虚拟技术在农业生态环境教学中应用

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［摘要］随着科技的发展，各种信息技术对人们的生产生活都产生了重要的影响，虚拟现实技术在农业生态环境教学中的应用成为一项重要课题，为农业生态环境教学的提升起到了推动和促进作用。该文结合虚拟现实教育的相关理论及基本概念，指出了其在农业生态环境教学中的应用存在的问题，并有针对性地提出了解决对策，希望实现学生的全面综合成长。

［关键词］虚拟现实技术；农业生态环境教学；教学改进

一、虚拟现实教育的理论基础

（一）建构主义学习理论。作为虚拟现实教育的基础理论之一，建构主义学习理论更加侧重于学生在学习的过程中对于所接触到的专业知识内容产生自己的思考，并在此基础上进行深入的学习和理解。建构主义学习理论最大的特点就是，学生通过现实中的学习工具，对学习资源和前辈的经验进行分析总结，在特定的场景下展开深入的学习，并且在这个过程中形成具有明显个人特点的知识架构。在使用虚拟现实技术进行专业学习的时候，因为这项技术可以很好地消除学习者和软件之间的隔阂，让学习者通过沉浸式的学习方式在主动的实践中产生对于学科知识点最直观的感受，并且能够激发出学习者的主观能动性，让他们在学习的过程中主动反思不同阶段的学习体验，然后和其他的学习者进行沟通和交流，在协作和反思中结合知识内容学到的知识点进行再创造，以实现通过学习在脑海中形成是新的知识架构体系的教学目的。

（二）情境认知理论。情景认知理论也是虚拟现实教育理论的重要基础，最直观地体现了虚拟现实教育的特征。经过大量的实践和研究证明，通过和学科知识相关的情景设定引导学生进行学习，可以最大限度地让学生在熟悉的情景中产生对于学科知识的学习动力和探索欲望，也可以让学生更加直观地对所学的知识和具体情景产生联系，通过主动的学习提升对于知识点的掌握程度，提高专业课程教学效率。情景认知理论可以分为主体和客体两个部分：一方面，学生作为学习的主体，在虚拟现实教学中教师必须密切地关注学生对于知识点的掌握情况和学习态度，通过具体的情境设定启发学生在新旧知识点之间形成联系，让学生通过主动学习获得更多的知识。另一方面，在情境的设定上不仅要贴合专业知识的内容，而且也要符合客观规律以便能够让学生更加轻松地掌握和理解。

（三）模拟思维方法。模拟思维方法具有显著的工程学科的特征，在实际教学的应用过程中，虚拟现实软件的开发和设计者结合相应的学科知识，在软件中建立起和现实中的模型相似度非常高的先去物理和化学特征的虚拟模型，让学习者通过沉浸式的学习体验现实中的真实模型进行间接的研究和分析，在这个过程中形成与学科内容相匹配的思维方式，提升学习者的学科专业素养，显著提高学习效果。除此之外，模拟思维方式对于具体教学内容的指导还体现在另外一个方面，那就是基于学科内容，采集大量的相关数据和案例，在虚拟现实技术软件里建立起能够体现学科规律的数据模型，学生可以通过虚拟现实技术软件进行专业学科的学习，更加直观的了解一些因为技术和客观原因限制而不能在教学过程中开展的实验，对实验过程和实验现象有进一步的了解，对专业学科的学习能够起到很好的辅助作用。

二、虚拟现实技术与虚拟农业的基本概念

（一）虚拟现实技术。对于虚拟现实技术定义的理解各有千秋，但是可以总结归纳为通过计算机高数据的信息化模拟，将参与者的位置信息、运动轨迹等进行一定的媒体化呈现，同时在视觉、听觉和触觉方面进行与现实的高度统一，在执行整个计算机运算的过程中，给参与者构建逼真的现实体验。我国“十三五”发展规划中明确提出要落实虚拟现实技术的前沿发展布局，做到和自然现实的相互交融，在新一代5G技术的迅速发展下，两者之间相互促进，更为迅速和稳定的实现信息传输以及多媒体的呈现。国内外专家工作者对于虚拟现实技术的研发十分重视，已经出现了多个公司和企业进行合作，联合建立虚拟现实实验室，开展更为深入的研发，我国的网络技术和虚拟现实技术也在紧跟时代潮流，实现更好的发展。虚拟现实技术在教育、军事、医学和娱乐等多个领域实现了广泛的应用，促进了多领域的高速信息化发展。

