吳 旭

蘇州工業(yè)園區(qū)工業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 蘇州 215123

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)課程學(xué)習(xí)不僅可以通過(guò)圖形和視頻圖像看到遠(yuǎn)方的機(jī)器設(shè)備，通過(guò)動(dòng)畫(huà)來(lái)了解設(shè)備的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作原理，而且學(xué)習(xí)者還想隨心所欲地能夠自己動(dòng)手去觸摸、控制這些設(shè)備，從而增強(qiáng)操作能力，這就需要為這些機(jī)器設(shè)備建立三維模型，要能具有人機(jī)交互的功能。也就是說(shuō)要構(gòu)建—種虛擬設(shè)備的環(huán)境，學(xué)習(xí)者能處身其中，感受到這些虛擬設(shè)備的存在。這就要用到虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。在職業(yè)學(xué)校中，往往有些課程在實(shí)施中成本高，滿(mǎn)足不了學(xué)生反復(fù)觀察和操作的教學(xué)實(shí)訓(xùn)要求，因此在職業(yè)學(xué)校網(wǎng)絡(luò)課程的設(shè)計(jì)中，應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來(lái)構(gòu)建開(kāi)發(fā)虛擬實(shí)驗(yàn)室作為教學(xué)實(shí)訓(xùn)的補(bǔ)充。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是在計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)廣泛應(yīng)用后興起的更高層次的技術(shù)，它充分利用三維圖形生成技術(shù)、多傳感交互技術(shù)及高分辨顯示技術(shù)，形成一個(gè)三維逼真的虛擬環(huán)境，具體地講：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)生成一種模擬環(huán)境，通過(guò)多種傳感設(shè)備使用戶(hù)“投身”到該環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)與該環(huán)境能夠直接進(jìn)行自然交互的技術(shù)。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的主要特點(diǎn)包括以下3個(gè)方面：第一，更加自然的交互性。用戶(hù)對(duì)模擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度（包括實(shí)時(shí)性）更加自然；第二，多重感知性。除了具有一般計(jì)算機(jī)所能有視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)感之外，還有其他一些感知，比如力學(xué)感知、觸覺(jué)感知、運(yùn)動(dòng)感知、甚至包括味覺(jué)感知、嗅覺(jué)感知等。理想的虛擬現(xiàn)實(shí)就是應(yīng)該具有人所具有的所有感知功能；第三，沉浸性。是指用戶(hù)作為虛擬環(huán)境中的一員存在于虛擬環(huán)境之中，即感覺(jué)到身臨其境。理想的模擬環(huán)境應(yīng)該達(dá)到使用戶(hù)難以分辨真假的程度，使得參與者產(chǎn)生一種身臨其境、投入和沉浸其中的感覺(jué)。

從本質(zhì)上說(shuō)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)就是一種先進(jìn)的計(jì)算機(jī)用戶(hù)接口技術(shù)，它通過(guò)給用戶(hù)提供諸如視、聽(tīng)、觸等各種直觀的同時(shí)而又十分自然的具有實(shí)時(shí)感知交互手段，最大限度地方便用戶(hù)的操作。

根據(jù)虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)現(xiàn)的手段，我們可以把虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)分為以下兩大類(lèi)：一是使用專(zhuān)用的硬件設(shè)施來(lái)實(shí)現(xiàn)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，但是由于硬件設(shè)施的價(jià)格昂貴、操作復(fù)雜，因此使用專(zhuān)用硬件的技術(shù)近期不可能普及，只能停留在實(shí)驗(yàn)室或者小范圍試用階段；二是通過(guò)Internet在個(gè)人計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在Internet網(wǎng)上，我們可以應(yīng)用VRML語(yǔ)言、全景環(huán)視技術(shù)、Java語(yǔ)言等技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)，也稱(chēng)網(wǎng)上虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。它是桌面虛擬現(xiàn)實(shí)與Internet相結(jié)合的產(chǎn)物。其優(yōu)點(diǎn)是使用更加簡(jiǎn)單，便于推廣。

2 VRML技術(shù)

眾所周知，World Wide Web是基于HTTP的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和超文本的信息內(nèi)容的基礎(chǔ)上而建立起來(lái)的，HTML語(yǔ)言描述了不同類(lèi)型文本、圖像、聲音、視頻如何進(jìn)行超文本的二維表示格式和方法。HTML是面向二維的，它規(guī)定二維文檔如何表示。但是隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，很多領(lǐng)域都需要突破這種二維限制，以便能夠?qū)崿F(xiàn)環(huán)境與參與者的動(dòng)態(tài)交互功能，于是，一種能夠描述三維文檔表示的語(yǔ)言VRML應(yīng)運(yùn)而生。VRML的出現(xiàn)使得虛擬現(xiàn)實(shí)像多媒體和Internet一樣走進(jìn)了人們的生活，簡(jiǎn)單地說(shuō)，以VRML為基礎(chǔ)的第二代萬(wàn)維網(wǎng)是多媒體、虛擬現(xiàn)實(shí)和因特網(wǎng)技術(shù)之總和。

