虚拟实验，VR再下一城

VR实验室正在进行虚拟实验。福建日报记者陈旻 摄

东南网4月7日讯（福建日报记者陈旻 文/图）

虚拟现实(VR)、增强现实(AR)被列为最有潜力的教育技术之一。它们不仅能改良学习环境，还可节约教育成本、规避实际操作风险、激发学生创新潜能。

尽管前景巨大，但VR在教育领域的应用遇到不少挑战，如行业发展还处于初级阶段、教学效果缺乏评判标准等。此外，由于硬件设施难以快速普及，VR与课程结合度还有待提升。

而这样的结合，在实验教学领域却很紧迫。根据教育部发布的《关于加强和改进中小学实验教学的意见》，2023年前，实验操作将全面纳入中考。面对传统实验教学的难点和痛点，如何在短时间内提高学生实验操作水平？虚拟实验室成为路径。

《助创》记者了解到，运用VR技术，创新实验教学，推动行业变革，我省企业正发力实践——

虚拟实验，

让实操更有趣高效

在教师带领下，学生们戴上VR眼镜，手持VR手柄，进入虚拟的“化学实验室”，操控试管、酒精灯、药匙等实验仪器，开始化学实验。这样的虚拟实验室教学场景，常常出现的福州第十中学的化学课堂上。

查、装、定、点、收、离、熄……在“101虚拟实验室”软件中，学生每一步操作都实时呈现，教师能随时记录指导。进入这个高中经典实验的虚拟课程中，在VR眼镜的视野里可以看到各种实验器材，左上方还漂浮着提示条，按照提示，可以像VR游戏一样操作手柄，一步步完成实验。

当玻璃瓶盖被随手放在实验台上时，红色的提示跳了出来——“错误！玻璃瓶盖不能正放于桌面上！”原来，一个形似小机器人的“AI实验助教”全程在线，会提示详细的实验步骤和操作细节，每一个步骤结束后还会提示“正确”或“错误”；操作不规范或触发危险现象时，它也会发出提醒。

“虚拟实验让人印象深刻，之后再进行实物实验，常常能避免发生低级错误，比如点燃酒精灯的方法和顺序，在实际操作中有时难免忘记，在电脑上操作一次后更容易记住。”学生陈毅说。

学生蓝欣萍说，以前的实验课，一般是通过书面预习后进行实物操作，预习如果不够充分，关键点和细节可能会有疏漏，但经过虚拟实验的操作之后，各个细节都实际感受了一遍，实物实验的时候就更顺利了。

这款“101虚拟实验室”由网龙网络公司开发，应用了AI、3D、VR等技术，涵盖人教版初高中物理、化学教学大纲内所有实验资源，并与考纲同步更新。在这里，学生可以实现高精度拟真的实验操作和实验规则，实现视觉、听觉、触觉的全方位沉浸式体验。

据介绍，虚拟实验室涵盖力学、电学、磁学、化学反应等多个引擎，老师与学生还可以自由拼装创新实验，满足师生实验探索的需求。据统计，目前已有福州第八中学、福州第十中学、福州屏东中学、福州第四十中学和鼓山中学等学校开始使用虚拟实验室。

弥补缺陷，

新技术带来产业革新

这样的技术革新，是应时代之需。

根据教育部发布的《关于加强和改进中小学实验教学的意见》，学生实验操作情况和能力表现要纳入综合素质评价，2023年前，要将实验操作纳入初中学业水平考试。有数据显示，全国已有七成省份将初中实验操作纳入中考。

网龙网络公司CEO熊立告诉记者，教育部对学生实验能力提出了更高要求，但传统实验存在采购、维护成本高，“复杂实验做不好，困难实验不好做，危险实验做不了”，以及实验风险不易把控，易受时间、空间限制等局限。

他介绍说，开发“101虚拟实验室”这一创新产品，就是想在传统实操实验的基础上，提供一种信息化的实验解决方案，弥补传统实操实验的局限。

2018年，工信部《关于加快推进虚拟现实产业发展的指导意见》明确指出，要推进虚拟现实技术在物理、化学、生物、地理等实验性、演示性课程中的应用，构建虚拟教室、虚拟实验室等教育教学环境。

“部分地区还存在仪器设备、教学等资源不足的困境，虚拟实验室提供了新的技术手段与模式，只需要VR设备和平台应用软件。”熊立介绍说，对学校而言，虚拟实验室，无需大量采购、无需专业安装、无需专人维护，是一种低成本、信息化、快速便捷的实验解决方案。

据介绍，虚拟实验室包括从实验操作到现象的全面拟真，自由拼装多个实验引擎，AI助教进行预习、复习全程指导，大数据精确采集学情等功能。

“我们初高中物理组已经尝试使用了一年多虚拟实验室，并不是完全替代实物实验，而是把它作为实物实验的一个良好补充。”福州十中的物理老师林洁清说，“有不少实验现象持续时间很短，或者不容易观测，或者比较难操作，运用虚拟实验来展示实验过程、结果和数据处理等方面，就很有帮助。科技感更强，学生也不容易走神。”

化学老师徐金华认为，在虚拟的仿真实验环境里，一些危险大、成本高的实验有了操作的可能，以提升学生们的学习兴趣与热情。“对老师来说，在传统实验课堂中，缺乏信息化工具的辅助，一个教师同时指导几十个学生，很难快速发现、及时指导每个学生的个性问题。”她说。

面向未来，

成为教育新业态

记者了解到，由于改善教学效果明显，许多欧美国家已将VR技术深入应用到了教育中。如美国耶鲁大学在分子生物学、发育生物学和细胞生物学等专业上利用PAD产品完成实验；英国OpenUniversity的开放科学实验室，可开放所有在线实验室的实验功能，还可以通过遥控仪器实现远程实验；西班牙IE学院注重发展教育游戏类软件等。

在我国，国家已经在战略层面给予VR教育支持，VR已被有关部门确立为教育信息化的重要技术支撑。教育部发布《2019年教育信息化和网络安全工作要点》，明确指出推动大数据、虚拟现实、人工智能等新技术在教育教学中的深入应用。

VR技术也逐渐受到了教育界人士的青睐。记者了解到，以西南交通大学龙绪明团队开发的SMT虚拟实践平台已于2015年初完成，目前被西南交通大学、北京理工学院等使用；北京化工大学成立的化工安全与装备中心，中心在虚拟仿真实践平台上开设了超过100个实践项目，惠及20多个专业的学生；杭州电子科技大学则成立了物联网虚拟实验平台等。

网龙，则是国内最早将VR技术带到教育领域的企业之一。熊立表示：“多数互联网公司把VR等技术与游戏结合，而我们发现这些新技术不管硬件还是图像技术，恰恰适合用于教育教学中一些重点、难点知识的解析，可以让学生更身临其境地感受教学过程。”

在熊立眼里，5G的应用将是虚拟实验室的发展契机。他认为，随着5G建设步入快车道，VR教育将作为最主要的应用场景之一，不断推动解决教学实际落地难点，为教育信息化带来更普惠的价值。“我相信，在国家不断重视数字技术发展的今天，虚拟实验室等数字教育产品和解决方案将成为未来的发展趋势，我们将继续探索5G时代数字教育的创新应用，帮助孩子们更高效、更快速地学习知识”。

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