王國威+付燕

摘 要：隨著教育部、國家發(fā)展改革委和財(cái)政部在《關(guān)于引導(dǎo)部分地方普通本科高校向應(yīng)用型轉(zhuǎn)變的指導(dǎo)意見》中提出的相關(guān)要求，地方性新建本科院校面臨著轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要任務(wù)。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí);轉(zhuǎn)型發(fā)展;大學(xué)物理;教學(xué);演示實(shí)驗(yàn)

對于地方性新建本科院校，轉(zhuǎn)型發(fā)展既是響應(yīng)國家政策，同時(shí)也是自身前進(jìn)發(fā)展的唯一出路?；谵D(zhuǎn)型發(fā)展的時(shí)代背景，誕生于上個(gè)世紀(jì)60年代的VR技術(shù)，在近10年隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，在越來越多的領(lǐng)域，特別是高校教育教學(xué)領(lǐng)域得到了推廣應(yīng)用。

一、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

在發(fā)達(dá)國家，VR技術(shù)在教育領(lǐng)域中已得到了廣泛的應(yīng)用。VR技術(shù)誕生于上個(gè)世紀(jì)60年代。1985年，美國國立醫(yī)學(xué)圖書館就開始人體解剖圖像數(shù)字化研究，并利用虛擬人體開展虛擬解剖學(xué)、虛擬放射學(xué)及虛擬內(nèi)窺鏡學(xué)等學(xué)科的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué);1992年，馬克·英格里伯格和洛賓·比得迪提合作創(chuàng)建了一個(gè)虛擬物理實(shí)驗(yàn)室;1995年，在Internet上出現(xiàn)了“虛擬青蛙解剖”虛擬實(shí)驗(yàn)，“實(shí)驗(yàn)者”在網(wǎng)絡(luò)上互相交流、發(fā)表自己的見解，甚至可以在屏幕上親自動(dòng)手進(jìn)行解剖，用虛擬手術(shù)刀一層層地分離青蛙，觀察它的肌肉和骨骼組織，與真正的解剖實(shí)驗(yàn)幾乎一樣，瀏覽者還能任意調(diào)整觀察角度、縮放圖像。

在國內(nèi)，VR技術(shù)在高校的應(yīng)用范圍還不是很廣泛，目前處于領(lǐng)先地位的國家級虛擬現(xiàn)實(shí)仿真實(shí)驗(yàn)室主要集中在清華大學(xué)、浙江大學(xué)、北京大學(xué)、上海交通大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)等知名高校。

二、VR技術(shù)給《大學(xué)物理》教學(xué)帶來的好處

在高校教育領(lǐng)域，虛擬現(xiàn)實(shí)仿真實(shí)驗(yàn)室依托虛擬現(xiàn)實(shí)與多媒體技術(shù)，結(jié)合多種互動(dòng)硬件設(shè)施，積極探索《大學(xué)物理》課程內(nèi)容建設(shè)、教學(xué)環(huán)境、教學(xué)手段與虛擬互動(dòng)平臺(tái)的搭建，通過VR技術(shù)與傳統(tǒng)教學(xué)資源的整合，對傳統(tǒng)“填鴨式”教學(xué)模式進(jìn)行改革、創(chuàng)新，對《大學(xué)物理》教學(xué)中遇到的難理解、難觀測、長時(shí)耗、高能耗、不可逆、高輻射等教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行多視角觀測，不斷豐富和完善轉(zhuǎn)型發(fā)展背景下高校《大學(xué)物理》課程內(nèi)涵，提升教學(xué)質(zhì)量。

