芻議計(jì)算機(jī)教學(xué)中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)VR的應(yīng)用

◆趙 炎

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芻議計(jì)算機(jī)教學(xué)中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)VR的應(yīng)用

◆趙 炎

（江蘇省宿遷經(jīng)貿(mào)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校 江蘇 223600）

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為近些年來(lái)信息技術(shù)領(lǐng)域的一項(xiàng)熱點(diǎn)技術(shù)，在人們的生活日常中漸漸得到廣泛應(yīng)用，尤其是在教育上的應(yīng)用，開(kāi)創(chuàng)出了新的教學(xué)模式。對(duì)此，本文結(jié)合筆者實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，首先分析了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基本特征，然后簡(jiǎn)要論述了當(dāng)前計(jì)算機(jī)教學(xué)現(xiàn)狀，最后就高職院校計(jì)算機(jī)教學(xué)中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)VR的應(yīng)用，展開(kāi)了進(jìn)一步探討。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；計(jì)算機(jī)教學(xué)；教學(xué)課件

0 前言

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)即Virtual Reality簡(jiǎn)稱VR，又稱作靈境技術(shù)，這是隨著科技迅猛發(fā)展而出現(xiàn)的一項(xiàng)全新技術(shù)，伴隨這些技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，當(dāng)前已在航天航空、軍事訓(xùn)練、建筑設(shè)計(jì)以及醫(yī)學(xué)實(shí)習(xí)等眾多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。此種技術(shù)，在教學(xué)方面也隨著新課改進(jìn)程的不斷深入，而被持續(xù)推廣。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)VR的基本特征

利用多傳感交互技術(shù)、高分辨顯示技術(shù)及三維圖形生成技術(shù)，生成三維逼真的虛擬環(huán)境，是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的本質(zhì)。使用者通過(guò)佩戴傳感設(shè)備，如數(shù)據(jù)手套、特殊的頭盔，或是借助鼠標(biāo)、鍵盤(pán)等輸入設(shè)備，便能夠進(jìn)入到虛擬空間內(nèi)，感知、操作虛擬世界內(nèi)的各種對(duì)象，成為虛擬環(huán)境之中的一員，從而得到身臨其境的體驗(yàn)。虛擬三維能夠隨著需要交替更迭，用戶是融合到其中，交互性地感受、體驗(yàn)虛擬現(xiàn)實(shí)世界中的三維多媒體內(nèi)容，不再是被動(dòng)地觀看。所以，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有如下幾點(diǎn)基本特征：沉浸性、交互性及多感知性。其中交互性及沉浸性是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)最重要的兩個(gè)基礎(chǔ)特征，現(xiàn)如今的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)根據(jù)所傾向的特征差異，可主要分為四個(gè)層次：桌面式、增強(qiáng)式、沉浸式以及網(wǎng)絡(luò)分布式虛擬現(xiàn)實(shí)。

桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，是指將中、低檔工作站或是PC機(jī)，作為虛擬環(huán)境的產(chǎn)生器，單投影墻或計(jì)算機(jī)屏幕則是使用者進(jìn)行虛擬環(huán)境觀察的窗口，但由于其較易被周圍真實(shí)環(huán)境干擾，沉浸感相較弱，不過(guò)其所需成本不高，仍較為普及。而沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，主要是通過(guò)各種高性能圖形家屬卡、高檔工作站與交互設(shè)備，通過(guò)力、觸覺(jué)以及聲音等方式，將周圍現(xiàn)實(shí)環(huán)境有效地屏蔽掉，從而讓參與者能夠充分、完全地沉浸在虛擬世界之內(nèi)。增強(qiáng)式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，則能讓使用者在看到現(xiàn)實(shí)環(huán)境中物體的時(shí)候，還可將虛擬環(huán)境中的圖形在真實(shí)的物體之上疊加，穿透型頭戴式顯示器能把使用者實(shí)際的環(huán)境與計(jì)算機(jī)所產(chǎn)生的圖形重疊起來(lái)，此系統(tǒng)主要是依靠于虛擬現(xiàn)實(shí)位置跟蹤技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)精確的重疊。網(wǎng)絡(luò)分布式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是由上面幾種類型所組成的大型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，在更為復(fù)雜的任務(wù)研究中得以應(yīng)用。

2 計(jì)算機(jī)課程教學(xué)現(xiàn)狀

2.1計(jì)算機(jī)課程教學(xué)特點(diǎn)

伴隨信息化建設(shè)地持續(xù)推進(jìn)，和計(jì)算機(jī)相關(guān)的專業(yè)技術(shù)占據(jù)愈加重要的地位，關(guān)于計(jì)算機(jī)的教學(xué)也已成為教學(xué)熱點(diǎn)，基于計(jì)算機(jī)課程內(nèi)容所具有的特殊性，筆者認(rèn)為計(jì)算機(jī)教學(xué)有著如下特點(diǎn)：

