李 峰

(東北石油大學(xué)，河北 秦皇島 066004)

“互聯(lián)網(wǎng)+”模式下基于VR技術(shù)的實踐教學(xué)研究

李 峰

(東北石油大學(xué)，河北 秦皇島 066004)

在“互聯(lián)網(wǎng)+”模式下利用移動智能終端實現(xiàn)現(xiàn)實中的事物與虛擬物體完美融合，通過現(xiàn)實與虛擬相結(jié)合的微機(jī)組裝實驗，使學(xué)生不受到時間與空間的限制，隨時隨地可以通過智能移動終端進(jìn)行實驗學(xué)習(xí)來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、動手能力，減少計算機(jī)貴重硬件的浪費(fèi)，使用VR技術(shù)進(jìn)行實踐教學(xué)深受學(xué)習(xí)者喜愛。

互聯(lián)網(wǎng)+；VR；實踐教學(xué)

目前，增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)作為近年來剛剛興起的熱門技術(shù)之一，已經(jīng)逐漸的走進(jìn)了人們的生活，特別是“互聯(lián)網(wǎng)+”的概念與思想越來越融入社會的各行各業(yè)，“互聯(lián)網(wǎng)+教育=智慧教育”這一觀點得到了社會的普遍認(rèn)同，大學(xué)生在QQ、微信中談?wù)搶W(xué)習(xí)問題已經(jīng)不是什么新鮮的內(nèi)容。隨著智能移動終端的普及，利用互聯(lián)網(wǎng)高效、方便、快捷的特點學(xué)習(xí)已經(jīng)成為當(dāng)代大學(xué)生的一項基本技能，傳統(tǒng)教育所無法比擬的優(yōu)點逐漸在“互聯(lián)網(wǎng)+教育”當(dāng)中體現(xiàn)出來。教育界正在緩緩醞釀著一場信息化顛覆性的變革。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

根據(jù)被視為教育信息化建設(shè)與發(fā)展的風(fēng)向標(biāo)《國際教育信息化地平線報告》預(yù)測，近兩三年來能夠?qū)虒W(xué)和創(chuàng)造性研究產(chǎn)生重要推動作用的六項主流應(yīng)用信息技術(shù)中，移動應(yīng)用、增強(qiáng)現(xiàn)實、3D打印等占據(jù)主要部分。英國的開放大學(xué)開放科學(xué)實驗室已經(jīng)實現(xiàn)了線上實驗功能，學(xué)生下載實驗所需虛擬的儀器硬件后即可進(jìn)行線上實驗。印度甘露大學(xué)的在線實驗室(OnLineAabs)也已經(jīng)為印度大學(xué)生提供網(wǎng)上虛擬實驗功能。美國耶魯大學(xué)教師正在通過Ipad等移動智能終端為學(xué)生講授實驗操作課程。英國開發(fā)大學(xué)從2006年開始就開展了基于互聯(lián)網(wǎng)的三維虛擬世界“第二人生”的教學(xué)活動。加拿大維多利亞大學(xué)建設(shè)了3D實驗室和人類學(xué)創(chuàng)客實驗室也是配備了各種基于增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)的軟、硬件。

我國在《國家中長期教育和改革發(fā)展剛要2010—2020》中明確指出要大力發(fā)展虛擬實驗室，用虛擬實驗教學(xué)彌補(bǔ)真實實驗、訓(xùn)練中所存在的高污染、高風(fēng)險、高損耗、長周期等諸多問題。建立一所科研虛擬實驗室是目前國內(nèi)許多高校努力的目標(biāo)。僅2014年就有大連理工大學(xué)、廈門大學(xué)、武漢理工大學(xué)、山東建筑大學(xué)等十余所高校及科研機(jī)構(gòu)申請建設(shè)國家級虛擬仿真實驗室。虛擬仿真技術(shù)在我國也有十余年的發(fā)展歷程，虛擬仿真實驗室案例有很多，例如清華大學(xué)的“電力系統(tǒng)及大型發(fā)電設(shè)備安全控制和仿真”實驗室。隨著“增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)”與“互聯(lián)網(wǎng)+”的發(fā)展，也有一些相關(guān)機(jī)構(gòu)對教育應(yīng)用有所開發(fā)，但大多應(yīng)用于中小學(xué)教育，基于“互聯(lián)網(wǎng)+增強(qiáng)現(xiàn)實”技術(shù)的硬件虛擬實驗室目前尚無案例可循。

