【摘要】根據(jù)教育技術(shù)實驗教學(xué)現(xiàn)狀及現(xiàn)有虛擬實驗系統(tǒng)存在的問題，引出開發(fā)教育技術(shù)虛擬實驗系統(tǒng)的必要性。以實現(xiàn)“強交互性”與“高仿真度”為重點目標(biāo)，以典型虛擬硬件案例“多媒體教室操作平臺”及“數(shù)碼相機”虛擬實驗、“windows系統(tǒng)重裝”虛擬軟件系統(tǒng)為例，探討了教育技術(shù)虛擬實驗系統(tǒng)的功能與實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)，并通過實驗教學(xué)實踐總結(jié)其效果與意義。

【關(guān)鍵詞】虛擬實驗，教育技術(shù)，多媒體教室操作平臺，數(shù)碼相機，windows系統(tǒng)重裝

【中圖分類號】G40-057 【文獻標(biāo)識碼】B 【論文編號】1009—8097(2010)03—0128—04

引言

教育技術(shù)實驗操作性、實踐性強，而傳統(tǒng)的實驗存在模式單一陳舊，設(shè)備投入有限且儀器落后等諸多問題，已不適應(yīng)現(xiàn)代化教學(xué)改革的需要[1]。教學(xué)改革的不斷深化對實驗教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生的科研能力和綜合素質(zhì)提出更高的要求，虛擬實驗為實驗教學(xué)改革提供了最佳的解決方案。虛擬實驗[2] [3]是將計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與傳統(tǒng)實驗儀器結(jié)合起來，改變實驗系統(tǒng)的構(gòu)建模式，提升實驗儀器的整體性能。虛擬實驗是傳統(tǒng)實驗方法的變革和有效的補充，也是加強實踐教學(xué)、提高教學(xué)質(zhì)量的重要手段。虛擬實驗在當(dāng)今教育技術(shù)領(lǐng)域的研究，不僅代表著理論研究的新思潮與熱點，而且是新媒體技術(shù)發(fā)展的方向。

一 問題的提出

1 教育技術(shù)實驗教學(xué)現(xiàn)狀

(1) 學(xué)科實驗特點

教育技術(shù)實驗內(nèi)容覆蓋面廣，涵蓋計算機、物理、電子技術(shù)與自動化技術(shù)等專業(yè)的實驗，其內(nèi)容龐雜且實驗原理抽象、操作性、實踐性強。多媒體教學(xué)設(shè)備和系統(tǒng)的操作與維護是實驗教學(xué)的重點，也是教育技術(shù)專業(yè)學(xué)生必須掌握的專業(yè)技能，正確而熟煉地掌握多媒體教學(xué)設(shè)備需要不斷地實踐與強化。

(2) 實驗教學(xué)模式陳舊

教育技術(shù)傳統(tǒng)的實驗?zāi)Ｊ揭越處煘橹黧w，學(xué)生再根據(jù)老師的演示和講解進行簡單的模仿，學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新思維能力沒有得到有效的訓(xùn)練和培養(yǎng)。由于受實驗的時間和空間所限制，實驗教學(xué)模式比較單一和固定。

(3) 實驗設(shè)備投入有限

傳統(tǒng)的實驗教學(xué)由于教學(xué)資金投入有限，且教育技術(shù)實驗器材昂貴易損，實驗教學(xué)儀器相對落后等問題，導(dǎo)致了實驗內(nèi)容陳舊，無法和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展程度相聯(lián)系，由于實驗系統(tǒng)的構(gòu)建模式不夠完善，實驗項目的開發(fā)受到影響，限制了學(xué)生參與實驗的開發(fā)和獨立操作。

2 現(xiàn)有虛擬實驗系統(tǒng)存在的問題

目前大部分高級的虛擬實驗系統(tǒng)應(yīng)用的范圍局限于科學(xué)研究或?qū)I(yè)實驗室領(lǐng)域，有些只能局限于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，或配置高檔的硬件與軟件支持，因而對于普通課堂實驗的普及開展缺乏通用性;而在國內(nèi)外相關(guān)的虛擬教學(xué)網(wǎng)，高校虛擬實驗室中，普及應(yīng)用于實驗教學(xué)的大部分虛擬產(chǎn)品功能較簡單，只能實現(xiàn)模擬功能而達不到接近于現(xiàn)實的虛擬仿真效果，更重要的是交互性不強，特別是缺乏有效的評價機制，因而在教學(xué)中的應(yīng)用得不到推廣[3]。

二 教育技術(shù)虛擬實驗系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)