（1）計(jì)算機(jī)課程有著極強(qiáng)的操作性，是一個(gè)工具；

（2）計(jì)算機(jī)課程內(nèi)容會(huì)隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，而進(jìn)行不斷更新，不是一成不變的；

（3）計(jì)算機(jī)課程在不同領(lǐng)域的應(yīng)用是具有區(qū)別的，并且應(yīng)用十分廣泛。因此，新課改背景下的高職院校計(jì)算機(jī)課程教學(xué)，不僅要能與時(shí)代始終緊密相聯(lián)，還要針對(duì)專業(yè)技能的不同采用多種多樣的教學(xué)模式。

2.2計(jì)算機(jī)課程教學(xué)存在的不足

很多學(xué)生在剛接觸到計(jì)算課程的時(shí)候，對(duì)于相關(guān)知識(shí)都是不熟悉感到較為陌生的，覺(jué)得計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)不容易。這是由于學(xué)生們之前并未系統(tǒng)的學(xué)習(xí)過(guò)這些，再加之他們來(lái)自于五湖四海，教育水平也存在差異，這就使得教師在教學(xué)的過(guò)程中，較難將課程的教學(xué)方式準(zhǔn)確把握住。與此同時(shí)，計(jì)算機(jī)教學(xué)的不少內(nèi)容都對(duì)抽象思維有著一定要求，不是那么直觀，實(shí)際的操作和理論知識(shí)兩組間存在有差距，使得不少學(xué)生難以對(duì)所學(xué)內(nèi)容做到完全理解，或者內(nèi)容理解了，但不能實(shí)際展開(kāi)操作。在過(guò)去，教師授課時(shí)所采用軟件模擬或是在計(jì)算機(jī)上直接操作，如此來(lái)讓學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)有一個(gè)直觀的印象，但由于不是學(xué)生自己親身操作，缺乏整體的實(shí)踐經(jīng)歷，不可避免會(huì)存在理解上的偏差，且這些知識(shí)都是片段的。在新形勢(shì)下，這些教學(xué)方式已然不能有效地適應(yīng)新要求。

3 高職院校計(jì)算機(jī)教學(xué)中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)VR的具體應(yīng)用

3.1課件的制作

我們知道，計(jì)算機(jī)專業(yè)課程具有較強(qiáng)的邏輯性及實(shí)踐性，學(xué)生在學(xué)習(xí)相關(guān)理論知識(shí)的時(shí)候，往往對(duì)相關(guān)概念與原理的理解較為吃力，而借助VR技術(shù)進(jìn)行3D課件制作，能使這個(gè)問(wèn)題得到有效的解決。如此一來(lái)，學(xué)生便可從不同角度進(jìn)行觀察，例如，教學(xué)《計(jì)算機(jī)組裝》一課，在過(guò)去利用傳統(tǒng)多媒體課件，只能夠讓學(xué)生們對(duì)電腦中各個(gè)元器件的功能與特性有一個(gè)片面了解，而通過(guò)利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所制作出的課件，則能以3D形式將各種元器件直觀地表現(xiàn)出來(lái)，同時(shí)還可將組裝的過(guò)程通過(guò)動(dòng)畫(huà)演示。同時(shí)，通過(guò)軟件制作的交互的、3D的虛擬系統(tǒng)，學(xué)生們還能通過(guò)對(duì)相關(guān)軟件的操作進(jìn)入到該系統(tǒng)內(nèi)，與虛擬對(duì)象交互，觀察對(duì)象的整體結(jié)構(gòu)、細(xì)節(jié)。這樣一來(lái)，不僅能加快學(xué)生知識(shí)的接收、消化速度，也使其學(xué)習(xí)興趣得到很大程度提高。

又比如，在學(xué)習(xí)《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)》之時(shí)，以往所采用的都是教師在課堂上講解，學(xué)生在下面聽(tīng)、記筆記，然后再根據(jù)所學(xué)知識(shí)到機(jī)房進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式。這種教學(xué)模式，顯然已無(wú)法滿足現(xiàn)在高職院校學(xué)生的發(fā)展、成長(zhǎng)需要?，F(xiàn)如今，高職院校的學(xué)生都具有自身的個(gè)性，學(xué)習(xí)情緒化的情況比較普遍，對(duì)枯燥、無(wú)趣的內(nèi)容學(xué)習(xí)效率較低，而對(duì)感興趣的東西有著較高的積極性。再比如，教學(xué)《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》之時(shí)，常用的數(shù)據(jù)算法較為抽象，學(xué)生不容易掌握，傳統(tǒng)的教學(xué)模式較難直觀地把隱形調(diào)用堆棧展現(xiàn)出，不利于學(xué)生的理解、認(rèn)知。因此，要想學(xué)生在課堂上的學(xué)習(xí)興趣得以有效提升，作為新時(shí)期的教育工作者須在教學(xué)方法上多下功夫，使用VRML技術(shù)制作出于課程相適合的交互課件，在降低課程內(nèi)容學(xué)習(xí)難度的同時(shí)，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3.2建設(shè)基于虛擬儀器的虛擬實(shí)驗(yàn)室

