網(wǎng)絡(luò)3D虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與微課教學(xué)模式探索

許樹軍 鄒淑君 田園

摘 要：隨著信息化的高速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)3D虛擬仿真技術(shù)逐漸成熟。通過多角度分析網(wǎng)絡(luò)3D虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與微課的特點(diǎn)，論述了微課在網(wǎng)絡(luò)3D虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用模式，探索隨著現(xiàn)代教育技術(shù)的發(fā)展，如何通過網(wǎng)絡(luò)3D虛擬仿真實(shí)驗(yàn)和微課有機(jī)結(jié)合來培養(yǎng)和提高大學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)3D虛擬仿真實(shí)驗(yàn);微課;實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?/p>

中圖分類號(hào)：G642 ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? 文章編號(hào)：1002-2589（2015）33-0172-02

隨著信息化的高速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)速度不斷提升，文件傳播速度大大加快，有線高速網(wǎng)絡(luò)和無線高速網(wǎng)絡(luò)將逐漸普及，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)終端等技術(shù)的快速發(fā)展將帶動(dòng)網(wǎng)絡(luò)3D技術(shù)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)3D虛擬仿真技術(shù)逐漸成熟，網(wǎng)絡(luò)3D虛擬仿真實(shí)驗(yàn)以其高度仿真的視覺感受將是實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化的主要研究方向，是遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要模式，是激發(fā)學(xué)生實(shí)驗(yàn)興趣、提高實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ闹饕绞?。通過多角度分析網(wǎng)絡(luò)3D虛擬仿真實(shí)驗(yàn)和微課的特點(diǎn)，將微課融入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中，用微課指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證理論，理論和實(shí)踐相結(jié)合，增大虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的容量，使學(xué)生進(jìn)入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室就像進(jìn)入教室一樣，有實(shí)驗(yàn)儀器，有指導(dǎo)教師，學(xué)生進(jìn)入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室后有方向、有目標(biāo)、有結(jié)果、有評(píng)價(jià)。充分調(diào)動(dòng)聽覺、視覺、觸覺感覺器官，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)基本理論和基本技能，提高動(dòng)手、動(dòng)腦實(shí)踐能力。

一、網(wǎng)絡(luò)3D虛擬仿真實(shí)驗(yàn)

3D虛擬仿真技術(shù)是場(chǎng)景高度仿真，已經(jīng)越來越受到廣大網(wǎng)民的歡迎。隨著相關(guān)軟件的產(chǎn)生和信息化程度的提高，使網(wǎng)絡(luò)3D虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的傳播成為可能。網(wǎng)絡(luò)3D虛擬仿真實(shí)驗(yàn)具有如下特點(diǎn)。

（一）高度仿真

高度仿真是指計(jì)算機(jī)產(chǎn)生一種人為虛擬仿真環(huán)境，這種虛擬仿真環(huán)境是通過計(jì)算機(jī)圖形構(gòu)成的三維空間，空間中的一切事物源于現(xiàn)實(shí)或高于現(xiàn)實(shí)，并以各種邏輯代碼驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生逼真的“虛擬環(huán)境”，從而使得用戶在視覺上產(chǎn)生一種沉浸于虛擬的現(xiàn)實(shí)環(huán)境感覺。具體包括以下仿真。

1.環(huán)境仿真

環(huán)境仿真包括光線、物體和自然現(xiàn)象。光線包括太陽(yáng)光、燈光等各種顏色光線;物體包括多面體、異面體，多樣性的人物和動(dòng)植物;自然現(xiàn)象包括風(fēng)、雨、雷、電、云、水、石、土等。

2.儀器仿真

玻璃儀器、大型儀器設(shè)備以及各行各業(yè)所需各種材質(zhì)的儀器設(shè)備都可以使用軟件制作、代碼驅(qū)動(dòng)。

3.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象仿真

發(fā)光、發(fā)聲、發(fā)電、變色、爆炸、圖譜等。

（二）人機(jī)交互

人機(jī)交互是指在利用計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合有效的方法使人和計(jì)算機(jī)之間能夠?qū)崿F(xiàn)相互交流[1]。

1.界面按鈕

界面按鈕是通過鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊按鈕，執(zhí)行代碼，根據(jù)按鈕上的文字表述的意義進(jìn)行相關(guān)操作。

2.鼠標(biāo)觸發(fā)

鼠標(biāo)觸發(fā)是指通過鼠標(biāo)的動(dòng)作作用在場(chǎng)景中的物體上而啟用代碼執(zhí)行程序，完成相關(guān)的動(dòng)作或任務(wù)。包括鼠標(biāo)左鍵動(dòng)作、右鍵動(dòng)作和中鍵動(dòng)作。

