基于VR技術(shù)在多媒體教學(xué)模式中的應(yīng)用研究

馮長喜++段一明++張煜坤

摘 要：在教育中引入VR技術(shù)，既符合計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)，也適應(yīng)我國教育事業(yè)發(fā)展的需求。在某種程度上，解決了學(xué)校經(jīng)費(fèi)不足的難題，緩解了實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足問題，通過VR技術(shù)建立虛擬的現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)室，打破傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)場地和設(shè)備限制，改變傳統(tǒng)的教學(xué)方式、教學(xué)手段，構(gòu)建了一種全新的教學(xué)模式。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) 多媒體教學(xué) 實(shí)驗(yàn)教學(xué)

一、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基本特征

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有沉浸感、交互性、想象力等三大基本特征。

1.沉浸感：沉浸感可理解為浸入性，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)可以使人“沉浸”在計(jì)算機(jī)模擬出來的虛擬環(huán)境中而不分真假，讓使用者感覺已經(jīng)成為了虛擬世界中的一部分，從而使用者從被動(dòng)的觀察者成為主動(dòng)的參與者。理想的虛擬環(huán)境是可以達(dá)到讓使用者難分真假的程度，由于目前科學(xué)技術(shù)發(fā)展的局限性，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)研究與應(yīng)用比較成熟的只有視覺沉浸、聽覺沉浸、觸覺沉浸和嗅覺沉浸。

2.交互性：交互性主要指使用者操作虛擬物體和從虛擬環(huán)境中得到反饋信息的程度。交互性是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)同傳統(tǒng)多媒體技術(shù)差別最大的地方，強(qiáng)調(diào)人機(jī)交互的自然性，如植物的搖動(dòng)、水系的流動(dòng)、鳥蟲的鳴叫等。當(dāng)學(xué)生在虛擬環(huán)境中抓住一個(gè)實(shí)體，其感受都與自然環(huán)境中一致或者極為相似。但交互性的有效性和實(shí)時(shí)性就需要回饋設(shè)備等強(qiáng)大的硬件系統(tǒng)和特殊設(shè)備支持。

3.想象力：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有十分開放的構(gòu)想性。使用者沉浸在虛擬的環(huán)境中，除了體驗(yàn)真實(shí)的自然感覺，還可以想象一些客觀不存在的超越自然的環(huán)境。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以提供這種豐富想象空間的特點(diǎn)，能夠使學(xué)習(xí)者增加興趣，提高學(xué)習(xí)效率。

二、VR技術(shù)的教育應(yīng)用前景

計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的迅速發(fā)展使VR技術(shù)的應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大。虛擬現(xiàn)實(shí)從單純科學(xué)研究、軍事應(yīng)用等專業(yè)領(lǐng)域逐漸進(jìn)入了日常教育教學(xué)活動(dòng)中，出現(xiàn)了“虛擬教學(xué)”的新局面。這些應(yīng)用也是教育高科技的展示，是教育信息化、現(xiàn)代化的具體體現(xiàn)。實(shí)踐證明，通過VR技術(shù)可構(gòu)建一種沉浸感、想象力、交互性的三維虛擬實(shí)物場景，并在這個(gè)場景中實(shí)現(xiàn)物體的動(dòng)態(tài)交互感知，同時(shí)結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)虛擬場景的傳播和共享。VR技術(shù)在教育教學(xué)中應(yīng)用，特別是在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用可以在一定程度上緩解現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備與學(xué)生需求間的矛盾。通過三維建模技術(shù)構(gòu)建在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中所需要的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，可以讓學(xué)生“真實(shí)”感受實(shí)驗(yàn)設(shè)備的性能。利用虛擬現(xiàn)實(shí)語言結(jié)合程序設(shè)計(jì)思想可模擬實(shí)驗(yàn)的過程和實(shí)驗(yàn)中的現(xiàn)象，學(xué)生可準(zhǔn)確地認(rèn)識這些現(xiàn)象并掌握事物規(guī)律，從而達(dá)到更好的學(xué)習(xí)效果。

三、傳統(tǒng)多媒體教學(xué)中存在的主要問題

多媒體課件具有放大、再現(xiàn)、模擬、分析和探索等功能。課堂中應(yīng)用課件的這些功能，能彌補(bǔ)語言、文字描述的不足，彌補(bǔ)教學(xué)的局限性；打破單一的教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)教和學(xué)的多元化；提高課堂效率、增加課堂容量；同時(shí)能激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，有利于對知識的分析和理解。但是對于好多實(shí)驗(yàn)教學(xué)，傳統(tǒng)的多媒體教學(xué)的效果就會大打折扣。比如，許多實(shí)驗(yàn)性科目的特性決定了不能在實(shí)際運(yùn)營設(shè)備上進(jìn)行學(xué)員的培訓(xùn)工作，在學(xué)生的培訓(xùn)中，傳統(tǒng)多媒體教學(xué)大多是理論講解和課件展示學(xué)習(xí)，通過實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)的積累來完成的，現(xiàn)場的運(yùn)行設(shè)備是不能隨意操作的。有些故障只能在實(shí)際發(fā)生時(shí)才能得到實(shí)際操作的機(jī)會，致使受訓(xùn)學(xué)生只有感性認(rèn)識，沒有實(shí)際操作的經(jīng)驗(yàn)。這樣一來，學(xué)生即使理論知識再純熟，實(shí)踐中遇到一些臨時(shí)操作和事故處理顯得束手無策，時(shí)常出現(xiàn)誤操作和事故擴(kuò)大等嚴(yán)重后果。VR技術(shù)與多媒體技術(shù)的結(jié)合，可以切實(shí)提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平，為學(xué)生提供更多實(shí)踐的機(jī)會，將會使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)變得更“真實(shí)”，從傳統(tǒng)的以教材、教室為中心，轉(zhuǎn)變?yōu)橐阅M技能為中心。

