化學(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)教學(xué)的重要組成部分，能極大地調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。然而，化學(xué)實(shí)驗(yàn)具有一定危險(xiǎn)性，學(xué)生經(jīng)常在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)受傷、亂用藥品、儀器損壞等事故。雖然學(xué)校對實(shí)驗(yàn)室管理越來越完善，也對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)安全教育，但由于一些學(xué)生粗心大意、思想麻痹、操作失誤、自我保護(hù)意識差等原因，化學(xué)實(shí)驗(yàn)事故仍層出不窮。AR(增強(qiáng)現(xiàn)實(shí))技術(shù)的出現(xiàn)，能否降低化學(xué)實(shí)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)呢?
AR是Augmented
Reality的字母縮寫，中文名字是“增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)”，是一種全新人機(jī)交互技術(shù)。通過AR技術(shù)，讓參與者與虛擬對象進(jìn)行實(shí)時互動，從而獲得一種奇妙的視覺體驗(yàn)，而且能夠突破空間、時間以及其它客觀限制，感受到在真實(shí)世界中無法親身經(jīng)歷的體驗(yàn)。AR技術(shù)具有將真實(shí)世界和虛擬世界信息集成、實(shí)時交互性、在三維空間增加虛擬物體等特點(diǎn)。那么，將AR技術(shù)應(yīng)用到化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，讓真實(shí)的學(xué)生在虛擬的實(shí)驗(yàn)場景中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，是否降低化學(xué)實(shí)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)?
答案是肯定的。
以一氧化碳還原氧化鐵實(shí)驗(yàn)為例，可能出現(xiàn)裝盛氧化鐵的玻璃管因受熱而破裂的危險(xiǎn);操作不當(dāng)在通氣前就對裝置進(jìn)行加熱，一氧化碳和空氣的混合氣在加熱時會有爆炸的危險(xiǎn);還有加熱過程中，實(shí)驗(yàn)者對酒精噴燈的不熟悉，也有意外燒傷的危險(xiǎn)。把AR技術(shù)應(yīng)用到一氧化碳還原氧化鐵的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)者置身于虛擬仿真的實(shí)驗(yàn)場所，在虛擬環(huán)境中通過手勢操作進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，把上述實(shí)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)都杜絕了。如果實(shí)驗(yàn)者先在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中熟練操作，然后再進(jìn)行真實(shí)實(shí)驗(yàn)操作，將大大降低實(shí)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)。
那么，AR技術(shù)是如何在實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡耐瑫r，降低化學(xué)實(shí)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)的?
化學(xué)實(shí)驗(yàn)的目的是讓學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)的基本技術(shù)和技能，加深對基本原理知識的理解，增強(qiáng)解決實(shí)際問題的能力，更是培養(yǎng)學(xué)生動手能力、觀察能力和數(shù)據(jù)記錄能力，初步學(xué)會數(shù)據(jù)分析能力，讓學(xué)生得到綜合訓(xùn)練。那么就要求AR技術(shù)應(yīng)用到化學(xué)實(shí)驗(yàn)的時候，能在實(shí)現(xiàn)上述目的的同時，降低化學(xué)實(shí)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)。
創(chuàng)設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)場景，高度還原真實(shí)實(shí)驗(yàn)。
根據(jù)每個實(shí)驗(yàn)的要求和實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備，創(chuàng)設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)場景，高度還原真實(shí)實(shí)驗(yàn)。在這個虛擬環(huán)境中如置身于真實(shí)實(shí)驗(yàn)場所，唯一不同在于，因?yàn)閳鼍暗奶摂M性，虛擬實(shí)驗(yàn)中的危險(xiǎn)效果不能作用于真實(shí)的實(shí)驗(yàn)者。此實(shí)驗(yàn)場景可在常規(guī)教學(xué)設(shè)備展示，如一體機(jī)、投影機(jī)等。
純手勢實(shí)現(xiàn)人機(jī)實(shí)時交互，培養(yǎng)學(xué)生動手操作能力
教學(xué)實(shí)驗(yàn)需要培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，因此借助kinect設(shè)備，將真實(shí)的實(shí)驗(yàn)者與虛擬仿真的實(shí)驗(yàn)場景合二為一。實(shí)驗(yàn)者無需佩戴任何體感設(shè)備即可進(jìn)行手勢操作，通過抓取、移動、添加、減少、旋轉(zhuǎn)、拆除、組合等動作，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象放大化，不可見氣體標(biāo)注可視化，培養(yǎng)學(xué)生觀察能力
在實(shí)際化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，有些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不是很明顯，學(xué)生還來不及觀察或者觀察不到位就消失了。還有一些化學(xué)實(shí)驗(yàn)，制作產(chǎn)生出無色無味的氣體，難以觀察出現(xiàn)象。在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中，通過微觀觀察，可將實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象放大化，把實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象放大觀察到位。還可以將氧氣等不可視氣體加注顏色讓學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，加深知識點(diǎn)的理解，全面培養(yǎng)觀察能力。
由此可見，通過AR技術(shù)在化學(xué)實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用，創(chuàng)設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)場景進(jìn)行虛實(shí)實(shí)驗(yàn)操作，能有效規(guī)避化學(xué)實(shí)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)，降低實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作的風(fēng)險(xiǎn)。除了化學(xué)實(shí)驗(yàn)外，還有物理、生物等學(xué)科的實(shí)驗(yàn)，也可以通過AR技術(shù)來降低風(fēng)險(xiǎn)，提高實(shí)驗(yàn)觀察的效果，還有科學(xué)學(xué)科難以觀察的天文地理知識，也可運(yùn)用AR技術(shù)輔助教學(xué)。隨著AR技術(shù)的完善和提升，未來AR+教育必然影響主流教學(xué)方式，讓教學(xué)更便捷有效。
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