虛擬實驗系統(tǒng)的開發(fā)著眼于教學(xué)應(yīng)用，面向?qū)ο笫墙處熀蛯W(xué)生，以虛擬實驗系統(tǒng)的靈活性和開放性來保證教師和學(xué)生在實驗過程中的簡便適用，以虛擬實驗系統(tǒng)的先進性和精確性來保證實驗教學(xué)內(nèi)容的科學(xué)性和前沿性。需求分析應(yīng)達到全面、典型、系統(tǒng)化與專業(yè)化。系統(tǒng)的實現(xiàn)重點突出交互性與仿真性的功能，并具備智能化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化及人性化等特點。

1 強交互性

交互與反饋是虛擬實驗的重要特點，虛擬實驗的交互性功能為師生互動與人機互動創(chuàng)設(shè)了情境，符合建構(gòu)主義“以學(xué)生為主體”的學(xué)習(xí)觀點。交互的程度要求達到智能化、雙向性即具有自動反饋與評價的功能。根據(jù)行為主義者關(guān)于學(xué)習(xí)的“刺激-反應(yīng)”聯(lián)結(jié)學(xué)說，必要的反饋信息能強化學(xué)生正確的操作，弱化錯誤的操作。

2 高仿真度

仿真性具有沉浸性、構(gòu)想性等特點，使人們能沉浸其中，超越其上，形成具有交互效能多維化的信息環(huán)境。仿真性是虛擬實驗具有強吸引力的重要特征，高仿真度的虛擬系統(tǒng)能為學(xué)習(xí)者創(chuàng)設(shè)虛擬現(xiàn)實的學(xué)習(xí)環(huán)境，符合建構(gòu)主義關(guān)于“教學(xué)情境必須是有利于學(xué)習(xí)者進行意義建構(gòu)學(xué)習(xí)的環(huán)境”的觀點。

三 教育技術(shù)虛擬實驗開發(fā)案例

1 虛擬實驗開發(fā)的技術(shù)

虛擬實驗的實現(xiàn)技術(shù)有3D MAX，VRML，JAVA，QuickTime VR，Cult3D，Viewpoint與Flash等。其中，以Flash最為普及應(yīng)用且容易實現(xiàn)。Flash[3]是基于矢量圖形，流式播放技術(shù)的動畫。以其容量小，顯示質(zhì)量好，播放速度快，簡單易學(xué)等特點，成為眾多虛擬實驗開發(fā)者的首選工具。ActionScript[4]是一種面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言，其語法簡單功能強大，可實現(xiàn)交互與自動化功能。本課題主要應(yīng)用Flash+ActionScript 所開發(fā)而成，滿足了系統(tǒng)開發(fā)的簡易性及系統(tǒng)應(yīng)用的普遍性。

2 硬件設(shè)備虛擬實驗

(1) 多媒體教室操作平臺虛擬實驗

#61599;功能簡介 多媒體教室操作平臺是計算機、投影機，展示臺與音響設(shè)備、中控設(shè)備的綜合與互聯(lián)，在操作使用的過程中要嚴格遵循規(guī)范的操作次序，才對系統(tǒng)起到保護的作用。一般初學(xué)者在對平臺操作不熟煉情況下，很容易造成誤操作，特別是違反常規(guī)的操作次序。多媒體教室平臺虛擬實驗如圖1所示，本系統(tǒng)虛擬了控制面版與投影機，投影屏幕的功能;通過虛擬控制面版，可控制系統(tǒng)電源，投影機，幕簾上升與下降，可播放電腦視頻，并進行電腦屏幕與展示臺投影之間的切換。

#61599;關(guān)鍵技術(shù) 系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)在于控制設(shè)備操作的先后次序功能。即在打開電源之前，讓除了電源按鈕之外的所有控制按鈕不可用，打開電源之后，讓可操作的一部分功能按鈕可用，再通過逐步的提示與操作引導(dǎo)學(xué)習(xí)者嚴格按照規(guī)范的操作次序完成。按鈕的可用性與非可用性可用按鈕的enabled屬性加以控制，當(dāng)enabled=0時，按鈕不可用，enabled=1時，按鈕可用。其控制過程關(guān)鍵代碼如代碼1所示。