VRML是一種放的、可擴(kuò)充的三維場(chǎng)景建模語(yǔ)言，它是用來(lái)描述三維物體及其行為的，可以構(gòu)建虛擬境界（Virtual World）。VRML的基本目標(biāo)是建立因特網(wǎng)上的交互式三維多媒體，基本特征包括分布式、三維、交互性、多媒體集成、境界逼真性等。

VRML是面向三維的，它描述的是在World Wide Web上能夠創(chuàng)建出和瀏覽三維的一些場(chǎng)景。由于二維是三維的一個(gè)子集，所以說(shuō)法所有二維對(duì)象都能在三維環(huán)境中輕松地表示出來(lái)。web之父Tim Berners-Lee預(yù)測(cè)，VRML是web的未來(lái)，對(duì)人們來(lái)說(shuō)，沉浸在三維空間之中要比在二維平面上按動(dòng)鼠標(biāo)要自然得多。VRML是以因特網(wǎng)作為應(yīng)用平臺(tái)，利用一定的工具，就可以瀏覽和創(chuàng)作出具有文本、圖像、動(dòng)畫(huà)、聲音、音樂(lè)，甚至視頻的豐富多彩的三維世界?，F(xiàn)在，由于加入了與Java和Javascript程序的接口將支持復(fù)雜的三維動(dòng)畫(huà)、模擬和行為，設(shè)計(jì)者可以引導(dǎo)參觀者在三維空間游覽并把注意力放在感興趣的問(wèn)題上，而不是要強(qiáng)制參觀者做出選擇，就像在現(xiàn)實(shí)世界中，如何去觀察一個(gè)對(duì)象完全是由人們自己做出控制一樣。事實(shí)上，目前采用VRML技術(shù)在很多領(lǐng)域已取得了成功，例如探路者到達(dá)火星后的信息就是利用VRML在網(wǎng)上即時(shí)發(fā)布的，網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)可以以三維方式隨探路者探索火星。

總之，VRML能夠創(chuàng)造出融多媒體、三維圖形、網(wǎng)絡(luò)通信、虛擬現(xiàn)實(shí)為一體的一種新型媒體，兼具先進(jìn)性和普及性。

3 職業(yè)學(xué)校網(wǎng)絡(luò)課程中虛擬實(shí)訓(xùn)室設(shè)計(jì)

熟練的操作技能或現(xiàn)場(chǎng)解決技術(shù)問(wèn)題的能力是職業(yè)學(xué)校網(wǎng)絡(luò)課程內(nèi)容的重心所在。網(wǎng)絡(luò)課程的設(shè)計(jì)應(yīng)該強(qiáng)化學(xué)生職業(yè)能力訓(xùn)練，綜合開(kāi)發(fā)學(xué)生的職業(yè)能力，提高學(xué)生就業(yè)上崗和適應(yīng)職業(yè)變化的能力以及增強(qiáng)課程的靈活性，適應(yīng)行業(yè)和社會(huì)對(duì)應(yīng)用型人才規(guī)格多變的需求。

職業(yè)學(xué)校人才的培養(yǎng)必須要有培訓(xùn)場(chǎng)所（如實(shí)習(xí)車(chē)間、實(shí)習(xí)基地）和實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)設(shè)備。教學(xué)設(shè)施與設(shè)備不僅品種多、數(shù)量大，而且更新快.這勢(shì)必造成職業(yè)技術(shù)教育的投入量大。此外，高價(jià)的現(xiàn)代化設(shè)備（如數(shù)控機(jī)床），也無(wú)法讓學(xué)生有足夠的機(jī)會(huì)來(lái)反復(fù)操練，難以達(dá)到工作崗位業(yè)務(wù)要求的水平。

在職業(yè)學(xué)校網(wǎng)絡(luò)課程的設(shè)計(jì)中，應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建和開(kāi)發(fā)虛擬實(shí)訓(xùn)室成為必然，作為日常教學(xué)實(shí)訓(xùn)的補(bǔ)充。以便能為學(xué)習(xí)者提供真實(shí)的情境或提供實(shí)際操作的模擬，讓學(xué)習(xí)者首先通過(guò)感性認(rèn)識(shí)快速進(jìn)入知識(shí)的學(xué)習(xí)；安排真實(shí)環(huán)境中真實(shí)任務(wù)，讓學(xué)習(xí)者獲得專(zhuān)家所具有的技能。

網(wǎng)絡(luò)課程中虛擬實(shí)訓(xùn)室就是通過(guò)WWW創(chuàng)建一個(gè)可視化三維立體環(huán)境，其中每一個(gè)可視化的三維物體都代表一種試驗(yàn)對(duì)象，通過(guò)鼠標(biāo)點(diǎn)擊等操作，用戶(hù)可以進(jìn)行虛擬控制等操作從而能夠達(dá)到試驗(yàn)和訓(xùn)練目的。

