劉博宇 黃敏 李森林

摘要：隨著虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)的發(fā)展，其在高校計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)中得到應(yīng)用。本文簡(jiǎn)要分析了不同教學(xué)模式的利弊，并給出了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)硬件設(shè)施以及相關(guān)技術(shù)和虛擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景。最后總結(jié)了虛擬實(shí)驗(yàn)在計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用方法。

關(guān)鍵詞：虛擬實(shí)驗(yàn);教學(xué)模式;計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)

中圖分類號(hào)：G434? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）19-0180-02

隨著信息時(shí)代的到來(lái)，互聯(lián)網(wǎng)+教育的教學(xué)模式的出現(xiàn)日益影響著高校的教育教學(xué)方式，并逐漸改變高校教師的教學(xué)理念和學(xué)生獲取信息的渠道。其中虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)給高校的計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)注入了新的活力和動(dòng)力，虛擬實(shí)驗(yàn)把計(jì)算機(jī)中的虛擬技術(shù)和現(xiàn)實(shí)中的計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，這對(duì)于提高教學(xué)效果和改善教學(xué)質(zhì)量都起到很大作用，并進(jìn)一步促進(jìn)了大學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新精神，符合高校教育中的信息化教學(xué)的要求。

1 不同教學(xué)模式

1.1傳統(tǒng)教學(xué)模式

教學(xué)模式是在一定教學(xué)思想或教學(xué)理論指導(dǎo)下建立起來(lái)的較為穩(wěn)定的教學(xué)活動(dòng)結(jié)構(gòu)框架和活動(dòng)程序。傳統(tǒng)的教學(xué)模式是一種以老師、書本和課堂為中心的教學(xué)模式。往往形成了老師單向灌輸、學(xué)生被動(dòng)接受的局面，使得認(rèn)知主體的學(xué)生在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中始終處于被動(dòng)地接受知識(shí)的地位，學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性被忽視。這與現(xiàn)代社會(huì)對(duì)人才培養(yǎng)的要求是不相符合的，這種模式擔(dān)負(fù)不了培養(yǎng)高素質(zhì)的創(chuàng)造性人才的重?fù)?dān)，因此，改變傳統(tǒng)教學(xué)模式，打造適應(yīng)新課改要求的高效模式勢(shì)在必行。

1.2 VR虛擬教學(xué)模式

隨著計(jì)算機(jī)各種相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，尤其網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和VR技術(shù)的發(fā)展，為教育模式的改變提供了技術(shù)支持。 VR技術(shù)在教育方面，有著無(wú)可限量的潛力，在VR虛擬教室中，VR技術(shù)不僅可以在基于傳統(tǒng)的教育模式上的改變發(fā)揮著重要的作用，還可以通過(guò)VR技術(shù)的本身特性，增加新的教學(xué)模式，通過(guò)虛擬教室教學(xué)，VR技術(shù)可以提供豐富的教學(xué)器材，適合教學(xué)課程的場(chǎng)景，以及先進(jìn)的教學(xué)課件，充分的提高了教學(xué)的豐富性，也激發(fā)了學(xué)生們對(duì)于學(xué)習(xí)的興趣，這對(duì)于創(chuàng)新式教育有著很大的幫助。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

2.1簡(jiǎn)介

VR技術(shù)作為計(jì)算機(jī)研究的一個(gè)新的研究分支，主要包括傳感器、仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人工智能技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)術(shù)等[1]。其中傳感技術(shù)是VR實(shí)驗(yàn)的重要組成部分，常見(jiàn)的設(shè)備VR一體機(jī)中，采用頭部追蹤和眼球追蹤相結(jié)合為基礎(chǔ)條件，配以各種傳感器、鏡片以及屏幕讓人有著身臨其境的體驗(yàn)。其中重力傳感、磁場(chǎng)傳感、光距離傳感、溫度傳感是一個(gè)基本的視覺(jué)沉浸感。再加以揚(yáng)聲器制造的3D音效，更能讓人感覺(jué)到虛擬環(huán)境的真實(shí)感。視覺(jué)與音效體驗(yàn)相結(jié)合制造的虛擬環(huán)境，交互性強(qiáng)且自然程度高。