3.觸發(fā)器觸發(fā)

觸發(fā)器觸發(fā)是場(chǎng)景中的某個(gè)物體接觸了場(chǎng)景中的另一個(gè)帶有觸發(fā)器功能的物體而啟用代碼執(zhí)行程序，完成相關(guān)的動(dòng)作或任務(wù)。

（三）人物行走

人物是指場(chǎng)景中的、可以執(zhí)行命令的、可以移動(dòng)的人。在場(chǎng)景中帶有攝像機(jī)，通過這個(gè)攝像機(jī)觀看場(chǎng)景，但是看不見自己的人物為“第一人稱”，既“我要做什么”。在場(chǎng)景中有攝像機(jī)跟隨，可以看見的人物為“第三人稱”，既“他在做什么”。通過鼠標(biāo)或鍵盤控制人物的行走，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊下達(dá)指令，執(zhí)行實(shí)驗(yàn)操作。

（四）像機(jī)觀察

實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景都是通過攝像機(jī)進(jìn)行觀察的，攝像機(jī)分為主像機(jī)和附像機(jī)，主像機(jī)是與場(chǎng)景中的人物同步移動(dòng)，附像機(jī)是為了觀察場(chǎng)景而設(shè)置的一個(gè)或多個(gè)像機(jī)，其目的是為了多角度觀察場(chǎng)景中的事物和現(xiàn)象。

（五）運(yùn)行平臺(tái)

網(wǎng)頁(yè)、PC、安卓系統(tǒng)、蘋果系統(tǒng)等多種平臺(tái)都可以流暢的運(yùn)行。

二、微課

在國(guó)外，微課程（ Micro-lecture） 的雛形最早見于美國(guó)北愛荷華大學(xué)LeRoy A.McGrew 教授所提出的60 秒課程（ 60-Second Course）， 以及英國(guó)納皮爾大學(xué)T.P.Kee 提出的一分鐘演講（The One Minute Lecture，簡(jiǎn)稱OML ）。在國(guó)內(nèi)， 自2010 年廣東省佛山市教育局胡鐵生基于現(xiàn)有教育信息資源利用率低的現(xiàn)狀，率先給出微課概念以來，隨著國(guó)內(nèi)外微課實(shí)踐的不斷豐富和相關(guān)研究的逐步深化，人們對(duì)微課的認(rèn)識(shí)也越來越深刻、全面，其概念內(nèi)涵也在不斷發(fā)展、豐富[2]。

同時(shí)，在提倡以“學(xué)生為中心”教育理念的時(shí)代背景下，與移動(dòng)學(xué)習(xí)、泛在學(xué)習(xí)、碎片化學(xué)習(xí)、翻轉(zhuǎn)課堂等融合互聯(lián)網(wǎng)精神的學(xué)習(xí)理念思潮相結(jié)合，為微課的廣泛傳播提供了教育應(yīng)用的土壤。微課是信息技術(shù)發(fā)展與教育變革時(shí)代相結(jié)合的產(chǎn)物，也是技術(shù)與教學(xué)應(yīng)用融合的高級(jí)階段。

所謂微課簡(jiǎn)單說就是目標(biāo)單一、內(nèi)容短小、時(shí)間很短、結(jié)構(gòu)良好的視頻學(xué)習(xí)資料[3]。具體地說具有以下特點(diǎn)。

（一）微課匯集多種軟件技術(shù)

微課的靈魂在于它的技術(shù)性。包括圖片、文字、聲音、光線、顏色等多種表現(xiàn)主題的素材，制作者需要對(duì)這些素材進(jìn)行技術(shù)加工，從心理學(xué)的角度對(duì)素材進(jìn)行特效處理，主要目的就是通過這些效果共振耳膜、吸引眼球，引起學(xué)習(xí)者的視覺和聽覺的注意，盡可能地激發(fā)多種感覺器官進(jìn)行互動(dòng)，激發(fā)學(xué)習(xí)者的自主學(xué)習(xí)能力。

（二）微課要有獨(dú)特的創(chuàng)造性

微課的生命力在于它的創(chuàng)造性。內(nèi)容新穎、形式新奇、方法獨(dú)特、思想超前，迎合學(xué)習(xí)者的心理、感受，形成共鳴，與其交心，這樣才能被學(xué)習(xí)者接受、吸收，才能生存和發(fā)展。

