黎炫恒

摘要：教育的發(fā)展不僅需要教師和學(xué)生的努力，也需要借助一些新技術(shù)和新媒體的作用來實(shí)現(xiàn)教育自身等發(fā)展。隨著印刷術(shù)和紙的出現(xiàn)以及電視、廣播等傳統(tǒng)媒體的發(fā)展，再到近幾年，計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了蓬勃發(fā)展，這些技術(shù)和媒體的出現(xiàn)為我國(guó)教育領(lǐng)域帶來了巨大的發(fā)展動(dòng)力，推動(dòng)著教育領(lǐng)域的變革。當(dāng)前，隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的出現(xiàn)，這一種新型媒體與教育實(shí)現(xiàn)了較為緊密的結(jié)合，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠?qū)陀^現(xiàn)實(shí)進(jìn)行較為逼真的模擬，來構(gòu)建一個(gè)虛擬的三維立體的學(xué)習(xí)環(huán)境，這對(duì)于教育的方式和效果都具有重要的促進(jìn)作用。

1、虛擬教學(xué)的概念

虛擬教學(xué)是一種在現(xiàn)代人才培養(yǎng)觀的基礎(chǔ)之上，將傳統(tǒng)教學(xué)與信息技術(shù)相結(jié)合的新型教學(xué)模式，是一種人類需要進(jìn)入到虛擬空間中進(jìn)行教育和教學(xué)活動(dòng)的形式。在虛擬教學(xué)中，包括虛擬的教師、教室和實(shí)驗(yàn)室，會(huì)在其中進(jìn)行虛擬的研討等活動(dòng)。在虛擬的環(huán)境中進(jìn)行教與學(xué)的活動(dòng)，都可以成為虛擬教學(xué)。從狹義上來說，虛擬教學(xué)指的就是運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，構(gòu)建出一個(gè)虛擬的學(xué)習(xí)環(huán)境，在這個(gè)虛擬環(huán)境之中，將客觀現(xiàn)實(shí)進(jìn)行再現(xiàn)，從而讓學(xué)生通過逼真的模擬來更多的掌握知識(shí)要點(diǎn)，這樣的教學(xué)形式中，學(xué)生能夠通過自己的視覺和聽覺等感官感受來獲得知識(shí)和信息，逼真的模擬效果更能夠激發(fā)出學(xué)生的興趣和學(xué)習(xí)熱情，不斷調(diào)動(dòng)學(xué)生的創(chuàng)新力和想象力，開拓學(xué)生的新思維。

（1）教師虛擬化。在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，智能Agent 可以作為一個(gè)虛擬教師，并開展虛擬教學(xué)。這一功能具有導(dǎo)航、解惑等功能，能夠幫之學(xué)生通過學(xué)習(xí)來獲得自己需要的各種學(xué)習(xí)資源，從而防止出現(xiàn)學(xué)習(xí)信息過多和資源迷向等現(xiàn)象。

在虛擬教學(xué)的情景中，老師可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)上的教學(xué)資源來解決學(xué)生的問題，同時(shí)也可以對(duì)教學(xué)的課件、教學(xué)方案等運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)資源來進(jìn)行修改與完善，因此虛擬教學(xué)更能夠?qū)崿F(xiàn)較好的因材施教，提高教學(xué)的質(zhì)量。

（2）學(xué)生虛擬化。在這個(gè)虛擬環(huán)境中，學(xué)生不是安排其智力水平、年齡分布來進(jìn)行分班組織，而是按照學(xué)生的個(gè)人需求和要求來進(jìn)行不同團(tuán)體的學(xué)習(xí)。在這一虛擬環(huán)境之中，學(xué)生并不是生物意義上的課堂中的學(xué)生，而是指讓需要獲得學(xué)習(xí)信息和資源的人進(jìn)入到虛擬教學(xué)環(huán)境之中，然后通過其替身來參與到學(xué)習(xí)活動(dòng)之中。

（3）教學(xué)資源虛擬化。在虛擬教學(xué)情景中，教學(xué)資源并不是指的一本專業(yè)書籍、一個(gè)教學(xué)方案和一個(gè)教學(xué)視頻等資源，而是指的一種特殊的資源，比如一個(gè)多媒體的教學(xué)課件、一次虛擬的實(shí)驗(yàn)等等。這些教學(xué)資源是無形與有形、無限與有限的結(jié)合。虛擬的教學(xué)資源能夠解決在實(shí)際教學(xué)過程中面臨的招生規(guī)模擴(kuò)大所導(dǎo)致的教學(xué)資源和教學(xué)設(shè)備緊張等問題和不足。

2、基于虛擬教學(xué)的平臺(tái)設(shè)計(jì)和實(shí)施

要進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)的實(shí)際應(yīng)用案例的開發(fā)和設(shè)計(jì)，首先需要對(duì)于任務(wù)進(jìn)行必要的分析，從而能夠明確任務(wù)的目的和相關(guān)的性能指標(biāo)；然后，需要給系統(tǒng)分配合適的硬件資源，如配上合適的現(xiàn)實(shí)裝備與輸入設(shè)備，選擇適當(dāng)性價(jià)比的虛擬現(xiàn)實(shí)引擎等；再便是建立虛擬資源數(shù)據(jù)庫(kù)，并對(duì)虛擬對(duì)象與虛擬場(chǎng)景加以各種物理特征、運(yùn)動(dòng)約束以及音頻與交互特征等?？煞譃閮蓚€(gè)部分：第一部分提出了一種虛擬教學(xué)的案例，初步設(shè)計(jì)出了這一案例的基本結(jié)構(gòu)，并對(duì)其中的各個(gè)模塊的功能和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析；第二部分是一個(gè)虛擬教學(xué)在課堂應(yīng)用中的實(shí)際案例，并對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)分析。