2.2虛擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是利用各種技術(shù)集成生成一種逼真的虛擬環(huán)境[2];虛擬實(shí)驗(yàn)是利用虛擬技術(shù)使得人能夠與虛擬環(huán)境進(jìn)行互動(dòng)，并對(duì)虛擬對(duì)象進(jìn)行感知操控。在虛擬實(shí)驗(yàn)中，用戶能夠通過(guò)虛擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息、軟件以及設(shè)備等資源的共享和互動(dòng)操作，提高了設(shè)備利用率和用戶自主性。

計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)的虛擬實(shí)驗(yàn)建設(shè)主要包括：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器設(shè)備、虛擬終端、虛擬實(shí)驗(yàn)管理等子系統(tǒng)。在實(shí)踐教學(xué)中用戶可以利用終端，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)站點(diǎn)的訪問(wèn)，選擇實(shí)驗(yàn)環(huán)境和設(shè)備、配置參數(shù)、啟動(dòng)虛擬環(huán)境，完成對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的操作。實(shí)驗(yàn)完成后，再通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)將實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)反饋給用戶?；谔摂M現(xiàn)實(shí)的虛擬實(shí)驗(yàn)具有較強(qiáng)的交互性，虛擬主機(jī)通過(guò)分時(shí)系統(tǒng)完成對(duì)用戶的及時(shí)響應(yīng)。虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的模塊可分選取實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)環(huán)境、操作實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告與評(píng)估、實(shí)驗(yàn)跟蹤與反饋和成績(jī)統(tǒng)計(jì)等。下面就實(shí)驗(yàn)報(bào)告子模塊展開(kāi)闡述（其他雷同不再闡述），進(jìn)入實(shí)驗(yàn)報(bào)告模塊，教師和學(xué)生皆可以完成不同的任務(wù)。由于師生權(quán)限原因，教師用戶所能查看實(shí)驗(yàn)任務(wù)可分為已完成與未完成兩類，教師發(fā)布實(shí)驗(yàn)任務(wù)前可以根據(jù)知識(shí)點(diǎn)對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行分點(diǎn)要求通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)發(fā)布于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，在學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)后教師能夠在虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)完成情況有一個(gè)完整的了解（如：完成時(shí)間，具體方式）從中進(jìn)行對(duì)學(xué)生加以指導(dǎo)，學(xué)生登錄后利用該模塊可以查看自己的學(xué)習(xí)記錄如圖1所示，可以在記錄中獲得教師的細(xì)節(jié)指導(dǎo)（分點(diǎn)要求的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程），并能夠查看實(shí)驗(yàn)報(bào)告或下載以及啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行修改，與其余模塊聯(lián)動(dòng)呈現(xiàn)更好的實(shí)驗(yàn)反饋促進(jìn)學(xué)習(xí)。

3 虛擬實(shí)驗(yàn)在實(shí)踐教學(xué)中應(yīng)用

下面從虛擬實(shí)驗(yàn)角度，對(duì)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用方法進(jìn)行分析探究。

3.1 用虛擬實(shí)驗(yàn)理念改善計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)模式

基于虛擬實(shí)驗(yàn)的計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)已經(jīng)得到高校教育管理部門和二級(jí)教學(xué)單位的高度重視。主要有以下原因：1）虛擬技術(shù)有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和促進(jìn)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解和認(rèn)識(shí)。2）虛擬技術(shù)方便教師利用網(wǎng)絡(luò)資源例題來(lái)講解實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，有助于學(xué)生充分認(rèn)識(shí)和理解計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)的操作過(guò)程和具體步驟，保證了實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)課程的教學(xué)效果。通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中有條不紊、嚴(yán)謹(jǐn)、一點(diǎn)點(diǎn)的深入開(kāi)展實(shí)驗(yàn)和有目標(biāo)學(xué)習(xí)，能全面培養(yǎng)學(xué)生的自我學(xué)習(xí)意識(shí)、創(chuàng)新思維和計(jì)算機(jī)實(shí)踐操作能力。

