，將部分具有危險性的化學(xué)實驗記錄下來，通過Java編程與虛擬現(xiàn)實連接，程序會檢測并記錄每個標(biāo)記在攝像機(jī)視圖中的位置，因為當(dāng)標(biāo)記位于不同位置時，應(yīng)用程序?qū)⒂|發(fā)不同的動畫，從而完成數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容；數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容則獲取了互聯(lián)網(wǎng)上國內(nèi)外眾多學(xué)校的可共享精品課程、學(xué)習(xí)資料及各種科研實驗。在實際應(yīng)用中學(xué)生可以通過鼠標(biāo)移動標(biāo)記與插入的虛擬對象進(jìn)行互動，還可以利用虛擬現(xiàn)實的重力感應(yīng)對視覺內(nèi)的場景進(jìn)行360度觀察，也就是說，用戶和計算機(jī)之間的互動都是通過學(xué)生的動作來進(jìn)行的。每個學(xué)生使用的虛擬現(xiàn)實設(shè)備通過WiFi與處理終端進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，因此每個設(shè)備都會相互獨立地根據(jù)學(xué)生的狀態(tài)為學(xué)生提供一個連續(xù)的界面，學(xué)生可以通過鼠標(biāo)和重力感應(yīng)對虛擬現(xiàn)實中的視覺圖像進(jìn)行控制并互動，以獲得自然的虛擬與現(xiàn)實的互動體驗。（二）虛擬現(xiàn)實技術(shù)在化學(xué)微觀世界理論教學(xué)中的應(yīng)用。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是解決學(xué)生在化學(xué)微觀世界理論教學(xué)中的問題的最佳解決方案，學(xué)生在傳統(tǒng)課程學(xué)習(xí)過程中無法觀察到的微觀粒子，在虛擬現(xiàn)實中都可以觀察到[8]。例如，學(xué)生可以在虛擬現(xiàn)實中觀察到原子、質(zhì)子、電子的3D視覺影像，還可以觀察到水分子的結(jié)構(gòu)圖，以及金剛石、石墨和碳60原子的空間排布，甚至可以模擬化學(xué)反應(yīng)過程中電子的轉(zhuǎn)移和反應(yīng)過程中的原子交換，具體如圖1所示，虛擬現(xiàn)實技術(shù)能準(zhǔn)確描繪氯化鋅溶解的過程。通過虛擬現(xiàn)實設(shè)備可以使學(xué)生看到氯化鋅的溶解過程，這樣分子的解離、擴(kuò)散及分布狀態(tài)都會呈現(xiàn)在學(xué)生面前，此外，畫面中還會提出一些問題，而圖中動畫過程則會反應(yīng)這些問題的答案。在實驗教學(xué)過程中，虛擬現(xiàn)實能還原一些具有危險性的實驗，以避免出現(xiàn)安全事故，還可以做相關(guān)的實驗指導(dǎo)，對學(xué)生零距離地進(jìn)行一對一實驗操作指導(dǎo)。

三、基于模糊數(shù)學(xué)評價的虛擬現(xiàn)實技術(shù)在初中化學(xué)課堂中的應(yīng)用效果

模糊數(shù)學(xué)原理的基礎(chǔ)建立在模糊集理論的基礎(chǔ)之上，是數(shù)學(xué)中經(jīng)典理論的延伸，它通過每個研究變量的隸屬函數(shù)對結(jié)果的分析來規(guī)避由個人主觀性引發(fā)的誤差[9]。筆者從我校初三年級隨機(jī)選取20名學(xué)生（10男10女）建立評價小組，對虛擬現(xiàn)實技術(shù)在課堂中的應(yīng)用效果進(jìn)行評價打分。為了直觀體現(xiàn)各虛擬現(xiàn)實技術(shù)對教學(xué)效果的影響，以20名學(xué)生評價的加權(quán)平均得分Xj為指標(biāo)，對評語集條件進(jìn)行初級篩選。根據(jù)式（1）計算Xj。Xj=120移（xi1f1+xi2f2+xi3f3+xi4f4）（1）式中：Xj指教學(xué)效果j的加權(quán)平均分；j-1、2、3…20，指對20名學(xué)生的編號；n-20，指參與評價的20名學(xué)生；i-1、2…20，指參與評價的20名學(xué)生的編號；xi1、xi2、xi3、xi4，指第i個學(xué)生對學(xué)習(xí)的積極性、理論課程的認(rèn)知度、實驗的操作性、成績的提升4個評價指標(biāo)的評分；f1、f2、f3、f4，指4個評價因素集對應(yīng)的權(quán)重因子（各因素對分?jǐn)?shù)對總分?jǐn)?shù)的比值）。評價因素集是對虛擬現(xiàn)實技術(shù)教學(xué)效果評價因素的集合，評價因素集U=（u1，u2，u3，u4），其中u1、u2、u3、u4分別代表積極性、理論課程的認(rèn)知度、實驗的操作性、對成績的提升；評語集是評價員對因素集評價標(biāo)準(zhǔn)分?jǐn)?shù)的集合，評語集V=（v1，v2，v3，v4，v5），其中滿分為100分，v1、v2、v3、v4、v5分別代表優(yōu)秀（100）、良好（80）、一般（60）、較差（40）、差（20），這虛擬現(xiàn)實技術(shù)教學(xué)效果的評語和分?jǐn)?shù)等級。評價標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。筆者讓隨機(jī)選取的20名學(xué)生對各因素集進(jìn)行逐一評價，然后統(tǒng)計每個因素在每個等級中的票數(shù)，計算各等級的票數(shù)占總?cè)藬?shù)比，得到虛擬現(xiàn)實技術(shù)教學(xué)效果評價模糊關(guān)系矩陣。模糊數(shù)學(xué)綜合評判集K=C*F，其中C、F分別代表權(quán)重集和模糊關(guān)系矩陣。模糊數(shù)學(xué)計算結(jié)果如表2所示。由20位學(xué)生計算得到的模糊計算結(jié)果表明，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在初中學(xué)習(xí)過程中對學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、理論課程的認(rèn)知度、實驗的操作性、成績的提升的影響有極為顯著的差異，表明虛擬現(xiàn)實技術(shù)能有效調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，有利于學(xué)生對微觀世界的認(rèn)識和理論課程的學(xué)習(xí)，提升了學(xué)生實驗的操作性，學(xué)生成績較之前也有明顯提升[10]。

四、結(jié)語

虛擬現(xiàn)實在我校的教學(xué)試驗中已被證實有利于學(xué)生在初中化學(xué)課程中的學(xué)習(xí)，共作為計算機(jī)輔助學(xué)習(xí)工具能有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，不僅對成績優(yōu)異的學(xué)生有效，同時也能提高成績較差學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性，進(jìn)而提高其成績；同時這項技術(shù)的應(yīng)用為現(xiàn)階段的理科教學(xué)提供了新思路，也可以在高中理科教學(xué)的其他學(xué)科中應(yīng)用。

作者:姚保軍 單位:甘肅省天水市秦安縣蓮花好地中學(xué)