基于VR技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)仿真課件的應(yīng)用與研究

李和香　潘美蓮

摘要：隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展和新媒體技術(shù)的普及，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在各個領(lǐng)域的應(yīng)用更加廣泛。如何利用VR技術(shù)應(yīng)用于課程的網(wǎng)絡(luò)教學課件從而提高教學效果，成為眾多學校關(guān)注的問題。該文在《Java程序設(shè)計》教學實踐的基礎(chǔ)上提供了一種可用于網(wǎng)絡(luò)虛擬仿真教學的技術(shù)探討，談?wù)撊绾卫肰R技術(shù)制作仿真教學課件，并應(yīng)用于課程的教學中，使傳統(tǒng)的教學模式有所創(chuàng)新。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真；教學課件；VR

中圖分類號：TP393文獻標識碼：A文章編號：1009-3044（2012）30-7252-02

虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，簡稱VR，又譯作靈境）是近年來出現(xiàn)的高新技術(shù)，也稱靈境技術(shù)。虛擬現(xiàn)實是當代信息技術(shù)與其他技術(shù)集成的產(chǎn)物，是利用電腦模擬產(chǎn)生一個三維空間的虛擬世界，提供使用者關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，是一種高級人機交互技術(shù)。這種模擬具有最基本的特征：沉浸感（Immersion）、交互性（Interaction）、想象性（Imagination）。VR技術(shù)廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，如視景仿真、軍事訓練、城市規(guī)劃、教學課件的制作等等。

在現(xiàn)代信息化高速發(fā)展的環(huán)境下，為了提高教學效果很多教師都逐步開始應(yīng)用現(xiàn)代計算機的技術(shù)來輔助教學，比如應(yīng)用 Authorware制作具有內(nèi)容豐富的課件；應(yīng)用 Flash技術(shù)制作虛擬仿真教學課件；應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)制作具有交互功能的學習系統(tǒng)軟件等等，本文采用先進的VR技術(shù)來建設(shè)網(wǎng)絡(luò)仿真課件從而輔助《Java程序設(shè)計》課程的教學實踐。

1 使用VR技術(shù)制作網(wǎng)絡(luò)仿真課件的優(yōu)點

在多年的《Java程序設(shè)計》課程的教學實踐中，我們應(yīng)用了很多方法進行了教學改革嘗試，我們感覺其各有所長。根據(jù)《Java程序設(shè)計》課程需要大量的實操訓練、算法較難理解等特點，因此為了提高學生的實際操作能力，我們應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)來制作帶有交互功能的教學課件，使學生能超越時間和空間的限制，加強對《Java程序設(shè)計》課程的動手能力的培養(yǎng)，學生完全可以像玩游戲一樣來體驗Java程序設(shè)計中的算法思想和編程，這將極大的提高學生學習《Java程序設(shè)計》課程的興趣。

1.1 新型的學習方式

虛擬現(xiàn)實應(yīng)用于教育是教育技術(shù)發(fā)展的一個飛躍。它營造了一種“主動學習”的軟件環(huán)境，這是一種新型的學習方式，學生通過自身努力與虛擬環(huán)境的相互作用來獲取到知識、技能，學習者在不知不覺中就能學到了JAVA程序設(shè)計語言的知識，改變了以往傳統(tǒng)的“以教促學”的學習方式。

1.2 遠程網(wǎng)絡(luò)學習

基于 WEB的學習方式是一種新興的教學方式，我們可以把虛擬仿真課件放在學校的校園網(wǎng)上，同學們可以不再受時空的限制，在任意時間任意地點只要能連上網(wǎng)絡(luò)，用自己的學號密碼登陸就可通過網(wǎng)絡(luò)獲得《JAVA程序設(shè)計》這門課的各種教學資源進行自主學習。

1.3 功能強大、交互性強、使用方便

與 Authorware、PowerPoint、Flash 等軟件比起來，VR技術(shù)制作的課件功能上更加強大，最重要的是三維效果和交互性更強。

我們利用三維建模技術(shù)和虛擬仿真技術(shù)開發(fā)出來的仿真課件，針對學生好奇心強，喜歡玩游戲的特點，使學生可以像玩游戲一樣去學習，并可實現(xiàn)學習者對Java知識的主動探索，激發(fā)學習的興趣。

