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应用
［摘
要］VR （Virtual Reality ，虚拟现实）技术目前已经成为广受关注的一种新兴教学技术，对教学效果的提升发挥着重
要的促进作用。
［关键词］化学教育；物质结构；VR ；信息技术［中图分类号］G633.8［文献标志码］A ［文章编号］2096-0603（2019）02-0102-02浅谈VR 技术在化学物质结构与性质教学中的应用
卢雨辰
（天津市教育招生考试院，天津300387）
化学是在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性质、转化及其应用的一门基础学科[1]。物质结构与性质模块是从原子、分子和离子的水平上进一步研究物质构成的规律和性质，在本轮课程改革中，物质结构与性质模块被确定为选择性必修，成为选考化学科目的必修模块，在学科教学中的地位变得更加重要，能为今后有意向从事基础科学研究和化学化工行业工作的学生奠定基础和提供帮助。传统的
“粉笔+黑板”式的教学形式很难直观地讲解微粒之间的作用力和性质，让学生觉得枯燥乏味和难以理解，在化学教学中利用手机VR
（Virtual Reality ，虚拟现实）应用，有望为这一问题提供解决途径，吸引学生并激发学生进一步的学习欲望。
一、物质结构与性质的教学难点
随着新一轮课程改革的深入，更多的省市启动新高考改革，《普通高中化学课程标准（2017年版）》对课程内容与教学目标均做出了大幅调整，物质结构与性质模块在课程教学中的定位也发生了改变，从学生完成相应的必修课程后，作为化学选修课程的一种选择变成了选考化学学科的选择性必修课程，突出了其在化学学科中的地位。
但是，由于该模块一直作为选修模块，于教师而言，相对教学经验少，对教材和教学尺度难以把握；于
学生而言，知识点较为抽象和复杂，理解起来相对困难，对知识的应用较少。物质结构与性质模块在教学存在着许多难点：一是概念抽象、理论复杂。教材语言相对生硬和枯燥，用化学符号表示各种粒子及其形态，如电子云理论、
核外电子排布规律，对理解能力较差的学生来讲较难掌握这些基础理论。
二是知识缺乏直观的展示途径。原子结构的各种原理缺少视频、
实验等直观展示，无法通过实验手段去解释说明，加上学生的知识水平与理解能力的不足，同时缺少空间想象能力与抽象能力，较难在微观层面理解微观世界的各类变化。三是难以有效地开展自主学习和自主探索。
由于缺乏适合教材教学的教具，学生在自主学习和复习的过程中，无法有效地将复杂的理论和具体例子相互联系，基础较差的学生常常无法跟上教材进度。四是学生不知道在何种情况下应用这些理论。
该模块知识点跨度大，在化学各领域都有所应用，如合理联系有机化学模块，应用杂化轨道理论解释有机化合物的键角及共平面问题。
二、VR 技术及其特点
VR 技术是通过与计算机的交互实现在模拟环境中让用户感
觉仿佛身历其境，提供多种感官的模拟，包括听觉、视觉、触觉以及其他类型的感官反馈，具有沉浸性、交互性、想象性的特点[2]。VR 技术带来的具有沉浸性的特点环境可以与现实世界类似，也可以是虚拟的，但都能提供现实中无法实现的体验。利用传感器VR 技术可以追踪使用者的全身动作，并对动作进行识别，进而通过智能手机或平板设备进行反馈，生成逼真的图像和声音，在虚拟环境中模拟各种实体，实现人能够“环顾”人造世界，在其中进行交互。在与VR 的深度交互中，天津教育考试院
可以充分发挥自己想象，用联想、逻辑推断等思维对虚拟环境进行想象与创造，创建的虚拟环境既可能是真实现象的重现，也可以是想象的结果，具有无限的拓展。
现阶段VR 技术已经开始被应用于多个领域中，如教育、科技研究、
虚拟实训、虚拟仿真，展现出了良好的发展前景。三、VR 技术在化学教学中的具体应用
科学合理地在教学中使用VR 技术，可以为解决物质结构与性质的教学难点提供一种解决途径。所有分子都是3D 物体，因此非常适合VR ，
通过使用简单的Google Cardboard 或者功能更为强大的HTCVIVE 、PSVR 、Occulus Rift 等VR 设备，教师既可以利用信息化设备开展教学，也可以让学生自行探索。
（一）VR 技术在电子云和原子轨道教学中的应用
对原子结构的合理认识是理解元素周期律和元素周期性的重要理论基础，关于原子轨道理论，不同学者提出不同的模型，玻尔提出了原子的
“行星模型”，认为核外电子如同行星一样围绕着电子核运动，该模型对于学生而言简单、直观、易懂但存在局限性。随着量子力学的发展，众多事实否定了这一假说，微观粒子的运动状态描述与宏观物体具有巨大差异，电子在原子核外的运动不确定，只能用出现的几率去描述，这对高中阶段的学生而言一时难以消化吸收，学习效果不理想，然而，VR 技术的出现为解决这一教学难题提供了较为完美的教学方法。
以M EL Chemistry VR 软件为例，其提供了电子云模型、核外电子排布规律等课程。例如，
教师在讲授电子云模型、轨道能级和形状时可通过M EL Chemistry VR 软件辅助形象生动地完成教学过程，在电子云模型课程中打开VR ，学生能够看到电子出现在各个位置的概率统计，模拟虚拟的高速摄像机看到电子每一刻出现
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