（二）虚拟农业。虚拟农业是虚拟技术的一个延伸和演化，同时也是对于虚拟技术的一个现实应用。具体的定义为在计算机技术的指导下，利用编程和数字化统计实现农业生产加工和虚拟模拟的有机结合，更加高效和便捷地实现农业生产和研发工作的开展。可以对往年的数据进行录入，然后利用计算机计算和模拟功能进行预测和大数据的管理，也可以实现对于农业种群生长周期的认识以更好地实现对农业生产的科学化管理。实时操作和掌握作物的生长条件和参数，可以实现更高产量、更高水准的生产和管理，在农业生产中实现虚拟技术的广泛运用。

三、虚拟现实技术在农业生态环境教学应用中存在的问题

（一）虚拟技术待于升级。在虚拟现实技术中，情感体现和内容丰富度先天有个比较难以跨越和逃避的技术局限，技术有待升级优化。虚拟现实技术是一项将抽象理性的对象化过程的技术，其对硬件配备有着很高的要求，而目前市场上对于这个还没有比较完善成熟的产品，这致使技术优化升级处于待发展的阶段。包括在传感技术机制、采集和物理建模技术、高速图像图形处理技术、人工智能等多个领域的发展都存在着或多或少没有解决的技术难题，三维建模技术也在等待有更进一步的优化与改进[1]。当前市场上存在着虚拟现实技术产品的价格和功能不匹配的情况，价高，功能较多的产品购买的人很少；价低功能简单的产品用户体验感很差，所以，想要虚拟技术有效发展前进，需要对其进行调整、优化，做到以最好的性价比体验到优质的产品。科技智能产品不断更新换代的核心在于以较低的成本达成最佳的用户体验。

（二）知识结构需要丰富。将虚拟现实技术应用到农业生态环境学的课堂教学中，需要对课程的知识结构设置提出更高标准的要求，需要在提升知识深度的基础上，扩大知识结构的丰富性与广度。只有这样才能尽可能发挥出将虚拟现实技术应用于农业生态环境教学的课堂的有效性和高效性，致使学生对于学习生态知识产生兴趣和热情，催生出学生的学习动力。如果情况相反，在不增加教学知识广度的情况下，只会让整体课程沦为技术手段不断堆叠的产物，从而失去了课堂原本的基础价值，偏离了引入技术手段的初心。在课程架构优化调整的过程中，应该以课本作为教学大纲的出发点，不断完善知识网络，使知识的深度和广度都得以丛中体现，以此刺激学生在实践知识的过程中进行思考，加深对课程内容的理解，同时促进课堂与学习的高速有效完成。

（三）教学内容亟需拓展。在对农业生态环境学科课程教学的实际过程中，需要学生切实掌握书本知识的深度，并能够对其进行进一步思考分析的能力水平。在应用虚拟现实技术的同时，需要培养学生对于知识原理进行思考的习惯，以此避免课堂变成单一的技术教学和数据整理分析过程。另外还需要在课程的结构中加入实际生活中会遇到的社会性问题，将社会性热点问题引入课程的思考讨论是为了提高课堂知识在实际应用中的有效程度，使学生不仅仅是熟知课本知识，还能将课本知识深度迁移到实际运用中去，增强学生的思维能力以及迁移能力，提升学生对于专业知识的敏感度，致使学生能够学以致用，提高教学效果。

（四）评价体系应于完善。虽然将虚拟现实技术引入农业生态环境学的课堂教学中是一种教学模式的改革与创新，但是在实际完成执行的过程中对整个教学系统需要进行调整与升级，从而实现课程整体的高度配合，使得课程内容和教学质量得到有效提升，给培养学生的综合素质提供了基础条件。所以在课程知识考核和平角体系上都需要进行优化提升，从而平衡每一位学生的成绩权重，在此基础之上突出重点课程、实际操作等内容的评价，弱化笔试考核成绩的权重，注重学生的思维能力、学习能力以及实践操作能力，有目的培养学生的综合实力水平。在学期考核中，可以将近期发生的热点问题加入考核，并作为探讨的核心，让学生将课堂学到的知识实际迁移运用到日常的生活工作中，达到亲身实践验证书本知识内容和实际操作过程，真正理解掌握知识点和技能，形成体系话知识架构。

