Thực tế ảo (VR -Virtual Reality) là thuật ngữ xuất hiện khoảng đầu thập kỉ 90. VR là công nghệ tạo ra thế giới ảo mà có thể dùng các giác quan để cảm nhận gần như thế giới thực, có thể tương tác qua lại với các đối tượng trong thế giới ảo.Tại Mỹ và châu Âu, thực tế ảo đã và đang phát triển mạnh mẽ và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như: nghiên cứu và công nghiệp, giáo dục và đào tạo, du lịch, dịch vụ bất động sản, thương mại và giải trí, quân sự... Với sự phát triển nhanh chóng của các thiết bị di động, sự phát triển của VR được tăng cường sang thế hệ mới - thực tế ảo tăng cường (AR -Augmented Reality). AR giúp thế giới ảo và thế giới thật xích lại gần nhau hơn. Trong lĩnh vực giáo dục, VR và AR đang giúp học sinh có thể sử dụng ngay điện thoại thông minh để trải nghiệm các hiện tượng thực tế khó tiếp cận hoặc có thể gây nguy hiểm như: các hiện tượng xảy ra trong thế giới vi mô, các hiện tượng phóng xạ, hiện tượng xảy ra với điện thế cao, phản ứng hóa học có thể gây độc hại... Công nghệ AR bổ sung những chi tiết vào thế giới thực để tăng cường sự trải nghiệm của học sinh. Người dùng có thể tương tác với những nội dung ảo ngay trong thực tiễn, như chạm vào, di chuyển... Nhờ đó công nghệ AR đang được ứng dụng rộng rãi trong đời sống.

Việc đổi  mới chương trình giáo  dục  phổ thông ở Việt  Nam,  chuyển  từ tiếp cận nội dung sang tiếp cận phát triển năng lực của học sinh, đòi hỏi tạo cơ hội để học sinh được trải nghiệm, vận dụng kiến thức vào thực tiễn, đặc biệt là khi dạy học các môn khoa học tự nhiên.Tuy nhiên, khi dạy học một số kiến thức về các hiện tượng vĩ mô, vi mô, hiện tượng xảy ra quá nhanh hoặc quá chậm, các hiện tượng có thể gây nguy hiểm... còn gặp nhiều khó khăn. Ví dụ: Không thể quan sát trực tiếp cấu tạo nguyên tử, cấu trúc mạng tinh thể vì cần phải có kính hiển vi hiện đại. Đặc biệt,sự tương tác giữa các hạt nhân trong quá trình phản ứng xảy ra rất phức tạp không thể quan sát được. Do vậy, khi học các nội dung như trên, học sinh chỉ nghiên cứu các hiện tượng qua các tài liệu in hoặc phải mất nhiều thời gian tìm kiếm tranh, ảnh ở dạng 2D, 3D trên máy tính, điện thoại thông minh và internet. Đồng thời, các mô phỏng 3D chỉ giúp học sinh quan sát hiện tượng xảy ra mà không thể tương tác được với các đối tượng trên mô phỏng đó.Với  sự phát  triển  của  công  nghệ mô  phỏng  thực  tế ảo  và  thực  tế tăng cường có thể xây dựng các mô phỏng 4D, trong đó có thể tương tác được với các đối tượng trong không gian 3D thêm  một  chiều  thứ tư mà học  sinh  mong  muốn,  giúp  học  sinh  trải  nghiệm được  nhiều  hiện tượng phức tạp có thể xảy ra trong thực tế.

Quy trình chungnghiên cứu một mô phỏng gồm 6 bước:

Bước 1: Tìm hiểu tài liệu: sách giáo khoa Vật lí, Hóa học, mạng internet... để lựa chọn các kiến thức cần mô phỏng, hiểu rõ nội dung của các kiến thức cần mô phỏng, các quá trình, hiện tượng xảy ra khi mô phỏng. Tìm hiểu các mô phỏng 2D, 3D hiện có để tìm những nhược điểm, hạn chế cần khắc phục, từ đó đặt ra mục tiêu và hiệu quả cần đạt được của các mô phỏng mới.

Bước 2: Viết kịch bản để lập trình mô phỏng. Nội dung kịch bản sẽ mô tả chi tiết các quá trình, hiện tượng xảy ra trong mô phỏng.

Bước 3: Sửa và chốt kịch bản. Kiểm tra lại tính đúng đắn của kịch bản sao cho phù hợp với cơ sở lí thuyết.

Bước 4: Lập trình mô phỏng: phần mềm được viết bằng ngôn ngữ c#, là ngôn ngữ phổ biến trong lập trình và được dùng nhiều trong lập trình Java. Mỗi mô phỏng gồm có hai phần: xử lí nhận diện và tính toán. Mô phỏng dựa trên mô hình 3D, nhận diện bằng hình ảnh (vuforia) trên nền tảng Unityn. Lập trình tương tác với các đối tượng theo chiều di chuyển của ngón tay là chiều thứ tư.

Bước 5: Sửa và đóng gói phần mềm. Chạy thử mô phỏng xem đã phù hợp với kịch bản chưa, sau khichỉnh sửa sẽ đóng gói phần mềm, viết hướng dẫn sử dụng.

Bước 6: Đề xuất việc sử dụngcác mô phỏngtrong dạy họcvật lí và hóa học ở trường phổ thông.

Các mô phỏng đã được lập trình chỉ là 5 mô phỏng trong hệ thống các mô phỏng của một app có nội dung chưa từng được công bố trước đó ở Việt Nam. Các mô phỏng góp phần đổi mới phương pháp dạy nhằm nâng cao chất lượng dạy học vật lí và hóa học ở các cấp học khác nhau. Chỉ với chiếc điện thoại thông minh hoặc máy tính bảng, giáo viên và học sinh có thể dạy và học về các hiện tượng phức tạp như các kiến thức về hạt nhân – nguyên tử một cách sinh động, hiệu quả, tăng hứng thú học tập cho học sinh. Học sinh được lĩnh hội kiến thức, được trải nghiệm bằng các mô phỏng ảo trên nền của thực tại thật. Từ đó kích thích sự đam mê, tìm tòi, phát triển hoạt động năng lực, hoạt động trí tuệ - thực tiễn độc lập và sáng tạo của học sinh. Các mô phỏng minh họa một cách trực quan các hiện tượng, quá trình vật lí, để qua đó tìm ra các kiến thức mới (mối quan hệ, quy luật mới...) bằng con đường nhận thức lí thuyết. Đảm bảo tính khoa học – kĩ thuật, sư phạm, thẩm mĩ và kinh tế đối với phần mềm mô phỏng được sử dụng trong dạy học ở trường phổ thông.Qua tìm hiểu về VR và AR, nghiên cứu đã phát triển các mô phỏng 3D với chiều tương tác thứ tư (4D) và xây dựng thử nghiệm một số mô phỏng 4D hỗ trợ dạy học về hạt nhân nguyên tử trong chương trình vật lí, hóa học ở trường phổthông. Nghiên cứu mới bước đầu ứng dụng trong việc mô phỏng các kiến thức về hạt nhân – nguyên tử đơn giản nhất. Trong thời gian tới, nghiên cứu sẽ tiếp tục hoàn thiện các mô phỏng khác để dùng trong dạy học vật lí, hóa học và xây dựng quy trình sử dụng xuyên suốt các cấp học.