基于VR技術(shù)的高校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

王兆

(格樂大學(xué) 國際學(xué)院，泰國曼谷 10220)

伴隨著高校辦學(xué)規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)大， 許多高校開始陸續(xù)實(shí)施多校區(qū)的模式。利用多校區(qū)模式，能夠使高校的辦學(xué)質(zhì)量與辦學(xué)條件得到保障。然而，由于地理位置的分散性比較突出，在很大程度上，不利于大學(xué)生的上課情況， 嚴(yán)重影響著課堂教學(xué)效率與教學(xué)效果。面對(duì)該情況，利用基于VR 技術(shù)的高校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)，能夠促使學(xué)生在自身校區(qū)同步上課，并建設(shè)與技術(shù)發(fā)展相適應(yīng)的教學(xué)環(huán)境，提高教學(xué)質(zhì)量。

1 VR 技術(shù)概念和特點(diǎn)

VR 技術(shù)也就是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)， 屬于計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的新技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖像技術(shù)、仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)與各種電子信息技術(shù)結(jié)合而形成了該技術(shù)。利用VR 技術(shù)，能夠?qū)ΜF(xiàn)實(shí)的虛擬世界進(jìn)行建構(gòu)，帶給人一種身臨其境的體驗(yàn)?，F(xiàn)階段，在教育、影視、醫(yī)學(xué)、 軍事等行業(yè)中，VR 技術(shù)的應(yīng)用范圍在不斷擴(kuò)大，特別是在教育領(lǐng)域的運(yùn)用不斷深入，為教育行業(yè)發(fā)展增添了新的生機(jī)。關(guān)于VR 技術(shù)方面，主要有實(shí)物虛化、虛化實(shí)化與計(jì)算機(jī)處理高性能技術(shù)構(gòu)成。其中，所謂的實(shí)物虛化，就是通過VR 技術(shù)，將現(xiàn)實(shí)世界映射至多維的信息化空間之中[1]。在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中，多維模型的建構(gòu)、視覺與空間的跟蹤、聲音的定位等是其關(guān)鍵技術(shù)。

多媒體最高級(jí)別的應(yīng)用就是VR 技術(shù)， 是許多種高新技術(shù)集成的結(jié)晶， 這些高新技術(shù)指計(jì)算機(jī)技術(shù)、計(jì)算機(jī)視覺、計(jì)算機(jī)圖形、視覺心理學(xué)、視覺生理學(xué)、微電子技術(shù)、傳感與測(cè)量技術(shù)、仿真技術(shù)、語音識(shí)別與合成技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人T 智能技術(shù)、 立體顯示技術(shù)等。 系統(tǒng)仿真技術(shù)強(qiáng)有力的支撐， 就是其逼真性與實(shí)質(zhì)交互性。 關(guān)于VR 技術(shù)方面，主要有以下特點(diǎn)。

第一，沉浸性，也被稱之為臨場(chǎng)感，在具備較高理想化的模擬環(huán)境中，用戶很難將真假辨別出來，在計(jì)算機(jī)所創(chuàng)設(shè)的三維虛擬環(huán)境中， 用戶能夠全身心投入進(jìn)來，用戶的所有感覺都是真實(shí)的如同現(xiàn)實(shí)世界。

第二，交互性，指的是在虛擬世界中，用戶對(duì)其中物體的可操作性能，比如，關(guān)于虛擬環(huán)境中虛擬的物體方面，用戶能夠直接用手抓取，手會(huì)生成握有物體的感覺，還能夠?qū)ξ矬w重量進(jìn)行感覺，伴隨著手的移動(dòng)，視野中被抓的物體也會(huì)隨之產(chǎn)生移動(dòng)。

第三，構(gòu)想性，也被稱之為自主性。 在虛擬世界的多維信息空間內(nèi)， 用戶通過自身的感知能力與認(rèn)知能力，能夠?qū)τ嘘P(guān)知識(shí)內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)，獲取將自身的主觀能動(dòng)性體現(xiàn)出來， 對(duì)問題最為理想的解決方案進(jìn)行尋找。