虛擬實(shí)訓(xùn)室的主要優(yōu)點(diǎn)有：一是使用非常方便，無(wú)需回到現(xiàn)實(shí)的實(shí)訓(xùn)室，隨時(shí)隨地只要能上網(wǎng)就可以開(kāi)展訓(xùn)練；二是成本低廉；三是減少干擾，可以避免現(xiàn)實(shí)實(shí)訓(xùn)室中無(wú)關(guān)干擾，比如設(shè)備故障等。四是應(yīng)用廣泛，以網(wǎng)絡(luò)為載體，適應(yīng)性好。

在應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建和開(kāi)發(fā)虛擬實(shí)訓(xùn)室中注意以下問(wèn)題：

1）明確所要操作任務(wù)的目標(biāo)

學(xué)習(xí)者是否能夠明確操作任務(wù)，對(duì)完成的目標(biāo)是否清晰，能否形成符合自己能力水平和任務(wù)難度水平的目標(biāo)，是影響學(xué)習(xí)者操作效率的重要因素。在演示操作之前，應(yīng)向?qū)W習(xí)者介紹并說(shuō)明具體操作任務(wù)的目的或目標(biāo)。

2）操作過(guò)程演示和示范的設(shè)計(jì)

（1）引起學(xué)習(xí)者對(duì)示范操作的注意

要學(xué)習(xí)者掌握所演示的操作，首先要讓學(xué)習(xí)者對(duì)示范內(nèi)容中的關(guān)鍵部分引起注意，在設(shè)計(jì)中可以利用視覺(jué)上明顯的對(duì)比和差異引起注意。另外還應(yīng)該注意堅(jiān)持簡(jiǎn)潔性原則，在畫(huà)面中應(yīng)盡可能刪除無(wú)關(guān)的背景和多余的細(xì)節(jié)。

（2）模擬真實(shí)的任務(wù)情境

要模擬實(shí)際的操作過(guò)程，需要提供真實(shí)的任務(wù)情境，其中包括呈現(xiàn)真實(shí)的操作環(huán)境、操作過(guò)程以及真實(shí)的操作結(jié)果等。

（3）選擇適當(dāng)?shù)拿襟w，清晰示范操作過(guò)程

對(duì)實(shí)際任務(wù)情境以及操作過(guò)程的示范，需要適當(dāng)?shù)拿襟w表現(xiàn)形式。例如，對(duì)計(jì)算機(jī)軟件操作過(guò)程的模擬，主要通過(guò)界面抓圖和Flash動(dòng)畫(huà)結(jié)合的方式來(lái)模擬。

（4）按順序逐一演示操作步驟，同時(shí)給予必要的講解

按照實(shí)際操作的流程或順序進(jìn)行示范，對(duì)每一個(gè)步驟的操作給予適當(dāng)?shù)闹v解，說(shuō)明其要領(lǐng)和注意事項(xiàng)。

（5）適當(dāng)?shù)氖痉端俣群托畔⒘?/p>

操作過(guò)程的示范速度不宜過(guò)快，每次進(jìn)行示范的操作步驟不宜過(guò)多，對(duì)于較難的任務(wù)，可以將整個(gè)操作過(guò)程分為幾個(gè)小部分，依次示范講解。實(shí)際操作過(guò)程中，為了讓學(xué)習(xí)者掌握操作過(guò)程，應(yīng)給予學(xué)習(xí)者控制示范操作速度的權(quán)利，使其可以根據(jù)自身情況選擇上一步操作示范、下一步操作示范以及重復(fù)示范等。

3） 學(xué)習(xí)者模擬操作的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)在學(xué)習(xí)者模擬操作的過(guò)程中，應(yīng)該跟蹤記錄學(xué)習(xí)者每一次交互行為，對(duì)每一次交互行為提供反饋信息，及時(shí)強(qiáng)化學(xué)習(xí)者的操作行為，促使學(xué)習(xí)者掌握正確的操作過(guò)程，消除不正確的操作行為。反饋信息可以是聲音信息、文本信息或動(dòng)畫(huà)等形式。在學(xué)習(xí)者遇到困難時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)及時(shí)為學(xué)習(xí)者提供適當(dāng)?shù)牟僮魈崾净驇椭?。在學(xué)習(xí)者操作錯(cuò)誤的地方，再提供適當(dāng)?shù)闹v解。

[1]武法提.國(guó)外網(wǎng)絡(luò)教育的研究與發(fā)展.北京：北京師范大學(xué)出版社，2003.

[2]李克東.教育技術(shù)學(xué)研究方法.北京師范大學(xué)出版，2002.

[3]祝智庭.現(xiàn)代教育技術(shù)一走進(jìn)信息化教育.高等教育出版社.