3.2 充分利用好虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，促進(jìn)計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)效果

目前高校在虛擬實(shí)驗(yàn)的建設(shè)中，投入巨大，比如我校建立了云服務(wù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)大大緩解了高校計(jì)算機(jī)部分實(shí)驗(yàn)開(kāi)設(shè)的瓶頸，如網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)驗(yàn)、大數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)等，這些實(shí)驗(yàn)需要建立在虛擬的空間上才能很好地模擬完成，開(kāi)展云服務(wù)網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)突破了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)對(duì)“時(shí)、空”的限制，從根本上改變了實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)的方式方法[3]，老師可以自由選擇時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)備課，學(xué)生也可以自由選擇時(shí)間進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)操作，隨時(shí)隨地上網(wǎng)能很好解決學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課堂完成的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，課下去完成。虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境的建設(shè)對(duì)老師布置實(shí)驗(yàn)和學(xué)生操作實(shí)驗(yàn)提供了一個(gè)開(kāi)放的平臺(tái)，大量實(shí)驗(yàn)內(nèi)容能夠進(jìn)入到實(shí)踐教學(xué)中，這樣可以進(jìn)一步提高學(xué)生的各種能力，如動(dòng)手能力、思維能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)。

4 虛擬實(shí)驗(yàn)的意義

4.1 有助理論理解

虛擬實(shí)驗(yàn)是利用虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)備構(gòu)建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并完成實(shí)驗(yàn)過(guò)程的仿真實(shí)現(xiàn)。具體能讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)之前，通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境熟悉實(shí)驗(yàn)相關(guān)工作，如實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)設(shè)備、參數(shù)配置、實(shí)驗(yàn)具體內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)過(guò)程等，通過(guò)預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)，可以驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)理論推導(dǎo)的準(zhǔn)確性，并能夠完成創(chuàng)新性或設(shè)計(jì)性高質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)遇到的難題，通過(guò)搜集、實(shí)操、測(cè)試等環(huán)節(jié)，讓學(xué)生對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)施有了全新的認(rèn)識(shí)。通過(guò)這些互動(dòng)，無(wú)論對(duì)教學(xué)和科研都具有重要促進(jìn)作用。

4.2 彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)不足

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中，高校學(xué)院根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容購(gòu)買不同的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，費(fèi)用高、使用率低。學(xué)生做實(shí)驗(yàn)受到時(shí)間和空間的限制，不能根據(jù)自身的安排實(shí)時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)實(shí)踐操作，并且實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用故障率高，導(dǎo)致學(xué)生心情郁悶，興趣降低，達(dá)不到實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。而虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境的建立是通過(guò)虛擬VR技術(shù)，完全彌補(bǔ)了以上方面的不足。學(xué)生在使用虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行實(shí)踐操作，根據(jù)操作中的實(shí)際情況如出現(xiàn)配置錯(cuò)誤，可以重復(fù)及時(shí)還原到原始狀態(tài)，能加快實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程，激起學(xué)生實(shí)驗(yàn)的興趣。學(xué)生通過(guò)自我學(xué)習(xí)，解決問(wèn)題的過(guò)程逐漸積累學(xué)習(xí)的信心、積極性和主觀能動(dòng)性。這將有力的激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造精神。

5 結(jié)論

VR技術(shù)的快速發(fā)展，有力地推動(dòng)了其在教育、游戲、購(gòu)物等領(lǐng)域的應(yīng)用?；赩R技術(shù)的虛擬實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)能充分利用計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的特點(diǎn)，構(gòu)建適合計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，從而克服傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)的不足，促進(jìn)教師和學(xué)生在實(shí)踐教學(xué)中的主動(dòng)地位和提高教學(xué)效果，并全面提升學(xué)生的實(shí)踐能動(dòng)性和創(chuàng)新性。

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