虛擬技術在農業生態環境教學中應用

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［摘要］隨著科技的發展，各種信息技術對人們的生產生活都產生了重要的影響，虛擬現實技術在農業生態環境教學中的應用成為一項重要課題，為農業生態環境教學的提升起到了推動和促進作用。該文結合虛擬現實教育的相關理論及基本概念，指出了其在農業生態環境教學中的應用存在的問題，并有針對性地提出了解決對策，希望實現學生的全面綜合成長。

［關鍵詞］虛擬現實技術；農業生態環境教學；教學改進

一、虛擬現實教育的理論基礎

（一）建構主義學習理論。作為虛擬現實教育的基礎理論之一，建構主義學習理論更加側重于學生在學習的過程中對于所接觸到的專業知識內容產生自己的思考，并在此基礎上進行深入的學習和理解。建構主義學習理論最大的特點就是，學生通過現實中的學習工具，對學習資源和前輩的經驗進行分析總結，在特定的場景下展開深入的學習，并且在這個過程中形成具有明顯個人特點的知識架構。在使用虛擬現實技術進行專業學習的時候，因為這項技術可以很好地消除學習者和軟件之間的隔閡，讓學習者通過沉浸式的學習方式在主動的實踐中產生對于學科知識點最直觀的感受，并且能夠激發出學習者的主觀能動性，讓他們在學習的過程中主動反思不同階段的學習體驗，然后和其他的學習者進行溝通和交流，在協作和反思中結合知識內容學到的知識點進行再創造，以實現通過學習在腦海中形成是新的知識架構體系的教學目的。

（二）情境認知理論。情景認知理論也是虛擬現實教育理論的重要基礎，最直觀地體現了虛擬現實教育的特征。經過大量的實踐和研究證明，通過和學科知識相關的情景設定引導學生進行學習，可以最大限度地讓學生在熟悉的情景中產生對于學科知識的學習動力和探索欲望，也可以讓學生更加直觀地對所學的知識和具體情景產生聯系，通過主動的學習提升對于知識點的掌握程度，提高專業課程教學效率。情景認知理論可以分為主體和客體兩個部分：一方面，學生作為學習的主體，在虛擬現實教學中教師必須密切地關注學生對于知識點的掌握情況和學習態度，通過具體的情境設定啟發學生在新舊知識點之間形成聯系，讓學生通過主動學習獲得更多的知識。另一方面，在情境的設定上不僅要貼合專業知識的內容，而且也要符合客觀規律以便能夠讓學生更加輕松地掌握和理解。

（三）模擬思維方法。模擬思維方法具有顯著的工程學科的特征，在實際教學的應用過程中，虛擬現實軟件的開發和設計者結合相應的學科知識，在軟件中建立起和現實中的模型相似度非常高的先去物理和化學特征的虛擬模型，讓學習者通過沉浸式的學習體驗現實中的真實模型進行間接的研究和分析，在這個過程中形成與學科內容相匹配的思維方式，提升學習者的學科專業素養，顯著提高學習效果。除此之外，模擬思維方式對于具體教學內容的指導還體現在另外一個方面，那就是基于學科內容，采集大量的相關數據和案例，在虛擬現實技術軟件里建立起能夠體現學科規律的數據模型，學生可以通過虛擬現實技術軟件進行專業學科的學習，更加直觀的了解一些因為技術和客觀原因限制而不能在教學過程中開展的實驗，對實驗過程和實驗現象有進一步的了解，對專業學科的學習能夠起到很好的輔助作用。

二、虛擬現實技術與虛擬農業的基本概念

（一）虛擬現實技術。對于虛擬現實技術定義的理解各有千秋，但是可以總結歸納為通過計算機高數據的信息化模擬，將參與者的位置信息、運動軌跡等進行一定的媒體化呈現，同時在視覺、聽覺和觸覺方面進行與現實的高度統一，在執行整個計算機運算的過程中，給參與者構建逼真的現實體驗。我國“十三五”發展規劃中明確提出要落實虛擬現實技術的前沿發展布局，做到和自然現實的相互交融，在新一代5G技術的迅速發展下，兩者之間相互促進，更為迅速和穩定的實現信息傳輸以及多媒體的呈現。國內外專家工作者對于虛擬現實技術的研發十分重視，已經出現了多個公司和企業進行合作，聯合建立虛擬現實實驗室，開展更為深入的研發，我國的網絡技術和虛擬現實技術也在緊跟時代潮流，實現更好的發展。虛擬現實技術在教育、軍事、醫學和娛樂等多個領域實現了廣泛的應用，促進了多領域的高速信息化發展。