2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、虛擬教學(xué)環(huán)境平臺(tái)的基本組成

虛擬教學(xué)平臺(tái)采用模塊化可擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，其基本的構(gòu)成包括管理模塊、虛擬教學(xué)與學(xué)習(xí)資源庫(kù)模塊、寫作交流模塊、網(wǎng)上答疑模塊、智能評(píng)價(jià)模塊等。

（1）管理模塊

主要執(zhí)行系統(tǒng)管理和教學(xué)管理。系統(tǒng)管理主要包括注冊(cè)登記、權(quán)限設(shè)置、公告、咨詢等功能，教學(xué)管理主要是對(duì)授課教師基本情況、學(xué)生基本情況、學(xué)習(xí)情況、課程設(shè)置的具體情況進(jìn)行管理。

（2）虛擬教學(xué)資源庫(kù)模塊

要確保虛擬教學(xué)過程的順利進(jìn)行，需要建立一個(gè)資料豐富、查詢方便且快捷的資源庫(kù)。虛擬教學(xué)和學(xué)習(xí)資源庫(kù)的組織結(jié)構(gòu)可采用模塊化方式，以適應(yīng)教學(xué)內(nèi)容不斷拓展的需要。

（3）協(xié)作學(xué)習(xí)模塊

虛擬教學(xué)的一個(gè)突出優(yōu)勢(shì)就是在虛擬教學(xué)的情景之中，能夠?qū)崿F(xiàn)師生之間、學(xué)生之前的實(shí)時(shí)或非實(shí)時(shí)的交互，也可以進(jìn)行對(duì)話與協(xié)作。當(dāng)采用實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)方式時(shí)，教師和學(xué)生以虛擬替身的方式進(jìn)入虛擬情景中，觀看和操作虛擬物體，獲取親身經(jīng)歷的體驗(yàn)，并相互討論和協(xié)作學(xué)習(xí)。

（4）智能評(píng)價(jià)模塊

教學(xué)評(píng)價(jià)對(duì)教學(xué)、學(xué)習(xí)的具體實(shí)施起導(dǎo)向作用，只用建立相應(yīng)的評(píng)價(jià)方式才能更好服務(wù)于教學(xué)。虛擬教學(xué)的評(píng)價(jià)與一般教學(xué)評(píng)價(jià)相比更加困難，評(píng)價(jià)的尺度更為復(fù)雜。

2、虛擬教學(xué)平臺(tái)的技術(shù)分析

（1）平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方案

本平臺(tái)采用了VRML-Java 同步協(xié)調(diào)技術(shù)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為3 層B/S 結(jié)構(gòu)，用了Web，VRML，Java等主要技術(shù)實(shí)現(xiàn)。其中，在客戶端采用VRML 與Java Applet結(jié)合，Web 瀏覽器采用IE 或NetscapeCommunication6.0，VRML 瀏覽器采用CosmoPlay2.1或BS_Contactse VRML 61 等中的任何一款VRML 插件。虛擬單元作為主體部分，提供不同的設(shè)定參數(shù)，以Java Apple 形式運(yùn)行，并通過VRML 編程接口EAI 表現(xiàn)虛擬場(chǎng)景的VRML 瀏覽器通信。VRML 瀏覽器以插件方式實(shí)現(xiàn)，VRML 編程接口EAI 的任務(wù)是連接VRML 瀏覽器合Java Applet，將VRML 瀏覽器插件封裝位Java 類運(yùn)行。服務(wù)器端采用的是Win2000 server 操作系統(tǒng)下的SQL Server2000 來構(gòu)建的。Java 的開發(fā)工具位SLTN 公司的JDK 1.3 和Java3Do Web 服務(wù)器負(fù)責(zé)和瀏覽器建立初始連接，服務(wù)器對(duì)象完成虛擬服務(wù)的功能。

（2）系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

VRML 場(chǎng)景模型的構(gòu)建是平臺(tái)應(yīng)用的基礎(chǔ)。雖然VRML 提供了大量的造型手段，但直接通過VRML 編程來構(gòu)建VRML 場(chǎng)景模型是非常困難的。虛擬教學(xué)平臺(tái)在構(gòu)建時(shí)可采用一些可視化造型軟件，如利用CAD應(yīng)用軟件Pro/E進(jìn)行造型然后輸人到3DMAX中。3DMAX提供了VRML2.0的接口，具有即時(shí)修改和所見即所得的特點(diǎn)，處理方式多樣。在3DMAX中進(jìn)行材質(zhì)、紋理等處理后，輸出為VRML文件，再利用編組節(jié)點(diǎn)Group，Transform把它們按照層次體系組織起來，反映情景的空間結(jié)構(gòu)，構(gòu)成場(chǎng)景圖（Scene Graph）。

3、結(jié)論

對(duì)基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行認(rèn)真的研究工作，可以有效地讓教師與學(xué)生運(yùn)用這個(gè)平臺(tái)提高機(jī)械類學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，還可以對(duì)其它學(xué)科的教學(xué)方法改革提供借鑒。

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