代碼1:多媒體教室平臺控制操作次序代碼

onClipEvent (enterFrame) {//以幀頻觸發(fā)該動作

openframe=_root.open_mc._currentframe; //獲取當(dāng)前幀

_root.main.enabled=0; //電源開關(guān)不可用

_root.computer.enabled=0;//計算機按鈕不可用

_root.control.enabled=0;//投影機按鈕不可用

if (openframe==1){ 當(dāng)系統(tǒng)準(zhǔn)備就緒時

_root.main.enabled=1; // 電源開關(guān)可用

_root.main.warn_txt.text=\"請打開電源開關(guān)\"; }

if (openframe==2){ //當(dāng)電源開關(guān)打開時

_root.computer.enabled=1; //計算機按鈕可用

_root.main.warn_txt.text=\"請打開計算機\";}

if (openframe==3){ //當(dāng)計算機按鈕打開時

_root.control.enabled=1; //投影機按鈕可用

_root.main.warn_txt.text=\"請打開投影機\";}

(2) 數(shù)碼相機虛擬實驗

#61599;功能簡介 數(shù)碼相機虛擬實驗針對現(xiàn)有虛擬相機功能簡單、交互性不強等缺點開發(fā)而成。以專業(yè)數(shù)碼相機富士FinePix S5100 / FinePix S5500主要功能為開發(fā)依據(jù)，虛擬了相機的結(jié)構(gòu)原理、安裝及拍攝/回放等功能。重點以AUTO模式/A模式/S模式/M模式/P 模式/回放模式虛擬了不同模式的拍攝效果。其交互性強大、仿真度高并對曝光度/對焦/景深具有自動化處理功能是系統(tǒng)的特點，特別是評價模塊對操作結(jié)果的實時、自動化統(tǒng)計與評價功能，是對系統(tǒng)的優(yōu)化與擴充。

代碼2:數(shù)碼相機虛擬實驗自動評價關(guān)鍵代碼

if (af==3){//如果對焦模式所在幀為3即手動對焦

_parent.cj_mc.cjaf++; //對焦模式正確變量加1

}else{ _parent.cj_mc.cjaf2++;}//否則對焦模式錯誤變量加1

if (bb<4){//如果曝光層所在幀小于4即曝光過度

_parent.cj_mc.cjbggd++;//曝光過度變量加1

}else if (bb>6){ //如果曝光層所在幀小于4即曝光不足

_parent.cj_mc.cjbgbz++;//曝光不足變量加1

} else {_parent.cj_mc.cjbgzc++;}//否則曝光正常變量加1

if (dd>90){//對焦清晰層當(dāng)前透明度大于90

_parent.cj_mc.cjdj++;//對焦正確變量加1

}else{_parent.cj_mc.cjdj2++; }//對焦錯誤變量加1

#61599;關(guān)鍵技術(shù) 系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)在于評價模塊的實現(xiàn)，即在操作過程，學(xué)生可隨時查看拍攝成績，如圖3所示，系統(tǒng)會自動統(tǒng)計出每個步驟即模式設(shè)置/AF對焦模式/對焦結(jié)果正確與錯誤操作的次數(shù)，對曝光度還能計算出曝光正常/過度/不足三種情況的操作次數(shù)。評價模塊的關(guān)鍵代碼如代碼2所示。

3 軟件系統(tǒng)虛擬實驗

(1) windows系統(tǒng)重裝虛擬實驗

#61599;功能簡介 操作系統(tǒng)的管理與維護是計算機初學(xué)者實驗的薄弱環(huán)節(jié)。對于課堂講解，由于系統(tǒng)重裝過程不支持屏幕廣播，而現(xiàn)有的系統(tǒng)重裝教程大部分為視頻格式，缺乏交互功能，無法讓學(xué)習(xí)者真正體驗實踐操作。本系統(tǒng)虛擬了常用操作系統(tǒng)windows xp的重裝過程如圖4所示。主要功能有:CMOS設(shè)置，硬盤的分區(qū)與格式化，系統(tǒng)安裝全過程，包括序列號的輸入與合法性檢測，區(qū)域與語言的設(shè)置，系統(tǒng)時鐘的設(shè)置以及用戶名的創(chuàng)建等。

#61599;關(guān)鍵技術(shù) windows系統(tǒng)重裝虛擬實驗主要利用Flash actionScript 的Key類事件響應(yīng)鍵盤按建，利用動態(tài)文本檢測虛擬序列號輸入，利用事件處理函數(shù)或事件偵聽器進行事件的檢測，如重裝之前按Delete進入CMOS設(shè)置代碼如代碼3所示。

