虛擬現(xiàn)實技術(shù)在國家開放大學(xué)計算機專業(yè)課程教學(xué)中的應(yīng)用

方程

摘要：虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一種受科技快速發(fā)展而成的全新技術(shù)手段，它的教學(xué)方式?jīng)Q定了它與新的教學(xué)模式的不斷契合。本文通過介紹虛擬現(xiàn)實技術(shù)在國家開放大學(xué)計算機專業(yè)課程教學(xué)中的應(yīng)用來體現(xiàn)其科學(xué)技術(shù)的教學(xué)特點，并結(jié)合這些特點，進行完美的應(yīng)用，解決傳統(tǒng)教學(xué)方式直觀性差，交互能力弱的問題。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實技術(shù)；計算機教學(xué)；直觀性；交互能力

中圖分類號：TP393 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）15-0147-02

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一種受科技快速發(fā)展而成的全新技術(shù)手段，隨著這些技術(shù)的不斷發(fā)展，它在生活中也不斷被應(yīng)用，在教學(xué)方面，這種模式也隨著新的課改需求不斷地被推廣。虛擬現(xiàn)實的教學(xué)特點決定了它與新的教學(xué)模式的不斷契合，通過介紹虛擬現(xiàn)實技術(shù)在國家開放大學(xué)計算機專業(yè)課程教學(xué)中的應(yīng)用來體現(xiàn)其科學(xué)技術(shù)的教學(xué)特點。

國家開放大學(xué)是在教育部下，以現(xiàn)代信息技術(shù)為支撐，共同進行學(xué)歷教育與非學(xué)歷教育，通過遠程開放教育的新型高等學(xué)校[1]。它以建立面向地區(qū)的高等學(xué)府為目的，將地區(qū)經(jīng)濟與社會發(fā)展和高等教育尤其是高等職業(yè)技術(shù)教育的需求相聯(lián)系，深化高等教育改革。國家開放大學(xué)實行普職成滲透、職前職后溝通、學(xué)歷與非學(xué)歷教育并舉的人才培養(yǎng)。

虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，以下簡稱VR）具有多感官、可視化、三維立體空間和可交互等重要特征[2]。本文主要分析了國家開放教學(xué)過程中VR技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，并對其未來發(fā)展趨勢進行了簡單的探索，以期為相關(guān)教育學(xué)者提供一定的研究資料。

1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的概述

1.1虛擬現(xiàn)實技術(shù)介紹

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，虛擬技術(shù)也應(yīng)運而生。作為高新技術(shù)飛速發(fā)展的產(chǎn)物早在20世紀(jì)60年代，就已經(jīng)面世，但是受到當(dāng)下計算機技術(shù)和產(chǎn)品應(yīng)用場景的局限，VR技術(shù)的發(fā)展相對比較緩慢。直到20世紀(jì)80年代隨著相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，才逐漸進入大眾的視野得到人們的關(guān)注，目前已經(jīng)作為熱門技術(shù)成為計算機科學(xué)，信息科學(xué)和教育中多個領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。VR是一門綜合技術(shù)學(xué)科，它涉及計算算法、計算機圖形圖像、人工智能、人機交互和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)以及人類行為學(xué)和工程學(xué)等關(guān)鍵技術(shù)。綜合這些技術(shù)后向更高層次的滲透和發(fā)展，為用戶提供更加逼真的體驗，克服了傳統(tǒng)視覺技術(shù)不能直接觀察事物和它們運動變化規(guī)律的問題，這是多媒體技術(shù)發(fā)展的一個很重要的環(huán)節(jié)。

一直以來，人們在感知事物進行學(xué)習(xí)的方法主要是通過現(xiàn)實世界的實踐和知識資源的學(xué)習(xí)。前者通過現(xiàn)實社會的接觸進行感知獲取信息資源，后者通過他人的經(jīng)驗間接的了解知識。VR技術(shù)從發(fā)展至今能夠為人類提供一種全新的視覺概念，即虛擬世界，它能夠通過一定比例完全模擬現(xiàn)實社會的狀態(tài)，使人們能夠更加方便的接觸和感知世界。

VR技術(shù)能夠通過三維建模功能創(chuàng)建多感知的虛擬世界，虛擬世界包含人體視覺、聽覺、感覺、觸覺等多重感知，通過相應(yīng)比例模擬現(xiàn)實，從而讓人們在這種虛擬的環(huán)境中產(chǎn)生同等的視覺、聽覺和觸覺，讓人處在“實中有虛，虛中有實”的環(huán)境中。VR的交互設(shè)計需要人們VR技術(shù)能夠具有強大的計算機處理能力和實時的人機交互環(huán)境，通過這些技術(shù)保證用戶的沉浸感。