（二）虛擬農業。虛擬農業是虛擬技術的一個延伸和演化，同時也是對于虛擬技術的一個現實應用。具體的定義為在計算機技術的指導下，利用編程和數字化統計實現農業生產加工和虛擬模擬的有機結合，更加高效和便捷地實現農業生產和研發工作的開展。可以對往年的數據進行錄入，然后利用計算機計算和模擬功能進行預測和大數據的管理，也可以實現對于農業種群生長周期的認識以更好地實現對農業生產的科學化管理。實時操作和掌握作物的生長條件和參數，可以實現更高產量、更高水準的生產和管理，在農業生產中實現虛擬技術的廣泛運用。

三、虛擬現實技術在農業生態環境教學應用中存在的問題

（一）虛擬技術待于升級。在虛擬現實技術中，情感體現和內容豐富度先天有個比較難以跨越和逃避的技術局限，技術有待升級優化。虛擬現實技術是一項將抽象理性的對象化過程的技術，其對硬件配備有著很高的要求，而目前市場上對于這個還沒有比較完善成熟的產品，這致使技術優化升級處于待發展的階段。包括在傳感技術機制、采集和物理建模技術、高速圖像圖形處理技術、人工智能等多個領域的發展都存在著或多或少沒有解決的技術難題，三維建模技術也在等待有更進一步的優化與改進[1]。當前市場上存在著虛擬現實技術產品的價格和功能不匹配的情況，價高，功能較多的產品購買的人很少；價低功能簡單的產品用戶體驗感很差，所以，想要虛擬技術有效發展前進，需要對其進行調整、優化，做到以最好的性價比體驗到優質的產品。科技智能產品不斷更新換代的核心在于以較低的成本達成最佳的用戶體驗。

（二）知識結構需要豐富。將虛擬現實技術應用到農業生態環境學的課堂教學中，需要對課程的知識結構設置提出更高標準的要求，需要在提升知識深度的基礎上，擴大知識結構的豐富性與廣度。只有這樣才能盡可能發揮出將虛擬現實技術應用于農業生態環境教學的課堂的有效性和高效性，致使學生對于學習生態知識產生興趣和熱情，催生出學生的學習動力。如果情況相反，在不增加教學知識廣度的情況下，只會讓整體課程淪為技術手段不斷堆疊的產物，從而失去了課堂原本的基礎價值，偏離了引入技術手段的初心。在課程架構優化調整的過程中，應該以課本作為教學大綱的出發點，不斷完善知識網絡，使知識的深度和廣度都得以叢中體現，以此刺激學生在實踐知識的過程中進行思考，加深對課程內容的理解，同時促進課堂與學習的高速有效完成。

（三）教學內容亟需拓展。在對農業生態環境學科課程教學的實際過程中，需要學生切實掌握書本知識的深度，并能夠對其進行進一步思考分析的能力水平。在應用虛擬現實技術的同時，需要培養學生對于知識原理進行思考的習慣，以此避免課堂變成單一的技術教學和數據整理分析過程。另外還需要在課程的結構中加入實際生活中會遇到的社會性問題，將社會性熱點問題引入課程的思考討論是為了提高課堂知識在實際應用中的有效程度，使學生不僅僅是熟知課本知識，還能將課本知識深度遷移到實際運用中去，增強學生的思維能力以及遷移能力，提升學生對于專業知識的敏感度，致使學生能夠學以致用，提高教學效果。

（四）評價體系應于完善。雖然將虛擬現實技術引入農業生態環境學的課堂教學中是一種教學模式的改革與創新，但是在實際完成執行的過程中對整個教學系統需要進行調整與升級，從而實現課程整體的高度配合，使得課程內容和教學質量得到有效提升，給培養學生的綜合素質提供了基礎條件。所以在課程知識考核和平角體系上都需要進行優化提升，從而平衡每一位學生的成績權重，在此基礎之上突出重點課程、實際操作等內容的評價，弱化筆試考核成績的權重，注重學生的思維能力、學習能力以及實踐操作能力，有目的培養學生的綜合實力水平。在學期考核中，可以將近期發生的熱點問題加入考核，并作為探討的核心，讓學生將課堂學到的知識實際遷移運用到日常的生活工作中，達到親身實踐驗證書本知識內容和實際操作過程，真正理解掌握知識點和技能，形成體系話知識架構。