四、虚拟现实技术在农业生态环境教学中的应用

（一）升级虚拟技术。首先，从软件开发层面考虑，要充分了解专业教学方向和实际的教学需要，结合专业特点和课本内容，进一步加大在软件开发方面的资金和科研投入，提高虚拟技术软件和专业教学内容的贴合程度，确保虚拟技术软件能够和专业学科特点相匹配，有效提升软件的实用性。其次，为了让软件的功能能够更好地满足教师的日常教学需要，软件的开发者和日常维护的工作人员要根据教学内容及时的更新软件的资料库，确保软件里有充足的和农业生态环境教学相关的数据资料，从而满足实际教学过程中的不同需求，为农业生态环境教学提供更加详实而真实的教学体验[2]。再次，作为学生专业学习的领路人，授课教师在日常的备课和工作中也要严格地要求自己，积极参加学校和软件开发商组织的软件应用培训，提升对于虚拟现实技术软件的应用能力和熟悉程度，用扎实的技术功底为教学活动打好基础，通过对相关软件的熟练应用，为学生带来更佳优质的课堂教学体验，从而提高生态环境学的教学效率。

（二）丰富知识结构。农业生态环境学是一门综合性非常强的学科，它不仅包含着丰富的知识点，需要学生运用逻辑思维能力对教学内容进行分析和思考，而且还需要学生对其他学科的知识有一定的掌握基础，以便能够在学习的过程中更好地掌握农业生态环境学的教学内容。这也为虚拟现实技术在农业生态环境学中的应用提出了更高的挑战，为了能够更好地适应农业生态环境学的教学需求，支持虚拟现实技术的软件必须要不断地更新软件数据库的资料，不仅要将最新的数据资料收入其中，而且还要确保旧的数据不丢失，保证数据内容的连续性和完整性。科研人员在进行软件研发的时候也一定要和相关科研单位建立起密切的沟通关系，及时掌握各种实验结果和数据，通过对资料的分析和整合确保虚拟现实技术软件可以更好地适合不同学习阶段学生的使用需要，真正让虚拟现实技术软件为学生和教学服务，提升虚拟现实技术软件的实用性和科学性。

（三）拓展教学内容。在使用虚拟现实技术进行农业生态环境学科教学的时候，为了让学生更好地把握学科教学内容，必须进行教学知识结构的延伸，进一步丰富和拓展教学内容，提升整个学科教学内容的深度和广度。比如在进行备课的时候结合教学大纲和课本知识对课程结构进行整合和优化，善于利用许多现实中最新的行业案例进行课程设计。在授课的过程中，为了让学生更好地理解教学内容，也应该引入一些最新的教学素材，来进一步充实和丰富课堂教学内容，让学生通过对教学素材的学习，发挥主观能动性对课本的内容和学科内容进行思考，从而进一步加深对教学内容的理解[3]。而且教师在授课的过程中，还要善于启发学生在学习课本知识的基础上结合平时的课后练习和实践活动形成自己对于知识的思考，通过虚拟现实技术对学科中的相关知识进行整合应用，让学生通过相关的软件进行模拟实验，并在软件中对实验结果进行分析和反思，在不断的学习和实践中培养学生的探索意识和创新精神。

（四）完善评价体系。通过对于教学结果的评价和分析可以帮助教师更加直观、全面的掌握学生对于教学内容的学习和吸收情况。在使用虚拟现实技术进行农业生态环境学科教学的过程中，虽然很多时候这项技术在教学的应用更多的是侧重于对于教学效果的提升，但是这也更加需要教师在教学过程中密切的关注你现实技术对整个学科知识点和教学策略的完善和提升作用，通过学生在学习过程中提出的问题以及教师在授课时对于学生在课堂上反应的观察，可以帮助教师灵活地调整教学策略，让虚拟现实技术更好地与教学实际相匹配，提升课堂学习效率。此外，在进行学期学习效果评价的时候，教师也可以选择一些学生比较关注的热点问题作为实践课题，让学生通过虚拟现实技术进行课题设计，在相关的软件上建立模型，并且进行数据分析，教师在这个过程中对于学生不同阶段的实践结果进行考核和分析，最终形成更加科学的评价内容[4]。

五、结束语

综上所述，信息化、智能化是现代科技发展的主流，给人们的各项活动带来了极大的便捷，并对人们的生产、生活、学习等方式带来了非常大的影响。对于虚拟现实技术在农业生态环境教学中的应用分析是非常具有现实意义的一项研究，是符合现代教育趋势的重要内容，其发展前景也是非常可观的。相关教师可以通过升级虚拟技术、丰富知识结构、拓展教学内容以及完善评价体系四个方面来开展虚拟现实技术的深入，促进学生的成长以及教育的发展。

作者:任素樱 单位:河套学院农学系