1.2虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用

美國作為VR技術(shù)的發(fā)源地，從起源至今不斷的技術(shù)發(fā)展使得他們在虛擬空間領(lǐng)域獲得了遙遙領(lǐng)先的成績。虛擬技術(shù)目前已經(jīng)應(yīng)用在虛擬校園、虛擬游戲和虛擬購物等多個領(lǐng)域。在教育方面美國的辛辛那提大學(xué)、斯坦福大學(xué)很早就通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)創(chuàng)建了虛擬校園的教學(xué)方式，通過遠程技術(shù)實現(xiàn)在線教學(xué)，避免了教學(xué)資源的浪費。在我國虛擬現(xiàn)實技術(shù)在航空航天技術(shù)、軍事科技和建筑設(shè)計等專業(yè)方向也得到了廣泛的應(yīng)用。目前國內(nèi)的哈爾濱工業(yè)大學(xué)、上海交通大學(xué)和清華大學(xué)也通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)制作了一批虛擬高校的教學(xué)教程。同樣的在虛擬校園的建設(shè)中，通過虛擬漫游技術(shù)創(chuàng)建了多所虛擬圖書館的應(yīng)用。研究這些VR技術(shù)在這些方面的應(yīng)用可以幫助VR技術(shù)在目前大學(xué)教學(xué)中的使用，加速和促進VR技術(shù)在學(xué)校教學(xué)的普及。

1.3虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用

在教學(xué)過程中，隨著Internet互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境技術(shù)的不斷發(fā)展，利用數(shù)字圖書館的網(wǎng)絡(luò)化特征使普通用戶的使用越來越方便，在此基礎(chǔ)上加入VR技術(shù)，可以使其更加的具有可視化和交互性的能力，增加數(shù)字圖書館的在功能上的服務(wù)特色。數(shù)字圖書館沒有傳統(tǒng)圖書館的館舍場地的限制。將圖書館與VR的人機交互、生成虛擬空間技術(shù)相結(jié)合并引入到數(shù)字圖書館中，讓讀者能夠親臨其中[3]。VR技術(shù)能夠模擬模擬虛擬的圖書館館舍，使數(shù)字圖書館真實地呈現(xiàn)在讀者面前，在更通過三維虛擬技術(shù)增加互動，給讀者帶了數(shù)字傳統(tǒng)圖書館的親近感。

在教學(xué)課程的過程中一個功能完善的虛擬漫游系統(tǒng)，不僅可以使用戶通過平臺在虛擬教室中學(xué)習(xí)，還可以獲得直觀的進行學(xué)習(xí)互動，了解教學(xué)內(nèi)容的推進過程，充分體現(xiàn)數(shù)字課堂超越傳統(tǒng)視頻教學(xué)的優(yōu)勢。這也恰到好處地彌補了視頻教學(xué)在描述教學(xué)課程時真實性、形象性的缺點，目前采用的視頻技術(shù)來對教學(xué)內(nèi)容和關(guān)鍵知識點進行展示，既存在片面性，又缺乏連續(xù)性。

2 國家開放大學(xué)的計算機專業(yè)教學(xué)現(xiàn)狀

2.1國家開放大學(xué)的計算機教學(xué)特點

傳統(tǒng)教學(xué)隨著社會和科技的發(fā)展也在不斷的進步。目前計算機技能在我們?nèi)粘５纳罟ぷ骱蛯W(xué)習(xí)中，擁有非常重要的地位。國家開放大學(xué)也認識到其專業(yè)的重要性，基于計算機課程特點，采取合理的方式教學(xué)，提高學(xué)生計算機技能，更好地適應(yīng)社會的發(fā)展。

計算機課程特點：

1）計算機課程具有實時性，作為一門新興學(xué)科，其內(nèi)容隨著計算機科學(xué)的發(fā)展不斷更新。

2）計算機課程具有工具性。作為一個工具，方便我們?nèi)粘５墓ぷ骱蜕睢?/p>

3）計算機課程具有應(yīng)用性。在軍事、經(jīng)濟高學(xué)科領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用，計算機學(xué)科會與其他專業(yè)進行結(jié)合。

2.2國家開放大學(xué)的計算機教學(xué)的不足

在國家開放大學(xué)中，學(xué)生的來源是相對來說參差不齊，學(xué)生的知識層次和知識儲備具有明顯的差距[4]，這些差異性導(dǎo)致教學(xué)過程的可塑性較差。另外，計算機在很多國家開放大學(xué)使用普適度較低，理論基礎(chǔ)相當(dāng)薄弱。這就給學(xué)生產(chǎn)生一種神秘感和畏懼感，認為計算機的學(xué)習(xí)非常困難，所以，老師在教學(xué)過程中很難把握學(xué)生的特點。

另一方面計算機教學(xué)很多內(nèi)容非常的抽象，理論知識較多，學(xué)生無法具體的理解學(xué)習(xí)的內(nèi)容，在理解和接受知識的時候存在困難。傳統(tǒng)的專業(yè)課教學(xué)，通過模擬軟件展示傳授計算機專業(yè)知識，對學(xué)生產(chǎn)生直觀的印象和認識。但是這些認識是片段的，只能通過部分的知識點進行教學(xué)，不存在整體的實踐印象[5]。