利用VR技術(shù)可實現(xiàn)虛擬仿真交互的實驗，可將算法演示等用交互演示，可實現(xiàn)對Java編程實驗流程體驗，學生可以像在真實的實驗環(huán)境下去學習編程，如果編寫程序代碼錯誤的話，會有錯誤的提示，編寫程序正確才能得到正確的輸出結(jié)果。

同時，我們用的虛擬現(xiàn)實軟件VRP也可以嵌入各種多媒體軟件中（包括Director、AUTHOWARE等），成為一個集圖片、動畫、視頻、聲音、Flash、菜單、三維互動等多種表現(xiàn)手段為一體的多媒體應(yīng)用程序。這就使得導出后的文件很容易在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布共享，功能強大，使用方便。

2 應(yīng)用VR技術(shù)制作《Java程序設(shè)計》虛擬仿真交互教學課件的設(shè)計思路與實踐

根據(jù)多年來《Java程序設(shè)計》課程的教學經(jīng)驗，我們認為這門課的仿真交互教學課件可以制作為如下幾種類型：1） 用于仿真交互自學的課件；2） 相關(guān)知識點和實踐內(nèi)容集成課件；3） 利用屏錄軟件制作視頻課件。

以《JAVA程序設(shè)計》課程為例，我們把這門課程以典型的項目開發(fā)任務(wù)為載體，循序漸進地組織教學內(nèi)容，將必需夠用的Java知識融入項目中，按照“教學做”一體化的教學模式來組織教學。在項目的選擇上，我們選取了小游戲的開發(fā)比如“貪吃蛇”，“龜兔賽跑”游戲，餐飲管理系統(tǒng)等，在課堂上引入游戲的開發(fā)項目，既能讓學生體驗到程序設(shè)計的樂趣，又能讓學生學習到與實際應(yīng)用想一致的知識。每堂課都按照“引導任務(wù)”——“知識解析”——“實訓任務(wù)”這一過程展開。為此在虛擬仿真交互教學課件的設(shè)計與實現(xiàn)中，我們進行了如下的教學改革。

2.1 用于虛擬仿真交互自學課件

充分調(diào)動學生的自主學習興趣是我們制作仿真課件的目的，本課題強調(diào)學習過程以學生為中心，充分發(fā)揮學生的自主學習性，使學生能積極主動地建構(gòu)他們自己的知識體系，所以仿真課件設(shè)計中讓學生以玩游戲的心態(tài)主動參與。學生可以依據(jù)所學的Java語言的知識來實現(xiàn)自己編程實現(xiàn)“貪吃蛇”、“連連看”、“龜兔賽跑”等游戲，如果某些代碼不正確導致無法運行的話，還有按鈕可用來提示所需知識的要點，要求學生能在出錯后明白錯在哪里，下次自主學習的時候就能避免錯誤，從而掌握《Java程序設(shè)計》課程的基本知識和提高實操動手能力。

2.2 相關(guān)知識點集成教學課件

配合項目化驅(qū)動的課程內(nèi)容我們制作了《Java程序設(shè)計》網(wǎng)絡(luò)仿真教學課件。在傳統(tǒng)教學中教師往往注重Java語言的基礎(chǔ)知識的講解，采取將內(nèi)容用幻燈片演示，配以程序講解加以介紹，這種方式有些呆板枯燥，學生上課容易走神、不易理解學習內(nèi)容，學習沒有興趣。因此我們采用VR技術(shù)制作動態(tài)教學課件，比如：動態(tài)演示Java算法的運行過程，并把關(guān)鍵的知識點配以文字進行知識解析。

上課時當我們用幻燈片屏幕演示教學內(nèi)容，需要講解某個算法時，可先讓學生多次觀看交互課件，理解算法的思想后，再看程序代碼就容易理解了，而且我們的網(wǎng)絡(luò)仿真課件包含了Java程序設(shè)計的所有相關(guān)知識點以及很多的參考資料，能起到事半功倍的效果。

