虛擬實(shí)驗(yàn)在現(xiàn)代實(shí)踐教學(xué)中的運(yùn)用

[關(guān) " 鍵 " "詞] "虛擬技術(shù);實(shí)驗(yàn)平臺;教學(xué)建設(shè)

[中圖分類號] "G434 " " " " " [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] "A [文章編號] "2096-0603（2015）03-0033-01

一、虛擬實(shí)驗(yàn)國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀

虛擬實(shí)驗(yàn)概念的提出至今僅有十多年的時間，但因其廣闊的應(yīng)用前景，國內(nèi)外有很多組織都已經(jīng)開展了虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的研究和建設(shè)工作，已有較多建好并投入使用的虛擬實(shí)驗(yàn)室。虛擬實(shí)驗(yàn)的研究國內(nèi)外都是剛剛起步，大部分停留在理論階段或沒有大規(guī)模的系統(tǒng)化。

與發(fā)達(dá)國家相比，國內(nèi)在虛擬實(shí)驗(yàn)方面開展的工作還較少，存在的差距也較大，但也有一些相對成熟的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。清華大學(xué)利用虛擬儀器建立了汽車發(fā)動機(jī)檢測系統(tǒng)，可以檢測發(fā)動機(jī)的基本運(yùn)行參數(shù);北方交通大學(xué)的RECEL網(wǎng)上電工電子教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，通過Internet實(shí)現(xiàn)了儀器設(shè)備等教學(xué)資源的網(wǎng)絡(luò)共享。

二、傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)存在的問題與虛擬實(shí)驗(yàn)平臺的研究意義

（一）傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)以教師為中心，虛擬實(shí)驗(yàn)以學(xué)生為中心

更新教學(xué)觀念，教師由原來處于中心地位的知識權(quán)威者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生學(xué)習(xí)的指導(dǎo)者、設(shè)計(jì)者、教育的研究者。學(xué)生由被動的知識容器和知識受體轉(zhuǎn)變?yōu)橹R的主宰、學(xué)習(xí)的主體，擺脫了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)教師做一遍，學(xué)生跟著做一遍的弊端，加強(qiáng)了對學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。

（二）傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)有時空限制，虛擬實(shí)驗(yàn)全天開放

數(shù)字化虛擬實(shí)驗(yàn)平臺對學(xué)生可以全天開放，采取靈活的、個性化教學(xué)方法。不受實(shí)驗(yàn)課程和指導(dǎo)書的限制，學(xué)生能在任何時間選擇虛擬實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)信息資料等，以及取得實(shí)驗(yàn)結(jié)果的評估，并具有完全的自由度。

（三）傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)有人數(shù)限制，虛擬實(shí)驗(yàn)人數(shù)自由

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)受場地和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的限制，一般每組人數(shù)較多，而虛擬實(shí)驗(yàn)平臺人數(shù)自由，只要一臺計(jì)算機(jī)就能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)一般10人左右一組，而虛擬實(shí)驗(yàn)每人一臺虛擬實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)。

（四）傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)復(fù)雜乏味，虛擬實(shí)驗(yàn)簡單逼真

虛擬交互實(shí)驗(yàn)平臺能使枯燥復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和原理形象化、工作簡易化。例如，利用鼠標(biāo)，顯示該處的零部件工藝參數(shù)，從元件庫中選擇需要更換的元件，確認(rèn)是否更換，隨后在屏幕上顯示該部件系統(tǒng)的動態(tài)工作狀態(tài)。

（五）傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證性差，虛擬實(shí)驗(yàn)實(shí)效好

虛擬實(shí)驗(yàn)平臺是解決驗(yàn)證性和單一性的有效途徑，不但可以有效地創(chuàng)造一個當(dāng)今技術(shù)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，還具有適當(dāng)?shù)某靶?。?shí)驗(yàn)環(huán)境虛擬化意味著實(shí)驗(yàn)活動可以在很大程度上脫離物理空間和時間的限制，擺脫了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)時空觀念的束縛，特別是一些障礙性、破壞性、設(shè)計(jì)性、應(yīng)用性、探索性和研究性的新型實(shí)驗(yàn)，通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以進(jìn)行真實(shí)的模擬。

三、虛擬實(shí)驗(yàn)建設(shè)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)方案流程

（一）虛擬實(shí)驗(yàn)建設(shè)內(nèi)容

1.虛擬工具庫：有詳細(xì)的自學(xué)工具資料，學(xué)生可以根據(jù)需要學(xué)習(xí)和使用普通或?qū)I(yè)工具。

2.實(shí)驗(yàn)對象的零件庫：各零件都有詳細(xì)的材質(zhì)說明，零件顏色和現(xiàn)實(shí)材質(zhì)顏色效果一樣，增強(qiáng)了現(xiàn)實(shí)環(huán)境的演示效果。

3.虛擬分解模型與裝配工藝模型：學(xué)生可以獨(dú)立或在提示下完成分解與安裝工藝。

4.變速器的運(yùn)動仿真模型：如果學(xué)生零件使用合理，裝配正確，虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)苓M(jìn)行正常運(yùn)行。

5.遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)平臺：3D軟件都嵌入網(wǎng)絡(luò)組件，完全可以將建立的虛擬交互模型生成很小的可執(zhí)行文件，方便學(xué)生進(jìn)行遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)，方便了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)與研究。

6.虛擬考核數(shù)據(jù)庫：學(xué)生隨即抽取虛擬實(shí)踐考題，進(jìn)行在線工具使用考核、零件考核、分解或裝配考核。

（二）虛擬實(shí)驗(yàn)流程

第一步：學(xué)生進(jìn)入電腦界面，進(jìn)入數(shù)字化虛擬實(shí)驗(yàn)平臺，輸入姓名學(xué)號，進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)程序。

第二步：學(xué)生進(jìn)入虛擬工具學(xué)習(xí)，學(xué)生需要學(xué)習(xí)各種通用或?qū)Ｓ脤?shí)驗(yàn)工具，熟悉工具特點(diǎn)及用法。

第三步：學(xué)生進(jìn)行零件認(rèn)識和學(xué)習(xí)，教師隨機(jī)抽出部分零件進(jìn)行考核，包括名稱、材質(zhì)、原理等，考核合格后進(jìn)入下一步。

第四步：進(jìn)入總成安裝與調(diào)試階段，根據(jù)工藝流程進(jìn)行安裝，完成該步驟后，將進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)試階段。在此必須加入必要的工藝參數(shù)，系統(tǒng)才能正常運(yùn)行。

第五步：數(shù)字化虛擬實(shí)驗(yàn)平臺考核系統(tǒng)，打印考核單與成績表。

虛擬實(shí)驗(yàn)平臺是高度發(fā)展的現(xiàn)代信息技術(shù)在實(shí)踐教學(xué)中的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)的動手實(shí)踐課程與計(jì)算機(jī)技術(shù)的完美結(jié)合。虛擬技術(shù)適應(yīng)現(xiàn)代大學(xué)生信息平臺的學(xué)習(xí)習(xí)慣，能很好地激發(fā)廣大學(xué)生的興趣，通過虛擬實(shí)習(xí)與傳統(tǒng)實(shí)習(xí)的結(jié)合，能很好地解決傳統(tǒng)實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)存在的問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱偉，張勇，劉宇鵬.利用GNS3在虛擬機(jī)上搭建網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺[J].信息技術(shù)，2015（1）.

[2]尚富，張志強(qiáng)，孫佰利.計(jì)算機(jī)組成原理虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)仿真，2009，26（11）：320-323.

[3]楊宏偉.虛擬仿真技術(shù)在物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2005，24（9）：38-39.