2 VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)技術(shù)現(xiàn)狀分析

VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)起源于美國，第一個虛擬設(shè)備為“全傳感仿真器”，是由Morton Heiling 于1962制造。該仿真器的主要作用是對人騎車通過紐約所產(chǎn)生的感受，包括風(fēng)、路面顛簸甚至方向等。隨后，VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)高速發(fā)展。在我國，盡管VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)起步晚，但發(fā)展迅速。譬如，以北京航空航天大學(xué)為代表的學(xué)院派，在VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)的接口部分、硬件部分、算法及實現(xiàn)部分，均取得長足進(jìn)步。目前我國已可以基于分析事物的物理特性設(shè)計分布式虛擬環(huán)境，可以合成特定人臉圖像、表情、唇動等。我國的國家光盤工程研究中心，基于布達(dá)拉宮，提出了Quick Time技術(shù)，在此基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了大全景虛擬現(xiàn)實的制作。以騰訊、樂視為代表的公司，在VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)方面也取得了很大的發(fā)展，在體感輸入、觸覺反饋、VR一體機(jī)等都取得了極大發(fā)展，并有部分產(chǎn)品已投入市場應(yīng)用。

盡管VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)在技術(shù)方面取得了很大的發(fā)展，但還存在很多問題，包括：VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，現(xiàn)有的技術(shù)容易造成使用者的疲勞感，VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)的輸入方面還沒有解決等。針對目前VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)存在的問題，未來的技術(shù)必將朝著技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一化、技術(shù)應(yīng)用輕松化，技術(shù)輸入可行化等方向發(fā)展。此外，為滿足社會發(fā)展需要，VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)將會遵循低成本、高性能的發(fā)展準(zhǔn)則進(jìn)行發(fā)展，譬如：動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)、大型網(wǎng)絡(luò)分布式虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究及應(yīng)用、智能化人機(jī)交互設(shè)備研制等研制。

VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)，在某種意義上可以改變?nèi)藗兊乃季S模式以及生活方式，其屬于新型的技術(shù)，應(yīng)用前景極為廣闊。VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以通過與Internet技術(shù)結(jié)合，建立真正的遠(yuǎn)程教室、開放性大學(xué)，促使教育產(chǎn)生翻天覆地的改變。

3 VR技術(shù)在實踐教學(xué)中的應(yīng)用

現(xiàn)如今，我國大學(xué)生的理論學(xué)習(xí)能力普遍較強(qiáng)，而實際動手操作能力卻與國外大學(xué)生有很大的差距。產(chǎn)生這個問題的原因一方面是受到我國教育體制的影響，另一方面也是因為在大學(xué)中，大多數(shù)需要實際動手操作的實驗受到了客觀條件的限制。上述第二點原因在大學(xué)的硬件試驗中體現(xiàn)的尤為突出。以計算機(jī)硬件實驗為例，微機(jī)的硬件組裝是《計算機(jī)安裝與維護(hù)》這門課中核心的組成部分，是學(xué)生在大學(xué)學(xué)習(xí)中難得的親自動手組裝計算機(jī)的機(jī)會。但由于這項操作技術(shù)要求較高，計算機(jī)硬件價格又比較昂貴，盡管教師在實驗課之前講得非常仔細(xì)，在學(xué)生親自動手操作的過程中也難免造成各種損壞。而且我國部分高校還沒有專門的微機(jī)組裝與維護(hù)實驗室，大部分高校所具備的實驗室也都是使用一些淘汰過時的舊計算機(jī)供學(xué)生做拆裝實驗，即使這樣也不能做到實驗學(xué)生人手一臺計算機(jī)，更不用提機(jī)器硬件能夠完好無損正常運(yùn)行。