代碼3: 鍵盤響應(yīng)Key類事件

keyListener= new Object(); // 新建事件偵聽器

keyListener.onKeyDown = function() { // 利用偵聽器檢測鍵盤按鍵是否按下

on (release， keyPress \"Delete\") { //如果點擊鼠標(biāo)或按下鍵盤Delete按鍵

CMOS_mc.play(); //播放相應(yīng)的影片剪輯

}Key.addListener(keyListener); //將偵聽器方法賦予Key類

四 虛擬實驗的教學(xué)應(yīng)用效果

1 直接教學(xué)效果

實踐證明，通過對硬件實驗的虛擬，學(xué)生快速地掌握了教育技術(shù)基本硬件的使用、管理和維護，提高了動手能力，養(yǎng)成規(guī)范、科學(xué)的實驗步驟與方法;虛擬數(shù)碼相機不僅有助于理解相機的構(gòu)造原理，而且讓學(xué)生快速地掌握相機基本操作及專業(yè)化功能，體驗交互式的拍攝實踐。通過對操作系統(tǒng)及軟件系統(tǒng)虛擬，使學(xué)生化恐懼心理為學(xué)習(xí)樂趣，激勵學(xué)生以積極的態(tài)度主動參與實踐，增強學(xué)生學(xué)習(xí)的信心。教育技術(shù)虛擬實驗的開發(fā)與應(yīng)用，其網(wǎng)絡(luò)性與共享性使得學(xué)生可以不受時間與空間所限制，實現(xiàn)一人一設(shè)備的虛擬實驗環(huán)境。虛擬設(shè)備不僅節(jié)約購進大量儀器的成本，避免學(xué)生因操作失誤對設(shè)備的損壞，而且激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高實驗教學(xué)效率。

2 延伸的效果與意義

#61599;改變教學(xué)模式 虛擬實驗應(yīng)用于教學(xué)變傳統(tǒng)的“以教促學(xué)”教學(xué)模式為“以學(xué)生為中心”的“自主學(xué)習(xí)”模式，體現(xiàn)建構(gòu)主義強調(diào)“以學(xué)生為中心”的教學(xué)模式的觀點;符合“混合學(xué)習(xí)理論” [4]所強調(diào)的以現(xiàn)代化的先進技術(shù)與傳統(tǒng)的實驗教學(xué)手段相結(jié)合的觀點。

#61599;豐富教學(xué)內(nèi)容 虛擬實驗?zāi)馨殉橄罂菰锏膶嶒炘硪陨鷦有蜗?，接近于現(xiàn)實的形式表現(xiàn)，能幫助學(xué)生理解實驗原理，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與求知欲。并針對不同學(xué)員的個性化學(xué)習(xí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，有針對性地因材施教。

#61599;促進教學(xué)雙向互動 虛擬實驗的“交互功能”實現(xiàn)教師與學(xué)生之間的全方位的、能動性的實時交互，得到及時的反饋或請求幫助，示范等。

#61599;節(jié)省教育投資 虛擬實驗徹底打破時空限制，節(jié)省教育投資，避免真實實驗或操作所帶來的各種危險，彌補傳統(tǒng)實驗條件的不足;虛擬資源得到廣泛的共享，形成跨城市、跨地區(qū)的分布式教育資源網(wǎng)。可解決跨區(qū)域師資優(yōu)化組合的問題，實現(xiàn)名師優(yōu)課共享。

五 結(jié)束語

教育技術(shù)交互式虛擬實驗的開發(fā)，解決了虛擬實驗在教學(xué)中應(yīng)用的通用性，結(jié)合教育技術(shù)學(xué)科特點，實現(xiàn)了強交互性與高仿真度的功能。本文研究探討的只是幾個典型案例，但教育技術(shù)專業(yè)的虛擬實驗還有很多需要我們繼續(xù)研究與開發(fā)，如虛擬攝像機、虛擬音響工程、虛擬算法、虛擬模擬電路與數(shù)字電路技術(shù)等。虛擬實驗應(yīng)用于教育技術(shù)實驗教學(xué)，有利于加強師范生及教育技術(shù)專業(yè)實踐技能的培養(yǎng)。虛擬實驗的發(fā)展也是教育技術(shù)學(xué)科不斷完善與發(fā)展的需要。

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Research and Develop Interactive Virtual Experiments of Instructional Technology Specialty

SU Yang-na

(Department of Education，HanShan Normal University，Chaozhou，Guangdong，521041，China)

Abstract: Based on the situation of instructional technology experiment and the problems exist in virtual experiment at present， advance the importance of developing instructional technology experiment system. For the goal of realizing strong interaction and high emulation， with the classical cases of virtual hardware of multimedia classroom operated platform and the virtual digital cameral， and the virtual software of windows system setup， discuss the functions and key technologies of realizing the instructional technology virtual experiment system， finally summarize the educational effect and significance by experiment instructional practice.

Keywords: Virtual Experiment; Instructional Technology; Multimedia Classroom Operated Platform; Digital Cameral Windows System Setup

編輯:陳墨