（三）微課內(nèi)容必須科學(xué)、合理

微課的影響力在于它的科學(xué)性。對(duì)于重要的概念性的內(nèi)容要給出參考資料，對(duì)于技術(shù)含量比較高的操作方法需要專家現(xiàn)身說法，對(duì)于理論性比較強(qiáng)的基礎(chǔ)知識(shí)需要錄制名師講解，對(duì)于無法實(shí)現(xiàn)仿真的結(jié)果必要時(shí)給出現(xiàn)場(chǎng)錄像。微課不但要注重表現(xiàn)形式的技術(shù)性、創(chuàng)新性還要兼顧內(nèi)容不能違背科學(xué)、不能違背教材、不能違背常理，這樣才能被學(xué)習(xí)者繼承、發(fā)揚(yáng)和傳播。

三、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與微課結(jié)合教學(xué)設(shè)計(jì)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是學(xué)生實(shí)踐過程，微課是為更好地實(shí)踐提供理論指導(dǎo)。把微課教學(xué)有機(jī)地融入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中是微課研發(fā)的一個(gè)方向，也將是虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要內(nèi)容。微課的內(nèi)容包括基本概念、基本理論、基本的實(shí)驗(yàn)操作方法。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是具體的實(shí)踐過程，是在微課指導(dǎo)下，流暢的實(shí)驗(yàn)操作過程。依據(jù)這個(gè)思路，得出以下設(shè)計(jì)模型：

模型中包括虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)過程和微課在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的作用，本文主要論述微課的作用。

（一）微課引領(lǐng)實(shí)驗(yàn)

學(xué)生進(jìn)入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室后將觸發(fā)微課視頻，視頻內(nèi)容包括歡迎詞、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)意義及實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)測(cè)試。抓住學(xué)生的心理，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，把學(xué)生吸引進(jìn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室中，把沒有掌握實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)生攔在門口。

（二）微課指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)

學(xué)習(xí)者進(jìn)入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)有虛擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)及實(shí)驗(yàn)儀器，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室里可以隨意游走，在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上有虛擬實(shí)驗(yàn)教材，通過點(diǎn)擊教材可以觸發(fā)微課實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)視頻，視頻給出簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)操作流程，通過微課的指引，使其明白先干什么、后干什么，使其由一頭霧水轉(zhuǎn)變?yōu)轭^腦清醒，使其由茫然變?yōu)榛砣婚_朗，使其由不知所措變?yōu)椴僮髁鲿场?/p>

（三）微課提示實(shí)驗(yàn)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)比較復(fù)雜煩瑣的內(nèi)容，在實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)、難點(diǎn)處設(shè)置實(shí)驗(yàn)節(jié)點(diǎn)，在節(jié)點(diǎn)處如果操作錯(cuò)誤將不能進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)，當(dāng)累計(jì)操作一定次數(shù)還不能正確完成實(shí)驗(yàn)則觸發(fā)微課提示視頻，視頻將結(jié)合理論知識(shí)，提出難點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)，使學(xué)習(xí)者實(shí)踐過程更加流暢，心情更加愉悅。

（四）微課總結(jié)實(shí)驗(yàn)

整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程以百分制記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。根據(jù)操作時(shí)間設(shè)定不同的分值，在節(jié)點(diǎn)處根據(jù)出現(xiàn)的錯(cuò)誤次數(shù)進(jìn)行扣分，整個(gè)實(shí)驗(yàn)操作完畢，根據(jù)學(xué)習(xí)者最終的得分情況觸發(fā)不同的微課總結(jié)視頻，視頻給出不同的評(píng)價(jià)，對(duì)于難點(diǎn)、重點(diǎn)的掌握情況給予強(qiáng)調(diào)和鼓勵(lì)，當(dāng)分值達(dá)到要求才能觸發(fā)下一個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，如果沒有達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求的分值則程序?qū)⒎祷貙?shí)驗(yàn)開始狀態(tài)。

四、總結(jié)

網(wǎng)絡(luò)3D虛擬仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)注重實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性。首先是視覺仿真，如臨其境;然后是操作仿真，對(duì)錯(cuò)迥異;最后是結(jié)果仿真，科學(xué)合理。微課重點(diǎn)放在其權(quán)威性。引經(jīng)據(jù)典，專家指導(dǎo)，名師講解，實(shí)景拍攝，理論和實(shí)踐緊密結(jié)合。微課的理論不能脫離教材，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)不能脫離實(shí)踐。通過反復(fù)的實(shí)踐驗(yàn)證結(jié)論的正確性、科學(xué)性，才能創(chuàng)作出合理的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，才能被學(xué)習(xí)者所接受、傳播，最終才能提高學(xué)習(xí)者的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

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