AR技術可以降低化學實驗風險嗎?

2020-12-20 中國教育裝備網

　　化學實驗是化學教學的重要組成部分，能極大地調動學生的學習積極性。然而，化學實驗具有一定危險性，學生經常在化學實驗中出現受傷、亂用藥品、儀器損壞等事故。雖然學校對實驗室管理越來越完善，也對學生進行科學實驗安全教育，但由於一些學生粗心大意、思想麻痺、操作失誤、自我保護意識差等原因，化學實驗事故仍層出不窮。AR(增強現實)技術的出現，能否降低化學實驗風險呢?

　　AR是AugmentedReality的字母縮寫，中文名字是「增強現實」，是一種全新人機互動技術。通過AR技術，讓參與者與虛擬對象進行實時互動，從而獲得一種奇妙的視覺體驗，而且能夠突破空間、時間以及其它客觀限制，感受到在真實世界中無法親身經歷的體驗。AR技術具有將真實世界和虛擬世界信息集成、實時交互性、在三維空間增加虛擬物體等特點。那麼，將AR技術應用到化學實驗教學中，讓真實的學生在虛擬的實驗場景中進行實驗操作，是否降低化學實驗風險?

　　答案是肯定的。

　　以一氧化碳還原氧化鐵實驗為例，可能出現裝盛氧化鐵的玻璃管因受熱而破裂的危險;操作不當在通氣前就對裝置進行加熱，一氧化碳和空氣的混合氣在加熱時會有爆炸的危險;還有加熱過程中，實驗者對酒精噴燈的不熟悉，也有意外燒傷的危險。把AR技術應用到一氧化碳還原氧化鐵的實驗中，實驗者置身於虛擬仿真的實驗場所，在虛擬環境中通過手勢操作進行實驗，把上述實驗風險都杜絕了。如果實驗者先在虛擬仿真實驗中熟練操作，然後再進行真實實驗操作，將大大降低實驗風險。

　　那麼，AR技術是如何在實現實驗目的的同時，降低化學實驗風險的?

　　化學實驗的目的是讓學生掌握實驗的基本技術和技能，加深對基本原理知識的理解，增強解決實際問題的能力，更是培養學生動手能力、觀察能力和數據記錄能力，初步學會數據分析能力，讓學生得到綜合訓練。那麼就要求AR技術應用到化學實驗的時候，能在實現上述目的的同時，降低化學實驗風險。

　　創設虛擬仿真實驗場景，高度還原真實實驗。

　　根據每個實驗的要求和實驗準備，創設虛擬仿真實驗場景，高度還原真實實驗。在這個虛擬環境中如置身於真實實驗場所，唯一不同在於，因為場景的虛擬性，虛擬實驗中的危險效果不能作用於真實的實驗者。此實驗場景可在常規教學設備展示，如一體機、投影機等。

　　純手勢實現人機實時交互，培養學生動手操作能力

　　教學實驗需要培養學生的動手能力，因此藉助kinect設備，將真實的實驗者與虛擬仿真的實驗場景合二為一。實驗者無需佩戴任何體感設備即可進行手勢操作，通過抓取、移動、添加、減少、旋轉、拆除、組合等動作，進行實驗操作。

　　實驗現象放大化，不可見氣體標註可視化，培養學生觀察能力

　　在實際化學實驗中，有些實驗現象不是很明顯，學生還來不及觀察或者觀察不到位就消失了。還有一些化學實驗，製作產生出無色無味的氣體，難以觀察出現象。在虛擬仿真實驗中，通過微觀觀察，可將實驗現象放大化，把實驗現象放大觀察到位。還可以將氧氣等不可視氣體加注顏色讓學生觀察實驗現象，加深知識點的理解，全面培養觀察能力。

　　由此可見，通過AR技術在化學實驗的應用，創設虛擬仿真實驗場景進行虛實實驗操作，能有效規避化學實驗風險，降低實際實驗操作的風險。除了化學實驗外，還有物理、生物等學科的實驗，也可以通過AR技術來降低風險，提高實驗觀察的效果，還有科學學科難以觀察的天文地理知識，也可運用AR技術輔助教學。隨著AR技術的完善和提升，未來AR+教育必然影響主流教學方式，讓教學更便捷有效。

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