基础生物化学实验（谁都可以在虚拟场景中尝试高级的物理）

基础生物化学实验（谁都可以在虚拟场景中尝试高级的物理）戴上轻便的头戴式设备，置身在可以乱真的森林里办公，长时间佩戴也不会觉得眼睛疲劳。利用对真实场景的三维建模、跟踪定位技术，佩戴者可以在虚拟场景中看到真实世界中的真实物体，因此可以在不解除设备的情况下，完成喝水、起身走动之类的动作。“这种把虚拟场景和真实场景相对应，并且将真实物体功能融合到虚拟环境中的方式，我们称之为‘同步混合现实’。”王涌天告诉《中国电子报》记者，“这种虚拟办公方式解决了此前佩戴者看不到真实场景，行动受限的问题，是当前产业界研究的热点方向，具有较好的应用前景。”在线办公成为疫情期间的主流，而在疫情平稳后，很多尝到甜头的公司决定延续这种方式。加拿大电商巨头Shopify就宣布，允许其5000名员工无限期在家工作，即使在新冠病毒流行的危险消退、城市解除停工令之后也是如此。据王涌天介绍，国内在虚拟办公方面的研究也取得了可喜的进展。“几年前，VR头盔大热，低质低价产品充斥市场，消费者

“新冠疫情给我们的生产生活带来了巨大影响，在疫情防控和复工复产的过程中，VR(虚拟现实)和AR(增强现实)技术、产品发挥了重要作用。” 全国政协委员、北京理工大学教授王涌天在接受《中国电子报》记者采访时表示，“VR/AR产业界要以高度的社会责任感，承担起疫情催生的应用新需求。”

疫情催生市场爆发，产品质量不容忽视

凭借沉浸感、交互性等自身特点和优势，VR看房和AR红外测温等细分市场需求在疫情期间呈现爆发式增长。“疫情在客观条件上限制了线下看房，让消费者不得不选择VR看房。” 王涌天告诉记者，“但在使用过程中，VR看房的优秀体验让消费者切实感受到了其真实感和便利性。相信即便疫情结束后，VR看房也会继续受到大家的青睐。”

在王涌天看来，AR红外测温眼镜也是一款很棒的产品，兼具测温功能和移动性，使用方便。“国内专业AR企业和红外探测器生产企业紧密合作，共同研发出的AR红外测温眼镜在疫情防控中大显身手，获得了市场的肯定。”王涌天指出，“但我们也要注意到，AR红外测温眼镜不是AR眼镜加红外探测器的简单组合，其本身有一定技术门槛。若定标、校准不过关，则测温偏差高达两三摄氏度，完全起不到疫情防控的作用。此外，红外探测器属于敏感元件，很容易受到强烈阳光的影响，若设计和制造过程中没有充分考虑到对红外探测器的保护，则产品很容易损坏，寿命也会受到影响。”

“几年前，VR头盔大热，低质低价产品充斥市场，消费者购买这种产品并体验之后，大失所望。这种短视行为对行业造成了很大伤害。”王涌天用当年的例子警醒整个行业，“不要急功近利，不要什么热就一窝蜂做什么，确保产品质量才是首先要考虑的。”

看好虚拟办公和教育，“同步现实”成新热点

除了当下火热的VR看房和AR红外测温，王涌天还看好虚拟办公和虚拟教育的下一步发展。“今年两会上，很多代表委员笑谈，尽管没像往年一样开那么多会、出那么多么差，但是很多日常工作也照样完成了。”在王涌天看来，“疫情期间培养出的在线办公、在线教育的用户习惯，会在一定程度上保留。”

在线办公成为疫情期间的主流，而在疫情平稳后，很多尝到甜头的公司决定延续这种方式。加拿大电商巨头Shopify就宣布，允许其5000名员工无限期在家工作，即使在新冠病毒流行的危险消退、城市解除停工令之后也是如此。据王涌天介绍，国内在虚拟办公方面的研究也取得了可喜的进展。

戴上轻便的头戴式设备，置身在可以乱真的森林里办公，长时间佩戴也不会觉得眼睛疲劳。利用对真实场景的三维建模、跟踪定位技术，佩戴者可以在虚拟场景中看到真实世界中的真实物体，因此可以在不解除设备的情况下，完成喝水、起身走动之类的动作。“这种把虚拟场景和真实场景相对应，并且将真实物体功能融合到虚拟环境中的方式，我们称之为‘同步混合现实’。”王涌天告诉《中国电子报》记者，“这种虚拟办公方式解决了此前佩戴者看不到真实场景，行动受限的问题，是当前产业界研究的热点方向，具有较好的应用前景。”

虚拟教育可以方便有效地消除教育资源不平等。王涌天表示，在工信部的大力推动下，无线电信服务走向农村及偏远地区，让偏远山区的孩子也有机会享受到优质的在线教育服务，也有机会在虚拟场景中尝试高级的物理、化学和生物实验。“相比成本高昂、维护繁琐的实体实验室，虚拟现实设备在成本上还是有很大优势的。”在王涌天看来，“不仅是教育不发达地区，受疫情影响无法返校的普通学生们也可以借助虚拟现实设备完成课业。”

硬件产品不断迭代，呼唤优质原创内容

虚拟现实行业的新应用、新业态需要依托不断迭代的硬件产品来实现。王涌天以旗下团队近期推出的新一代大众娱乐型AR眼镜为例，向记者介绍了产品在轻量化、舒适度、安全性、续航等方面的努力成果。“相对手机而言，眼镜的形式，减轻了长时间低头造成的颈椎疲劳;眼镜增加了透视功能，避免了佩戴VR头盔时看不见真实场景的尴尬;直接连接手机，可通过眼镜观看存储在手机中的各种内容(包括3D电影)，并使用手机电量以增强续航;如使用蓝牙连接手机，也可以选择接入充电宝的电量……”

王涌天向记者透露了硬件研发方面的最新进展。“目前，把AR眼镜和普通近视眼镜合二为一的技术已经基本成熟，但因为不同用户近视度数不同，需要个性化订制，成本相对较高。”在王涌天看来，“如果能有更多优质内容支撑，将会吸引和团结更多增强现实用户。”

完善产业生态的建立，离不开软硬件企业的共同努力。王涌天强调，在硬件产品不断完善的同时，希望国内外内容制作公司和机构努力推出更多的优质产品，软硬件协同，增强用户黏性，推动行业健康可持续发展。

产业发展，标准先行。王涌天还向记者介绍了其推动出台的5个国家标准，并呼吁产业界积极参与相关标准制订和应用。这5个标准分别是《信息技术虚拟现实头戴式显示设备通用规范》(GB/T 38259-2019)、《信息技术 增强现实 第1部分：术语》(GB/T 38247-2019)、《虚拟现实应用软件基本要求和测评方法》(GB/T 38258-2019)、《信息技术 手势交互系统 第1部分：通用技术要求》(GB/T 38665.2-2020)、《信息技术 手势交互系统 第2部分：系统外部接口》(GB/T 38665.1-2020)。

VR实验室正在进行虚拟实验。福建日报东南网

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”。