基于上述，課題組以互聯(lián)網(wǎng)+教育為指導(dǎo)思想，依靠增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)與移動互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，從解決實際問題的角度出發(fā)，以“微機(jī)組裝與維護(hù)虛擬實驗室”建設(shè)為例，利用移動互聯(lián)網(wǎng)與增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)相結(jié)合，提出了《“互聯(lián)網(wǎng)+”模式下基于VR技術(shù)的實踐教學(xué)研究》這一課題，目前移動互聯(lián)網(wǎng)+增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于虛擬實驗室建設(shè)在國內(nèi)外尚處于起步階段，在各種數(shù)據(jù)庫當(dāng)中也很難查找到同類科研項目的相關(guān)論文和材料，更沒有現(xiàn)成的實例以供課題組參考。這是一個計算機(jī)技術(shù)的新領(lǐng)域，通過對該項目的研究有助于我們在當(dāng)前信息社會的新環(huán)境下對基于“互聯(lián)網(wǎng)+教育”方面有更加深刻的認(rèn)識，為一種全新的教育方式提供經(jīng)驗和參考，具有較高的社會價值與經(jīng)濟(jì)價值，值得人們投入精力去研究探索，以便以后滲透到其他的各個領(lǐng)域當(dāng)中。

在計算機(jī)實訓(xùn)實驗中，可以由VR 技術(shù)生成適用于進(jìn)行虛擬現(xiàn)實實驗的系統(tǒng)，包括有關(guān)的實驗儀器設(shè)備、實驗環(huán)境、實驗對象以及實驗信息等資源。進(jìn)行實驗時，根據(jù)現(xiàn)實環(huán)境中需要的設(shè)備，通過VR 環(huán)境中完成器件的選擇，完成實訓(xùn)要求。這樣既能真實的反映計算機(jī)組裝現(xiàn)場操作，也能達(dá)到教學(xué)目的和節(jié)約購買設(shè)備的資金。通過VR 技術(shù)實現(xiàn)“模擬”實訓(xùn)，不僅縮短了實驗的時間，學(xué)生也能獲得直觀、真實的效果。為后期進(jìn)行真實設(shè)備操作做好鋪墊，做到虛實結(jié)合，提高教學(xué)效果。

4 結(jié)語

“移動互聯(lián)網(wǎng)+增強(qiáng)現(xiàn)實”的教育模式可以推廣到其他教學(xué)實驗領(lǐng)域，如石油、地質(zhì)、旅游、機(jī)械等。更可以將其延伸到其他領(lǐng)域，如能源、醫(yī)療、軍工、機(jī)械制造等都可以采用此模式進(jìn)行快捷、高效的增強(qiáng)現(xiàn)實仿真操作，以創(chuàng)造出更大的經(jīng)濟(jì)效益與社會價值。

[1] 陳超良.芻議VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)[J].電子技術(shù)與軟件工程，2016，(16)：22-23.

[2] 郭曉紅.將虛擬現(xiàn)實技術(shù)用于微機(jī)原理實驗教學(xué)[J].山西電子技術(shù)，2016，(04)：56-58.

[3] 李方正，劉春英.基于VR-Platform的虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教學(xué)中應(yīng)用[J].科技信息，2012，(09)：186-187.

Practical teaching research under the mode of “Internet+” based on VR technology

LI Feng

(Northeast University of Petroleum, Qinhuangdao 066004, China)

To achieve the perfect fusion of reality of things and virtual objects by the use of mobile intelligent terminal in the “Internet+” mode, through the combination of reality and virtual computer assembly experiments, so that students are not subject to time and space constraints. Intelligent mobile terminal can be used anytime and anywhere to improve students′ interest in learning, practical ability so as to reduce the waste of expensive hardware. The use of VR technology for practical teaching is popular among students.

Internet+; VR; Practice teaching

2016-09-17

課題項目：2016年度黑龍江省教育科學(xué)規(guī)劃課題(GJC1316046)成果

李峰(1981-)，男，副教授。

G712

B

1674-8646(2016)24-0100-02