四、虛擬現實技術在農業生態環境教學中的應用

（一）升級虛擬技術。首先，從軟件開發層面考慮，要充分了解專業教學方向和實際的教學需要，結合專業特點和課本內容，進一步加大在軟件開發方面的資金和科研投入，提高虛擬技術軟件和專業教學內容的貼合程度，確保虛擬技術軟件能夠和專業學科特點相匹配，有效提升軟件的實用性。其次，為了讓軟件的功能能夠更好地滿足教師的日常教學需要，軟件的開發者和日常維護的工作人員要根據教學內容及時的更新軟件的資料庫，確保軟件里有充足的和農業生態環境教學相關的數據資料，從而滿足實際教學過程中的不同需求，為農業生態環境教學提供更加詳實而真實的教學體驗[2]。再次，作為學生專業學習的領路人，授課教師在日常的備課和工作中也要嚴格地要求自己，積極參加學校和軟件開發商組織的軟件應用培訓，提升對于虛擬現實技術軟件的應用能力和熟悉程度，用扎實的技術功底為教學活動打好基礎，通過對相關軟件的熟練應用，為學生帶來更佳優質的課堂教學體驗，從而提高生態環境學的教學效率。

（二）豐富知識結構。農業生態環境學是一門綜合性非常強的學科，它不僅包含著豐富的知識點，需要學生運用邏輯思維能力對教學內容進行分析和思考，而且還需要學生對其他學科的知識有一定的掌握基礎，以便能夠在學習的過程中更好地掌握農業生態環境學的教學內容。這也為虛擬現實技術在農業生態環境學中的應用提出了更高的挑戰，為了能夠更好地適應農業生態環境學的教學需求，支持虛擬現實技術的軟件必須要不斷地更新軟件數據庫的資料，不僅要將最新的數據資料收入其中，而且還要確保舊的數據不丟失，保證數據內容的連續性和完整性。科研人員在進行軟件研發的時候也一定要和相關科研單位建立起密切的溝通關系，及時掌握各種實驗結果和數據，通過對資料的分析和整合確保虛擬現實技術軟件可以更好地適合不同學習階段學生的使用需要，真正讓虛擬現實技術軟件為學生和教學服務，提升虛擬現實技術軟件的實用性和科學性。

（三）拓展教學內容。在使用虛擬現實技術進行農業生態環境學科教學的時候，為了讓學生更好地把握學科教學內容，必須進行教學知識結構的延伸，進一步豐富和拓展教學內容，提升整個學科教學內容的深度和廣度。比如在進行備課的時候結合教學大綱和課本知識對課程結構進行整合和優化，善于利用許多現實中最新的行業案例進行課程設計。在授課的過程中，為了讓學生更好地理解教學內容，也應該引入一些最新的教學素材，來進一步充實和豐富課堂教學內容，讓學生通過對教學素材的學習，發揮主觀能動性對課本的內容和學科內容進行思考，從而進一步加深對教學內容的理解[3]。而且教師在授課的過程中，還要善于啟發學生在學習課本知識的基礎上結合平時的課后練習和實踐活動形成自己對于知識的思考，通過虛擬現實技術對學科中的相關知識進行整合應用，讓學生通過相關的軟件進行模擬實驗，并在軟件中對實驗結果進行分析和反思，在不斷的學習和實踐中培養學生的探索意識和創新精神。

（四）完善評價體系。通過對于教學結果的評價和分析可以幫助教師更加直觀、全面的掌握學生對于教學內容的學習和吸收情況。在使用虛擬現實技術進行農業生態環境學科教學的過程中，雖然很多時候這項技術在教學的應用更多的是側重于對于教學效果的提升，但是這也更加需要教師在教學過程中密切的關注你現實技術對整個學科知識點和教學策略的完善和提升作用，通過學生在學習過程中提出的問題以及教師在授課時對于學生在課堂上反應的觀察，可以幫助教師靈活地調整教學策略，讓虛擬現實技術更好地與教學實際相匹配，提升課堂學習效率。此外，在進行學期學習效果評價的時候，教師也可以選擇一些學生比較關注的熱點問題作為實踐課題，讓學生通過虛擬現實技術進行課題設計，在相關的軟件上建立模型，并且進行數據分析，教師在這個過程中對于學生不同階段的實踐結果進行考核和分析，最終形成更加科學的評價內容[4]。

五、結束語

綜上所述，信息化、智能化是現代科技發展的主流，給人們的各項活動帶來了極大的便捷，并對人們的生產、生活、學習等方式帶來了非常大的影響。對于虛擬現實技術在農業生態環境教學中的應用分析是非常具有現實意義的一項研究，是符合現代教育趨勢的重要內容，其發展前景也是非常可觀的。相關教師可以通過升級虛擬技術、豐富知識結構、拓展教學內容以及完善評價體系四個方面來開展虛擬現實技術的深入，促進學生的成長以及教育的發展。

作者:任素櫻 單位:河套學院農學系