涂偉滬

摘要：隨著科技進步和教育發(fā)展，現(xiàn)代教育技術中虛擬實驗系統(tǒng)虛擬應用前景廣闊。實驗系統(tǒng)是現(xiàn)代教育技術和實踐教學結合的產物，本文主要闡述了現(xiàn)代教育技術虛擬實驗系統(tǒng)的開發(fā)與設計，重點在于對、教學設計目標、系統(tǒng)內容構成及其關鍵技術進行分析討論，以供參考。

關鍵詞：網(wǎng)絡 現(xiàn)代教育技術 虛擬實驗系統(tǒng)

現(xiàn)代教育技術是指通過采用先進的信息技術融合現(xiàn)代教育理論，將教學中的資源進行設計、管理應用等，達到對教學理論與實踐優(yōu)化的目的?，F(xiàn)代教育技術課程屬于學生數(shù)量較多的公共課程，首先現(xiàn)有條件的局限，無法滿足所有學生的實踐需求，因此其在理論與實踐方面相對不平衡。本文中所討論的虛擬實驗系統(tǒng)是以VRML技術為基礎，構建出逼真的桌面是現(xiàn)代教育技術虛擬實驗系統(tǒng)，從而提供給學生生動的學習環(huán)境。實驗者通過虛擬設備鏈接便可以置身虛擬環(huán)境當中，通過對瀏覽器插件的功能按鈕進行交互來達到對整個實驗環(huán)境的操作。虛擬實驗教學，能夠實現(xiàn)對教學中實踐性不足的彌補。

一、現(xiàn)代教育技術虛擬實驗系統(tǒng)教學設計目標

本文所討論的虛擬實驗系統(tǒng)的開發(fā)與使用僅限于PC端使用，技術主要涉及VRML、JAVA、ASP等。本文中所提及的虛擬實驗系統(tǒng)的教學設計的目的在于幫助學生掌握實驗技能，因此要體現(xiàn)學生的主體地位，讓學生能夠充分地動作操作，以理解和掌握學習內容;要考慮課程的特征，設計交互性操作，使實驗者有更多的操作空間;要對課程的內容進行設計，現(xiàn)代教育技術課程包含了多方面的知識，設計時難以將所有內容在虛擬實驗室中進行體現(xiàn)，因而在設計中要進行側重，將重點放在關鍵的原理及技能技巧方面，而其他內容通過其他形式進行補充。

虛擬實驗設計方案需要基于當前現(xiàn)有的虛擬實驗設計進行設計，并將現(xiàn)代教育技術的課程內容融入其中，根據(jù)需要設計出相應的場景。場景要注重寫實性，使實驗者盡可能體驗到真實實驗場景，能夠運用操作交互進行實驗學習，并增強其體驗感。一方面是體驗虛擬現(xiàn)實技術的先進與神奇之處，另一方面能通過這樣的技術打破線下學習的局限性，拓展學習空間。學生在學習過程中不用受時間和空間的限制，通過數(shù)據(jù)共享獲取信息，充分發(fā)揮主觀能動性，達到自主學習，自主制定學習進程的目的，提高學習效率。

二、現(xiàn)代教育技術虛擬實驗系統(tǒng)內容結構

本文所述的虛擬實驗系統(tǒng)以網(wǎng)絡為基礎，采用瀏覽器或服務器體系結構，只需要在服務端就能夠完成系統(tǒng)的開發(fā)與維護，使用者的客戶端僅需要安裝瀏覽器插件便可使用，因此它沒有特別的硬件要求。其中VRML文件及相關網(wǎng)頁儲存于web服務器中，用戶信息等都儲存在服務器當中，呈現(xiàn)于互聯(lián)網(wǎng)上，提供給實驗者使用。

虛擬實驗系統(tǒng)設計的重點在于對教學媒體的使用，其中系統(tǒng)的關鍵部分在于在線實驗模塊的設計，通過對現(xiàn)代教育技術課程進行結合，總共設計有8個虛擬實驗，為了使系統(tǒng)更加完善，又增加了具體的模塊，如圖1所示。