VR技術(shù)在《大學(xué)物理》課程教學(xué)中的應(yīng)用，可以徹底打破空間和時(shí)間的限制。小到原子粒子，大至宇宙天體，學(xué)生都可以很直觀地仔細(xì)觀察其外觀、形狀、內(nèi)部空間、結(jié)構(gòu)等。而且，一些需要長耗時(shí)、高污染、高輻射的教學(xué)內(nèi)容，通過VR技術(shù)，可以在短時(shí)間、零污染、無輻射的條件下呈現(xiàn)給學(xué)生觀察。采用VR技術(shù)進(jìn)行教學(xué)，學(xué)校可以減少許多價(jià)格昂貴、不可逆、高危害性的實(shí)驗(yàn)配置，VR技術(shù)所用的儀器設(shè)備、原材料可以利用相關(guān)軟件進(jìn)行自動(dòng)復(fù)原，并且能夠無限使用，這樣就讓學(xué)校大大節(jié)約了成本，降低了開支。

VR技術(shù)應(yīng)用在《大學(xué)物理》教學(xué)中，具備安全便捷、創(chuàng)新發(fā)展的特點(diǎn)。目前國內(nèi)很多高校的虛擬現(xiàn)實(shí)仿真實(shí)驗(yàn)室大多借助于三維虛擬仿真平臺(tái)DVS3D系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以直接實(shí)時(shí)獲取多種3D數(shù)據(jù)內(nèi)容，可以自由的搭建3D虛擬場景，并且結(jié)合3D立體沉浸式投影、3D-LED系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔和交互設(shè)備來實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)的沉浸性和交互性，具備協(xié)同設(shè)計(jì)、可視管理、實(shí)時(shí)交互等特點(diǎn)。教師在教學(xué)的時(shí)候，可以通過演示實(shí)驗(yàn)或者是現(xiàn)場交互體驗(yàn)來展開教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生能夠在虛擬的學(xué)習(xí)環(huán)境中扮演一個(gè)角色，全身心地投入到學(xué)習(xí)環(huán)境中去，這非常有利于學(xué)生的技能訓(xùn)練。

根據(jù)VR的高度可控性與真實(shí)體驗(yàn)，以學(xué)生為本，開展針對性強(qiáng)、個(gè)性化突出的教學(xué)策略和教學(xué)活動(dòng)，因材施教。以互動(dòng)開放式教學(xué)策略取代單向的灌輸式教學(xué)方式，采取研究性學(xué)習(xí)、任務(wù)驅(qū)動(dòng)等多種教學(xué)設(shè)計(jì)，有助于激發(fā)學(xué)生探索求知的欲望，又保持了教育的多樣化。

三、利用VR技術(shù)開展《大學(xué)物理》課程教學(xué)的具體案例

（一）斯特恩-蓋拉赫虛擬仿真實(shí)驗(yàn)

該實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容采用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件，測量不同原子的原子磁矩。在具體的實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)定時(shí)，可以設(shè)定原子種類、磁場B、狹縫寬度d等參數(shù)，通過測量原子通過不均勻磁場的偏轉(zhuǎn)得出原子磁矩M。

（二）氣體分子碰撞虛擬仿真實(shí)驗(yàn)

該實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容通過改變分子束的參與，根據(jù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)研究相同速率的兩束分子在2D密閉容器中對碰，速度分布何時(shí)才能趨近麥克斯韋分布。在具體實(shí)驗(yàn)操作時(shí)，可以設(shè)定分子束的參數(shù)，測量容器中分子從單一速率分布到麥克斯韋分布所需的時(shí)間。

四、結(jié) 語

在高校教育領(lǐng)域，VR技術(shù)具有廣泛的作用和影響：親身去經(jīng)歷、去感受比空洞抽象的說教更具說服力;主動(dòng)地去交互與被動(dòng)的觀看，更具感染力?？萍嫉倪M(jìn)步，嶄新的技術(shù)，會(huì)給我們帶來全新的教育理念、思維，解決我們以前無法解決的問題，將給轉(zhuǎn)型發(fā)展期的本科高校教育帶來一系列的重大變革。

參考文獻(xiàn)：

[1]尹玉亮， 李培珍， 康與云. 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其應(yīng)用現(xiàn)狀[J]， 計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)， 2007， （26）， 73.

[1]孫倩娜. 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展及其在教育中的應(yīng)用[J]， 科技信息， 2009， （32）：233.