3虛擬現(xiàn)實技術(shù)在開放大學(xué)計算機專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用

3.1虛擬現(xiàn)實與信息資源建設(shè)

教學(xué)的主要內(nèi)容是向?qū)W生提供具有實操性基礎(chǔ)文化知識，教學(xué)資源的收集、整理和演示作為大學(xué)教學(xué)體系的一部分，是教學(xué)過程的業(yè)務(wù)工作重點。而教學(xué)資源的演示是整個教學(xué)工作的基礎(chǔ)。虛擬現(xiàn)實教學(xué)是創(chuàng)建了網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下新的教育行業(yè)形態(tài)，VR技術(shù)教學(xué)利用科學(xué)技術(shù)，對教學(xué)資源的網(wǎng)絡(luò)化、形式化以及教學(xué)資源進行分布式存儲和管理，利用VR技術(shù)友好、可交互的服務(wù)特點，讓人們能夠真實感官的獲取信息資源。與傳統(tǒng)教學(xué)資源的建設(shè)一樣，在三維立體信息資源建設(shè)也是VR教學(xué)的基礎(chǔ)，缺乏信息資源的建設(shè)，VR技術(shù)的服務(wù)就會成為“無本之木”。

3.2虛擬現(xiàn)實技術(shù)再現(xiàn)計算機教學(xué)的信息資源

教學(xué)資源的本質(zhì)是將信息原始化，它包括內(nèi)容和形式兩個方面。傳統(tǒng)的教學(xué)方式方面，內(nèi)容的原始性基于形式的原始性來證實和表達，尤其是理論性的知識，文字成為兩種原始性的重要方式。而對于計算機學(xué)科的教學(xué)資源，雖然具有便于可操作性直觀的特點，但其抽象化還是難以克服。目前已有一些技術(shù)可通過視頻演示來還原內(nèi)容的原始性，但需要學(xué)習(xí)教學(xué)資源方便的同時，希望能夠提高資源形式的可交互性，使參與者能夠身臨其境復(fù)，與實體操作毫無兩樣。VR技術(shù)很好地解決了這些問題，能夠通過三維建模實現(xiàn)仿真方便參與者交互。VR不僅可以在教學(xué)課程實現(xiàn)三維信息資源的建設(shè)，還可以與其他計算機技術(shù)相結(jié)合，對一些實踐練習(xí)提供方便的機會。從而將信息資源的內(nèi)涵再現(xiàn)，開拓新的教學(xué)方式。

3.3虛擬現(xiàn)實技術(shù)再現(xiàn)了計算機教學(xué)的實驗效果

人類感知的主要來源是視覺，可視化技術(shù)將人類的感知能力充分發(fā)揮。信息可視化在教學(xué)中是一個全新的領(lǐng)域，信息技術(shù)的可視化就是提高主體與用戶之間的交互能力。計算機將可視化技術(shù)充分發(fā)揮人類的主觀能動性和靈活性?，F(xiàn)如今計算機利用圖形圖像處理技術(shù)實現(xiàn)了復(fù)雜的可視化和虛擬化展示，VR技術(shù)結(jié)合了計算機圖形圖像學(xué)、多媒體、網(wǎng)絡(luò)、分布式存儲等技術(shù)，將人類帶入身臨其境的環(huán)境中，改變了計算機教學(xué)生硬、枯燥、被動的狀態(tài)。目前在部分的高校中已經(jīng)在進行了教學(xué)嘗試，通過VR技術(shù)可以在學(xué)科教學(xué)、練習(xí)等方面進行利用，實現(xiàn)了計算機專業(yè)教學(xué)的可視化能力。

4總結(jié)

虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，以下簡稱VR）具有多視感性、可視化、三維立體和可交互性等重要特征，是一門已應(yīng)用于多學(xué)科、多領(lǐng)域的綜合技術(shù)。VR技術(shù)能夠通過三維建模功能創(chuàng)建接近現(xiàn)實的虛擬世界，結(jié)合人體視據(jù)、聽覺、觸覺等多重感知。虛擬世界按照相應(yīng)的比例再現(xiàn)現(xiàn)實世界，從而讓人們在這種虛擬的環(huán)境中產(chǎn)生同等的視覺、聽覺和觸覺，讓人處在“實中有虛，虛中有實”的環(huán)境中。使人身臨其境，改變傳統(tǒng)計算機教學(xué)中生硬、枯燥和被動的學(xué)習(xí)狀態(tài)。VR技術(shù)在學(xué)科教學(xué)、學(xué)科練習(xí)等領(lǐng)域的應(yīng)用，將信息資源再現(xiàn)，實現(xiàn)了計算機教學(xué)的可視化。

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