2.3 利用屏錄軟件制作課件

為了便于學生課后自主學習，我們充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢，將《Java程序設(shè)計》課程各小節(jié)及編程需要掌握的重要知識點利用屏錄軟件制作成流媒體文件（可為FLASH 或是其他類型），放在網(wǎng)站中供學生下載。當學生點擊相應(yīng)內(nèi)容，可下載或是在線觀看，Java程序設(shè)計這門課需要掌握的知識點的音頻、視頻學習文件，將促進學生對《JAVA程序設(shè)計》課程的學習興趣，同時可以操作控制按鈕，對沒聽清、不理解的內(nèi)容反復觀看，可以大大提高學習質(zhì)量。

3 《Java程序設(shè)計》課程的教學實踐

《Java程序設(shè)計》課程是一門邏輯思維強、實踐性也很強的課程，特點是教學內(nèi)容多、難以理解，要求學生通過這一課程的學習，能提高編程能力和邏輯思維能力。然而本門課授課學時僅僅幾十個學時，在這么短的時間內(nèi)很難使學生完全掌握課程的所有內(nèi)容。那么如何提高課內(nèi)教學質(zhì)量以及課外輔助教學效果成為我們對本門課程進行教學改革的思路。

在教改實踐中我們采取如下作法：

3.1 在課堂講授中理論和實踐相結(jié)合

在課堂講授中，每堂課都制定一個教學目標，需要掌握的知識點，講解案例的時候要特別強調(diào)這些知識點。 學生理解了必要的理論知識以后，課堂上及時進行實踐應(yīng)用。

選擇具有多媒體教學和實踐功能一體的多媒體機房。教師和學生每人一臺計算機，教師講授案例和理論知識的時候，用屏幕廣播軟件進行控制演示，在課堂上學生及時動手實踐，消化吸收，提高動手編程的技能。

3.2 利用仿真課件輔助教學

為了通過仿真課件的相應(yīng)學習模塊激發(fā)學生學習熱情和興趣、擴展學生們課外知識面。我們開發(fā)出網(wǎng)絡(luò)輔助教學系統(tǒng)——Java程序設(shè)計的虛擬仿真課件。其中的“算法演示”模塊包含各知識點的動畫演示教學課件；“學生自學”模塊是以模擬企業(yè)真實的項目開發(fā)為參考，項目下又細分了具體的單元知識，完全從工作過程來解析課程的知識點?！敖處熓谡n”模塊是以教材授課的小節(jié)為單位的屏錄FLASH課件；為了方便學生對課程內(nèi)容的學習，將實驗要求和實驗指導放于網(wǎng)站“實踐指導”模塊，便于學生實驗前預(yù)習和復習，使學生對實驗的全過程做到心中有數(shù)。

3.3 運用網(wǎng)絡(luò)仿真課件鞏固及測試學習效果

我們提出網(wǎng)絡(luò)仿真課件輔助教學的教改模式，在《Java程序設(shè)計》虛擬仿真課件網(wǎng)站的“習題解答”和“疑難解答”庫中含有大量習題及各種疑難問題解答，并且學生可輸入關(guān)鍵詞搜索相關(guān)知識點的問題，縮小了查找范圍。通過網(wǎng)絡(luò)仿真課件輔助教學可有效激發(fā)學生的學習興趣，促進學生對相關(guān)知識的不斷溫習，也能測試學生的學習效果。這門課的期末考核成績構(gòu)成為：平時的實驗考核在最終的課程成績中占據(jù)30%，平時的出勤及“回答問題”等課堂表現(xiàn)20%，占而期末的測試內(nèi)容也以實操為主，并在最終的課程成績中占據(jù)50%。

參考文獻：

[1] 時雷. Java程序設(shè)計課程教學分析[J].計算機教育，2010（10）.

[2] 王宛平.Java程序設(shè)計教學改革研究[J].電腦知識與技術(shù)，2010（26）.