四、VR技術(shù)輔助多媒體展開教學(xué)的主要應(yīng)用分析

1.VR技術(shù)在跳傘訓(xùn)練中的應(yīng)用利用

通過引進(jìn)VR技術(shù)可以建立一個(gè)真實(shí)模擬跳傘中的視覺、聽覺、觸覺等環(huán)境的訓(xùn)練系統(tǒng)。傘兵們戴上特制的VR眼鏡，穿上電腦控制的背帶系統(tǒng)，配合軟件模擬，不僅可以同步看到在空中的真實(shí)場景，還能隨著操縱感受空中姿態(tài)的改變。VR眼鏡顯示的是跳傘員的第一視角，導(dǎo)調(diào)員則可以從第三視角監(jiān)控跳傘員在空中的情況，判斷其處置正確或者錯(cuò)誤，及時(shí)指教。

2.利用VR技術(shù)實(shí)現(xiàn)模擬飛行訓(xùn)練

以VR技術(shù)及硬件輔助為依托，以數(shù)據(jù)庫建設(shè)為基礎(chǔ)，充分利用Unity3D、3DMax、VS2015等軟件，結(jié)合VR頭盔、六自由度平臺、數(shù)據(jù)手套等外設(shè)，可以建立一套滿足飛機(jī)的通用駕駛技術(shù)、儀表飛行以及特情處置等功能性訓(xùn)練的VR模擬訓(xùn)練平臺。通過模擬飛行訓(xùn)練，不但能夠讓飛行員在實(shí)裝訓(xùn)練前就能熟悉座艙設(shè)備的邏輯控制關(guān)系，儀表信息的識別、認(rèn)讀及使用方法，而且還可以掌握飛行的操縱程序，更重要的是通過模擬發(fā)動(dòng)機(jī)停車等常見特情處置訓(xùn)練，能使飛行員及時(shí)發(fā)現(xiàn)、準(zhǔn)確判斷、正確處置特情，從而提高飛行員訓(xùn)練效率和培養(yǎng)速度。

3.利用VR技術(shù)進(jìn)行硬件組裝、維護(hù)、維修等實(shí)驗(yàn)

在大多數(shù)領(lǐng)域的硬件組裝、維護(hù)和維修教學(xué)中，都存在著或多或小的人員和設(shè)備的危險(xiǎn)，例如飛機(jī)、汽車等大型設(shè)備的維修、計(jì)算機(jī)、服務(wù)器等電子設(shè)備的升級維護(hù)，為了防止學(xué)生在操作過程中破壞設(shè)備，可以利用VR技術(shù)創(chuàng)建虛擬的教學(xué)環(huán)境，學(xué)生可以在“虛擬硬件”上進(jìn)行硬件的裝卸、系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置以及軟件的安裝、升級、維護(hù)等操作。實(shí)驗(yàn)之后，老師也不需要花費(fèi)大量的時(shí)間去恢復(fù)設(shè)備和操作，以準(zhǔn)備下一批次的學(xué)生進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)。

五、結(jié)語

VR技術(shù)已在各領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，而如果能應(yīng)用到教育領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，將會使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)變得更“真實(shí)”，從傳統(tǒng)的以教材、教室為中心，轉(zhuǎn)變?yōu)橐阅M技能為中心。在教育中引入VR技術(shù)，既符合計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)，也適應(yīng)我國職業(yè)教育發(fā)展的需求。在某種程度上，解決了學(xué)校經(jīng)費(fèi)不足的難題，緩解了實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足問題，通過VR技術(shù)建立虛擬的現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)室，打破傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)場地和設(shè)備限制，改變傳統(tǒng)的教學(xué)方式、教學(xué)手段，構(gòu)建了一種全新的教學(xué)模式。通過這種模擬環(huán)境，在有效降低培訓(xùn)成本的同時(shí)，全面的提升了培訓(xùn)效果，相信在不久，隨著這個(gè)技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，將實(shí)現(xiàn)整個(gè)教育領(lǐng)域的技術(shù)革新，可以說VR技術(shù)在多媒體教學(xué)模式中的應(yīng)用對提高教學(xué)效率具有重大意義。

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