AR技术在初中化学教学中的运用

AR技术在初中化学教学中的运用摘要：AR--增强现实技术，以其独特的浸润感、交互性，在初中化学教学中展现出了独特的魅力。在初中化学教学中，有许多受时空限制而在现实世界中无法观察和控制的事物和现象、变化太快或太慢的过程，以及有危险性、破坏性和对环境有危害的实验，这些都可借助AR技术手段很好地呈现。AR用于微观知识的学习，可以化抽象为直观，帮助学生理解概念；对于一些反应速度慢过程长的实验，或者现象不明显的实验，也可以借助AR技术真实的呈现；AR技术还可以应用在有危险性、破坏性或者会对环境造成污染的实验中，减少现场操作带来的负面影响；AR技术除了可以在课堂上给教师教学提供支持外，以其在场合、时间上的操作灵活性，可以极大地提高学生的学习兴趣。关键词：AR--增强现实技术；教育；初中化学教学随着网络技术的迅速普及，信息技术深入到社会的各个领域，“教育信息化”的提法也越来越普及。我们知道，教学是教育领域的中心工作，教育信息化的核心内容是教学信息化，教学信息化就是要使教学手段科技化、\t"/item/%E6%95%99%E8%82%B2%E4%BF%A1%E6%81%AF%E5%8C%96/_blank"教学方式现代化。在应用于教学的各种信息技术中，AR-增强现实技术，以其独特的浸润感、交互性、三维立体感，在初中化学教学中展现出了独特的魅力。AR-增强现实技术的含义是把原本在现实世界的、一定时间空间范围内很难体验到的实体信息(视觉信息,声音,味道,触觉等),通过科学技术模拟仿真后再叠加到现实世界被人类感官所感知,从而达到超越现实的感官体验,这种技术叫做增强现实技术,简称AR技术。它通过科技手段，将虚拟的信息应用到真实世界，将真实的环境和虚拟的事物实时地叠加到了同一个画面或空间，使虚拟的事物和真实环境同时存在。增强现实提供了在一般情况下，人类无法或者不可能感知的信息。它不仅展现了真实世界的信息,而且将虚拟的信息同时显示出来，两种信息相互补充、叠加、同时出现。增强现实借助计算机图形技术和可视化技术，产生现实环境中不存在的虚拟对象，并通过传感技术将虚拟对象准确“放置”在真实环境中，借助显示设备将虚拟对象与真实环境融为一体，并呈现给使用者一个感官效果真实的新环境。因此增强现实系统具有虚实结合、实时交互、三维立体的新特点。化学教学中有许多受时空限制而在现实世界中无法观察和控制的事物和现象，变化太快或太慢的过程，以及有危险性、破坏性和对环境有危害的实验，这些都可以借助AR技术手段生动、灵活地呈现给学习者[1]。AR技术还能够还原真实化学实验的学习场景，帮助学习者熟悉正确的实验操作过程，感受错误操作带来的严重后果。为了更好的发挥AR技术在初中化学教学中的作用，我们从以下几个方面来进行一下分析。AR用于微观知识的学习[2]，可以化抽象为直观，帮助学生理解概念。不管是《物质构成的奥秘》这部分化学入门知识，还是贯穿整个化学知识体系的微观概念，分子原子等微观知识学习内容抽象，与学生的生活经验距离较远，学生的知识储备也不能够提供有限的感性经验支持[1]。所有这些都给学生的学习和教师的教学带来一定的挑战。再加上分子原子等微观知识受时空限制而在现实世界中无法观察，反应过程太快无法控制，学生只靠几张图片是不能很好地理解透彻的，因此物质微观结构的认识是化学学习中比较困难的地方。这部分知识又是化学中非常重要的、认识客观世界必不可少的一部分内容。针对于微观知识的学习特点，AR技术就能够使抽象的学习内容可视化，变“不可见”为“可见”，促进学习者对微观结构知识的掌握。例如原子结构部分，课本上只给出了原子结构的平面图片，学生不可能想象到原子立体结构，无法感知质子中子电子的分布和运动状态。借助AR教学，教师可以把原子的三维立体的、动态的模型呈现给学生；再如化学变化的微观过程，分子的分裂和原子的重新组合，这个过程速度很快，学生是很难观察和想象到的，教师也可以借助AR三维动态模型来呈现这一过程。化学中还有一些反应速度慢、过程长的实验，或者现象不明显的实验，也可以借助AR技术真实的呈现[3]。初中化学中的铁生锈实验，从设置实验开始到看到现象至少需要一周的时间，不可能在课堂上适时地操作。这时就可以借助AR仿真实验室，带领学生真实地经历这一过程；有的实验现象不够明显，比如木炭还原氧化铜实验，因为药品质量配比或者温度因素的影响，实验后只能生成少量的红色的铜粉末，现象不够明显。这样的实验也可以借助AR仿真实验室，模拟实验过程，引导学生动手操作，使学生看到更为明显的现象。化学教学中还有一些有危险性、破坏性或者会对环境造成污染的实验中[3]，AR技术还可以应用在这些实验中，减少现场操作带来的负面影响。比如粉尘爆炸实验、混有空气的氢气爆炸实验，这些实验都具有一定的危险性，不适合在教室或者实验室现场操作，会给学生造成一定的心理阴影，对化学实验产生一种恐惧心理，不利于学习兴趣的培养。教师可以借助AR技术，让学生置身于仿真实验室，通过手势操作，既能使学生真实的感受实验事实，又能避免危险实验带来的负面影响；再如一些有污染危险的实验，以一氧化碳还原氧化铁为例，可能出现装盛氧化铁的玻璃管因受热而破裂的危险；也可能操作不当，在通气前就对装置进行加热，一氧化碳和空气的混合气在加热时会有爆炸的危险；还可能有加热过程中，实验者对酒精喷灯的不熟悉，也有意外烧伤的危险。再加上一氧化碳有毒，实验过程中可能会有少量一氧化碳逸散到周围空气中造成污染。诸多因素造成这个实验的现场可操作性不合适。把AR技术应用到一氧化碳还原氧化铁的实验中，实验者置身于仿真的实验场所，在仿真环境中通过手势操作进行实验，杜绝了上述实验的风险。AR技术除了可以在课堂上给教师教学提供支持外，以其在场合、时间上的操作灵活性，还可以极大地提高学生的学习兴趣。学生自己学习的过程中，也可以灵活的运用AR技术。比如，元素周期表的记忆是教学中的一个难点，主要体现在学生对元素顺序和元素符号的记忆。学生可以在家里借助AR技术把元素周期表投放到墙壁上、桌面上，让元素周期表的每一种元素都变成可以立体的单元格，学生可以触摸、移动这些单元格，这样就可以使枯燥的学习变得有趣。还有一些实验过程的预习和复习再现。真实实验前，为了使