摘要：為提高現(xiàn)代教育的質(zhì)量水平，文章在現(xiàn)代教育技術(shù)中引入了虛擬仿真技術(shù)。文章首先明確了教學(xué)內(nèi)容與目標(biāo)，從基礎(chǔ)知識(shí)、實(shí)踐操作、案例分析和互動(dòng)討論等方面，完成對(duì)教學(xué)場(chǎng)景的分區(qū)設(shè)計(jì)；然后，在教學(xué)場(chǎng)景內(nèi)創(chuàng)建虛擬物體與角色，導(dǎo)出適合在虛擬仿真教育交互場(chǎng)景中使用的格式，使教學(xué)場(chǎng)景更加生動(dòng)，激發(fā)了學(xué)生的興趣；最后，使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)施虛擬仿真教育，為學(xué)生提供更加真實(shí)、沉浸的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：虛擬仿真技術(shù)在提升學(xué)生學(xué)習(xí)效果方面發(fā)揮了積極作用。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真技術(shù)；現(xiàn)代；教育；技術(shù)；學(xué)習(xí)體驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G431 "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

現(xiàn)代教育技術(shù)以信息技術(shù)為核心，致力于提高教育教學(xué)的效率和質(zhì)量。然而，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代教育技術(shù)也在面臨著前所未有的變革和挑戰(zhàn)。一方面，信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用使得教育資源更加豐富多樣，教育形式更加靈活多變；另一方面，信息技術(shù)的快速發(fā)展也對(duì)教師的專業(yè)素養(yǎng)和教學(xué)能力提出了更高的要求［1］。

在這種背景下，虛擬仿真技術(shù)作為一種新興的信息技術(shù)，展現(xiàn)了顯著的優(yōu)勢(shì)，為現(xiàn)代教育技術(shù)帶來了新的發(fā)展機(jī)遇［2］。虛擬仿真技術(shù)，又稱虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，是一種能夠創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)技術(shù)［3］，通過模擬真實(shí)世界的物理、化學(xué)、生物等過程，為用戶提供一個(gè)沉浸式的、交互式的虛擬環(huán)境。這種技術(shù)具有高度的真實(shí)感、沉浸感和交互性，使用戶能夠在虛擬環(huán)境中進(jìn)行各種操作和實(shí)踐。

本文旨在探討虛擬仿真技術(shù)在現(xiàn)代教育技術(shù)中的運(yùn)用，以期為教育實(shí)踐提供新的思路和方法。

1 虛擬仿真教育交互場(chǎng)景設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)虛擬仿真教育交互場(chǎng)景時(shí)，首先，研究人員應(yīng)明確教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容與創(chuàng)建教學(xué)場(chǎng)景的目的。這一過程包括聚焦于學(xué)生通過場(chǎng)景應(yīng)掌握的知識(shí)、技能及情感態(tài)度，傳達(dá)核心信息或體驗(yàn)［4］。在這一階段，本文梳理了教學(xué)內(nèi)容并確定哪些知識(shí)點(diǎn)須通過虛擬仿真強(qiáng)化。其次，本文分析了學(xué)生需求與興趣，確保所設(shè)計(jì)的場(chǎng)景能夠引起學(xué)生的興趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力［5］。只有真正了解學(xué)生，研究人員才能設(shè)計(jì)出符合其需求的教學(xué)場(chǎng)景，從而更有利于提升學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。

為此，本文按照如下步驟完成對(duì)虛擬仿真教育交互場(chǎng)景的設(shè)計(jì)。

步驟1：確定交互形式。本研究根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和目標(biāo)，確定合適的交互形式，如拖拽、點(diǎn)擊等，確保交互形式符合學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣和能力。

步驟2：場(chǎng)景分區(qū)設(shè)計(jì)。在確定交互形式后，本研究設(shè)計(jì)了包括基礎(chǔ)知識(shí)、實(shí)踐操作、案例分析和互動(dòng)討論等在內(nèi)的場(chǎng)景區(qū)域，確保每個(gè)區(qū)域都應(yīng)明確其教學(xué)目的和內(nèi)容。

步驟3：界面元素設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)虛擬仿真教育交互場(chǎng)景時(shí)，應(yīng)確保界面元素易于導(dǎo)航，如設(shè)計(jì)清晰的地圖、直觀的菜單欄等，同時(shí)提供額外信息和資源，以滿足學(xué)生的不同學(xué)習(xí)需求。

步驟4：調(diào)整場(chǎng)景分區(qū)。場(chǎng)景分區(qū)應(yīng)根據(jù)具體教學(xué)內(nèi)容和目標(biāo)來調(diào)整，考慮學(xué)生年齡、興趣和學(xué)習(xí)習(xí)慣以及教學(xué)目標(biāo)和評(píng)估要求，創(chuàng)造豐富、有趣且富有挑戰(zhàn)性的虛擬仿真場(chǎng)景。若內(nèi)容復(fù)雜，則可設(shè)計(jì)多層級(jí)結(jié)構(gòu)，確保學(xué)生能在不同層級(jí)間的自由切換。