眾所周知，計(jì)算機(jī)專業(yè)是走在科技前端的，課程有著很強(qiáng)的實(shí)踐性，儀器設(shè)備的更新?lián)Q代也十分快，尤其是處在當(dāng)前這種創(chuàng)新教育引領(lǐng)學(xué)生發(fā)展的環(huán)境下，配置的設(shè)備平均在三兩年左右，就開(kāi)始滿足不了學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的需求。而購(gòu)置這些儀器設(shè)備的所需經(jīng)費(fèi)是高額的，這就給許多高職院校實(shí)驗(yàn)教學(xué)的穩(wěn)定發(fā)展形成阻礙。投資建設(shè)一套相應(yīng)的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的所需經(jīng)費(fèi)，與建設(shè)實(shí)際實(shí)訓(xùn)場(chǎng)所相比較，無(wú)疑要少很多。并且，采用VR技術(shù)的實(shí)訓(xùn)基地，面對(duì)設(shè)備更新?lián)Q代，在原有基礎(chǔ)上完善和改進(jìn)的投入也能得到較低程度降低。所以，高職教育走出實(shí)驗(yàn)困境的一條有效路徑，就是從科學(xué)技術(shù)上尋求實(shí)用的、新型的方法，來(lái)建設(shè)基于虛擬儀器的虛擬實(shí)驗(yàn)室。

虛擬實(shí)驗(yàn)室可以是虛擬構(gòu)想的實(shí)驗(yàn)室，也可以是再現(xiàn)某一現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室。例如，在建設(shè)廣域網(wǎng)與城域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)之時(shí)，不用將網(wǎng)絡(luò)真正地構(gòu)建起來(lái)，便能夠如同進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的操作，親身體驗(yàn)。此外，我們知道計(jì)算機(jī)組裝和軟件維護(hù)，是一項(xiàng)較為基礎(chǔ)但又不容易做好的實(shí)驗(yàn)，而通過(guò)VR技術(shù)創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)的虛擬計(jì)算機(jī)，則能使操作過(guò)程中學(xué)生破壞電腦軟硬件的情況得到有效避免。學(xué)生們能夠在虛擬機(jī)上展開(kāi)系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置、進(jìn)行硬件的裝卸，或是軟件的升級(jí)、安裝、維護(hù)等等操作。在實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后，教師也不用為了準(zhǔn)備下一批次學(xué)生所需進(jìn)行的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，而花費(fèi)過(guò)多的時(shí)間去恢復(fù)設(shè)備、操作。

3.3輔助信息資源的建設(shè)

向?qū)W生們提供有著實(shí)際操作性的基礎(chǔ)知識(shí)，是計(jì)算機(jī)教學(xué)的主要內(nèi)容，教學(xué)資源的收集、整理及演示不僅是計(jì)算機(jī)教學(xué)體系不可或缺的組成部分，也是教學(xué)工作中的基礎(chǔ)。通過(guò)應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)VR技術(shù)，能夠在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下創(chuàng)建出新的數(shù)據(jù)庫(kù)，計(jì)算機(jī)課程教學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)及與之相關(guān)的數(shù)據(jù)資料，則是這些信息資源的來(lái)源。應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)教學(xué)資源進(jìn)行形式化、網(wǎng)絡(luò)化，及對(duì)于教學(xué)資源本身展開(kāi)分布式存儲(chǔ)管理，不僅使信息得到了有效保存，還有助于及時(shí)地查閱和更新。正是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所具備的可交互服務(wù)特點(diǎn)，使學(xué)生可以隨時(shí)、真實(shí)地獲得信息資源。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，隨著新課改地不斷深入及科學(xué)技術(shù)地不斷發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)地有效應(yīng)用，能夠把最新技術(shù)所產(chǎn)生的大量教學(xué)信息展現(xiàn)在學(xué)生眼前，直接地表現(xiàn)出來(lái)，加快學(xué)生的理解、掌握。不僅能夠使高昂的實(shí)驗(yàn)儀器費(fèi)用得到很大節(jié)省，還能夠?qū)?shí)驗(yàn)“儀器”重復(fù)使用并時(shí)常更新，更是能夠?qū)⒂?jì)算機(jī)課程中較為抽象的概念形象化和直觀化，通過(guò)對(duì)學(xué)生聽(tīng)覺(jué)及視覺(jué)的刺激，使學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性與積極姓得到有效調(diào)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)教學(xué)效果的提高。

[1]康麗艷.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用思考[J].數(shù)字化用戶，2017.

[2]盧寶山.高職院校計(jì)算機(jī)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的探索[J].教育現(xiàn)代化，2017.

[3]劉瑩.計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高校體育教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].無(wú)線互聯(lián)科技，2017.

[4]向欣.VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高校游戲設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].現(xiàn)代職業(yè)教育，2017.