本系統(tǒng)對實驗中的所有環(huán)節(jié)提出了要求，每個知識模塊的表現(xiàn)不同：（1）實驗原理、目的等內容的講解和儀器的使用說明采用PPT的形式表現(xiàn)，并用文字和圖片進行輔助講解;（2）通過教學視頻來進行使用方法的說明;（3）通過Flash課件實現(xiàn)交互操作;（4）技巧性操作需要采用VRML及Java技術構建，使整個虛擬實驗環(huán)境表現(xiàn)能夠更真實，其交互性強，可以讓實驗操作重復呈現(xiàn)，使用者能夠長時間進行觀看和操作，從而熟悉實驗過程。在使用時，學生要對實驗項目進行預習，了解實驗環(huán)節(jié)和具體事項，預習測試通過后即可進入飾演環(huán)節(jié)。在實驗過程中學生遇到問題可以進行線上的提問，完成后可以通過測試系統(tǒng)對自己的知識掌握程度緊湊型測試，在測試后就有資格對線下的實驗進行預約。此外虛擬實驗室有強大的交互表現(xiàn)內容，學生通過這樣的形式豐富了教學的實時操作，增添了學習的樂趣，通過線上的討論功能，學生們能夠合作進行學習，通過聊天平臺進行資源共享等。

三、現(xiàn)代教育技術虛擬實驗系統(tǒng)虛擬場景設計

虛擬試驗系統(tǒng)虛擬場景設計要求有：（1）能夠在3D的場景中采用不同的視角進行觀察，并有多個焦點視角，使用者可以任意切換視角并縮放視角的遠近;（2）實驗對象需要對實際物品進行高度地仿真，并模擬出現(xiàn)實中的交互情景;（3）整個實驗的目標應該被重點突出，對關鍵的模型和場景進行詳細的制作繪制，其他場景應當適當進行省略，以節(jié)省資源。

文章展示的虛擬實驗環(huán)境構建主要是視覺建模，主要分為場景和實驗設備的建模。實驗中所用到的教學媒體設備造型具有規(guī)范的特征，因此采用3Dmax進行建模，導出后為VRML格式的文件[5]。對模型進行檢查，對其中出現(xiàn)的模型錯位、紋理丟失等錯誤進行手動修改，并倒入VRML中組合，最后確定模型在場景中的位置，使其成為系統(tǒng)的整體。

對虛擬場景進行構建時，要考慮到場景中光源的變化問題，因而場景的設計要將光源照射考慮其中。為了實現(xiàn)良好的光照效果，可以將場景設計為封閉的房間，構造簡易大小適中，以免增加加載時間。要現(xiàn)在平面上設計好各實體，將場景實體分解為基本形體并進行組合，然后編碼實現(xiàn)，將所有模型都整合在VRML場景中。此外要減少資源加載的時間，在不影響效果的前提下將紋理大小盡量處理小，場景不采用貼圖;在瀏覽器上發(fā)布的VRML文件應進行壓縮處理，節(jié)省使用者的下載時間。

四、現(xiàn)代教育技術虛擬實驗系統(tǒng)關鍵技術

（一）實時圖像獲取

投影設備所展示有光學鏡頭調焦的圖像，可以采用準備好的圖片通過實時或取得方式展現(xiàn)給用戶。鏡頭能夠在虛擬實驗場景中任意進行漫游，并通過Print Screen進行截圖拍攝，采用Java Applet實現(xiàn)。

（二）實時圖像亮度控制

在拍攝過程中，快門和光圈的調節(jié)會對圖像亮度產生影響，由于實驗者不容易發(fā)現(xiàn)場景的亮度情況，通過截圖拍攝的圖像難以達到預期的效果過，因此還需要進行圖像的后期處理。首先是在虛擬場景中調節(jié)快門或光圈，將具體數(shù)值傳送到Script節(jié)點，計算出相應的曝光值，并將曝光值作為圖片處理的依據(jù)。實驗者在抓屏拍攝時會觸發(fā)出事件，調用html網(wǎng)頁中的JS函數(shù)。當Java Applet被調用時，會首先對曝光值進行邏輯判斷，并依據(jù)數(shù)值進行圖像亮度的處理。

五、結語

綜上所述，基于網(wǎng)絡技術的虛擬實驗系統(tǒng)的構建對于現(xiàn)代教育技術的實驗課程有著多方面的重要意義，但需要注意的是，虛擬試驗系統(tǒng)只是教學中的輔助手段，不能夠代替真實的實驗流程。因此高校應當將真實與虛擬實驗兩種方式結和使用，共同服務于人才培養(yǎng)的過程中。

參考文獻

[1]奎曉燕，劉衛(wèi)國，郭克華， 等.構建智能型虛擬實驗平臺，推進現(xiàn)代教育技術改革[J].計算機工程與科學，2018，40（z1）：12-15.

[2]張文增.現(xiàn)代教育技術在實驗空間環(huán)境設計中的應用研究——以高中理科虛擬實驗應用為例[J].中國教育技術裝備，2018，（3）：24-25，28.