步驟5：設(shè)計(jì)啟動(dòng)畫面和主界面。設(shè)計(jì)吸引性較強(qiáng)的啟動(dòng)畫面，展示學(xué)校標(biāo)志、課程名稱和場(chǎng)景簡(jiǎn)介。隨后，學(xué)生點(diǎn)擊進(jìn)入主界面。主界面中包含地圖和功能選項(xiàng)，簡(jiǎn)潔明了地展示主要功能區(qū)域和導(dǎo)航元素。

通過以上步驟，本文系統(tǒng)地完成了教學(xué)場(chǎng)景的分區(qū)設(shè)計(jì)，確保虛擬仿真教育交互場(chǎng)景能夠有效地支持教學(xué)目標(biāo)和學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。虛擬仿真教育交互場(chǎng)景示例如圖1所示。

2 創(chuàng)建虛擬物體與角色

在設(shè)計(jì)虛擬仿真教育交互場(chǎng)景后，本文著手在交互場(chǎng)景中創(chuàng)建虛擬物體與角色。

首先，本文借助專業(yè)的Illustrator繪圖軟件，繪制角色的詳細(xì)外貌并賦予角色獨(dú)特的性格特征。這一過程不僅增強(qiáng)了角色的個(gè)性化，還在后續(xù)的動(dòng)畫和交互中為角色增添了生動(dòng)性。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，本研究為不同角色設(shè)定背景故事，旨在加深角色的層次感和豐富性。

其次，本文針對(duì)虛擬仿真教育交互場(chǎng)景中的物體展開設(shè)計(jì)，包括結(jié)構(gòu)、外觀與交互設(shè)計(jì)。物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)根據(jù)其功能和使用場(chǎng)景進(jìn)行量身打造，以確保物體在虛擬環(huán)境中的穩(wěn)定性和功能性。同時(shí)，本研究使用繪圖軟件繪制物體的詳細(xì)外觀，包括形狀、顏色、紋理等細(xì)節(jié)元素。

再次，在物體的交互設(shè)計(jì)方面，本文充分考慮用戶的使用習(xí)慣，設(shè)定了通過點(diǎn)擊、拖動(dòng)等方式與物體進(jìn)行互動(dòng)的功能，使用Blender三維建模軟件，建立角色和物體的基本模型。通過繪制或?qū)胭N圖，本研究為模型賦予了逼真的材質(zhì)和貼圖，使其看起來更加真實(shí)和生動(dòng)。同時(shí)，根據(jù)實(shí)際的教育需求，適度減少模型的頂點(diǎn)數(shù)量，確保其在虛擬環(huán)境中的穩(wěn)定性和性能。

最后，為了增強(qiáng)場(chǎng)景的動(dòng)態(tài)效果，本文利用關(guān)鍵幀動(dòng)畫技術(shù)，為角色和物體添加動(dòng)畫效果，包括行走、奔跑、跳躍等基本動(dòng)作以及特定的表情和動(dòng)作，使場(chǎng)景更加生動(dòng)、有趣。

在完成所有制作后，本文將創(chuàng)建的角色和物體導(dǎo)出為適合在虛擬仿真教育交互場(chǎng)景中使用的格式并發(fā)布到相應(yīng)的平臺(tái)中。

3 虛擬仿真教育實(shí)施

虛擬仿真教育的實(shí)施旨在利用虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）技術(shù)，為特定學(xué)員群體（如科學(xué)、醫(yī)學(xué)或工程學(xué)生）提供更為真實(shí)、沉浸的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。在正式實(shí)施前，研發(fā)人員應(yīng)明確教學(xué)目標(biāo)和期望達(dá)到的教學(xué)效果，如加深對(duì)抽象概念的理解、提高實(shí)踐技能等。

首先，研究組組織了VR設(shè)備操作培訓(xùn)，確保學(xué)員能夠熟練使用VR設(shè)備。其次，本文通過設(shè)計(jì)的虛擬仿真教育交互場(chǎng)景，引導(dǎo)學(xué)員明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，激發(fā)興趣。在設(shè)計(jì)交互任務(wù)時(shí)，研究人員應(yīng)緊密圍繞教學(xué)目標(biāo)，設(shè)定具體、可衡量的目標(biāo)并將其置于真實(shí)或模擬情境中?？紤]到學(xué)員間的能力差異，任務(wù)難度應(yīng)根據(jù)學(xué)員能力調(diào)整并按邏輯順序組織任務(wù)內(nèi)容。再次，研究人員還應(yīng)提供必要的引導(dǎo)和提示，幫助學(xué)員更好地完成任務(wù)。在教學(xué)過程中，教師可通過VR軟件監(jiān)控學(xué)員進(jìn)度并給予及時(shí)的指導(dǎo)和反饋。最后，研究人員設(shè)計(jì)結(jié)束狀態(tài)，如完成任務(wù)的慶祝動(dòng)畫或總結(jié)，以進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)員的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

通過這一系統(tǒng)化的實(shí)施流程，VR技術(shù)得以充分發(fā)揮其潛力，可以有效促進(jìn)虛擬仿真教育的實(shí)施，為學(xué)員提供更加豐富、真實(shí)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

4 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

本次實(shí)驗(yàn)對(duì)象為某市實(shí)驗(yàn)中學(xué)高一年級(jí)生物班級(jí)高一（X）班，共50名學(xué)生（男女各半），年齡為15～16歲，生物學(xué)科基礎(chǔ)各異。實(shí)驗(yàn)環(huán)境配置包括Windows 10 Pro 64位操作系統(tǒng)、Intel Core i7-10700K處理器、NVIDIA GeForce RTX 3060 Ti顯卡、Oculus Rift S配備相應(yīng)的控制器和追蹤系統(tǒng)、512 GB NVMe SSD硬盤（用于操作系統(tǒng)和虛擬仿真軟件）、16 GB DDR4 RAM的內(nèi)存，溫度控制在20～25℃，相對(duì)濕度保持在50%～60%，確保設(shè)備和軟件的穩(wěn)定運(yùn)行。

實(shí)驗(yàn)前，教師評(píng)估了學(xué)生的生物基礎(chǔ)、興趣和習(xí)慣，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)生物抽象概念理解困難，故引入虛擬仿真技術(shù)輔助教學(xué)。學(xué)生被分為10個(gè)小組，每組5人，包括不同基礎(chǔ)的學(xué)生。實(shí)驗(yàn)旨在通過虛擬仿真幫助學(xué)生理解細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能等抽象概念，提高學(xué)習(xí)興趣和參與度。

追蹤數(shù)據(jù)顯示，班級(jí)平均登錄次數(shù)為11次，平均實(shí)驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)為16.25 h，平均嘗試次數(shù)為137.5次。這些數(shù)據(jù)有助于教師了解學(xué)生在虛擬仿真平臺(tái)上的活動(dòng)情況，評(píng)估教學(xué)效果。通過前后測(cè)試對(duì)比，本文量化分析了虛擬仿真技術(shù)在教育中的應(yīng)用效果，包括最高分、最低分、平均分與成績(jī)標(biāo)準(zhǔn)差。其中平均分與標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算公式分別如下：

x=1n∑ni=1xi（1）

s=1n-1∑ni=1xi-x2（2）

其中，n為學(xué)生數(shù)量，xi為第i位學(xué)生的成績(jī)，x為所有成績(jī)的平均值，s為成績(jī)標(biāo)準(zhǔn)差。通過計(jì)算，可得該班級(jí)學(xué)生成績(jī)統(tǒng)計(jì)結(jié)果：最高分為95分；最低分為65分；平均分為82.3分；標(biāo)準(zhǔn)差為7.1。說明大部分學(xué)生能夠較好地掌握生物學(xué)科的基本知識(shí)和技能，虛擬仿真技術(shù)的運(yùn)用效果優(yōu)勢(shì)顯著。成績(jī)分布情況如圖2所示。

由圖2可知，學(xué)生之間的成績(jī)存在一定差異，但整體分布較為均衡。有30%的學(xué)生取得了90分及以上的高分，顯示出他們對(duì)生物學(xué)科的深入理解和扎實(shí)掌握。從成績(jī)分布情況來看，大部分學(xué)生能夠較好地理解和應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，這說明虛擬仿真技術(shù)在提升學(xué)生學(xué)習(xí)效果方面發(fā)揮了積極作用。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文提出的將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)代教育技術(shù)中的研究具有重要意義。首先，虛擬仿真 "技術(shù)能夠打破時(shí)間和空間的限制，讓學(xué)生在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)都能進(jìn)行實(shí)踐學(xué)習(xí)。其次，虛擬仿真技術(shù)能夠模擬復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和過程，讓學(xué)生在安全、無風(fēng)險(xiǎn)的環(huán)境中進(jìn)行實(shí)踐操作。最后，虛擬仿真技術(shù)能夠?yàn)閷W(xué)生提供一個(gè)沉浸式的、交互式的虛擬環(huán)境以及豐富的學(xué)習(xí)資源，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性，讓學(xué)生在實(shí)踐中學(xué)習(xí)和掌握知識(shí)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和實(shí)踐能力。

參考文獻(xiàn)

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（編輯 王雪芬編輯）

Application of virtual simulation technology in modern educational technology

LIU" Haisong

（Experimental Training Center，Nanjing Xiaozhuang University， Nanjing 211171，China）

Abstract： To improve the quality level of modern education，this study introduces virtual simulation technology into modern educational technology. This study firstly clarifies the teaching content and objectives， and completes the zoning design of teaching scenarios from the aspects of basic knowledge， practical operations， case analysis， and interactive discussions. Then， this study creates virtual objects and characters within the teaching scene，and exports them in a format suitable for using in virtual simulation educational interaction scenes， making the teaching scene more vivid and stimulating students’ interests. Finally， this study uses virtual reality technology to implement virtual simulation education， providing students with a more realistic and immersive learning experience. The experiment results show that the virtual simulation technology plays a positive role in improving the learning effectiveness of students.

Key words： virtual simulation technology; modern; education; technology; learning experience