2 VR 技術(shù)在高校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中的作用

2.1 激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

在高校的教學(xué)活動(dòng)中， 其主要方式就是課堂教學(xué)活動(dòng)形式。 課堂教學(xué)活動(dòng)形式居于最為基礎(chǔ)的地位。在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)方式中，許多方面因素都會(huì)對(duì)教學(xué)活動(dòng)造成影響，其自身的局限性非常突出。現(xiàn)階段，多媒體教學(xué)已經(jīng)普遍應(yīng)用于高校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中，在多媒體方式中， 基于主要地位的就是二維圖像。 然而，伴隨著多媒體教學(xué)范圍的不斷擴(kuò)大，這種以二維圖像為主的多媒體方式很難吸引學(xué)生的注意， 不能夠充分調(diào)動(dòng)起學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主動(dòng)性， 影響教學(xué)質(zhì)量與效率。由此可見，傳統(tǒng)的多媒體教學(xué)方式已經(jīng)不具備教學(xué)生機(jī)與活力， 很難確保高校教學(xué)活動(dòng)的科學(xué)性、合理性與高效性[2]。

2.2 提升課堂教學(xué)質(zhì)量

在高校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)活動(dòng)中， 雖然運(yùn)用了多媒體技術(shù)，但是有些只是內(nèi)容比較抽象、具體，學(xué)生理解起來存在著很大的難度， 不利于學(xué)生對(duì)有關(guān)知識(shí)內(nèi)容的理解與掌握， 對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)活動(dòng)的順利開展造成一定程度的影響，不利于課堂教學(xué)質(zhì)量的提升。在高校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)工作中，通過VR 技術(shù)的運(yùn)用，能夠?qū)⒆陨愍?dú)特的優(yōu)勢(shì)充分體現(xiàn)出來，可以建構(gòu)有關(guān)虛擬模型，在開展具體教學(xué)活動(dòng)的過程中， 教師可以依據(jù)自身的教學(xué)需要，利用計(jì)算機(jī)，針對(duì)所建構(gòu)的虛擬模型，開展相關(guān)改變活動(dòng)， 促使學(xué)生產(chǎn)生一種身臨其境的感覺，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)有關(guān)知識(shí)內(nèi)容的理解與認(rèn)知程度。

2.3 實(shí)現(xiàn)立體教學(xué)互動(dòng)

近幾年， 我國正在大力開展現(xiàn)代信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合工作的開展， 在進(jìn)行教學(xué)與管理工作的過程中，大力推廣互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)等現(xiàn)代技術(shù)的應(yīng)用，全力打造智慧課堂、智慧實(shí)驗(yàn)室與智慧校園，以此來對(duì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主管理與自主服務(wù)的需求進(jìn)行滿足。

在開展高校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的過程中，利用VR 技術(shù)，能夠?qū)⒁恍?fù)雜的知識(shí)內(nèi)容立體呈現(xiàn)給學(xué)生， 幫助學(xué)生生成一種與平面視頻、圖片不同的學(xué)習(xí)感受，促使學(xué)生能夠更加全面、系統(tǒng)的了解有關(guān)知識(shí)內(nèi)容，確保立體教學(xué)互動(dòng)工作的完成[3]。

3 基于VR 技術(shù)的高校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 整合網(wǎng)絡(luò)虛擬平臺(tái)資源

在進(jìn)行基于VR 技術(shù)的高校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)工作的過程中， 其首要工作就是認(rèn)真整合網(wǎng)絡(luò)虛擬平臺(tái)的有關(guān)資源。 通過網(wǎng)絡(luò)虛擬平臺(tái)資源整合工作的開展，主要為了幫助學(xué)生課下，開展相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)與思考活動(dòng)。利用所建構(gòu)的直觀、具體的網(wǎng)絡(luò)模型，能夠促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性與主動(dòng)性的提高，并對(duì)其思維空間的能力進(jìn)行培養(yǎng)。關(guān)于有關(guān)操作方面，主要包括以下幾點(diǎn)。

第一，VR 技術(shù)要想在高校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)中得到應(yīng)用首先必須要做好資源的延伸和拓展， 將更多的VR 技術(shù)資源應(yīng)用到教學(xué)之中，比如，借助賽車小游戲的方式來引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入到教學(xué)過程之中， 讓學(xué)生在此過程中感受賽車快感， 并讓學(xué)生認(rèn)識(shí)汽車結(jié)構(gòu)和構(gòu)造。

利用基于VR 技術(shù)的高校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠?qū)χR(shí)的視頻點(diǎn)播、遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)與虛擬網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境進(jìn)行提供， 在傳統(tǒng)的教學(xué)活動(dòng)中很難實(shí)現(xiàn)有關(guān)工作。關(guān)于教學(xué)材料方面，通過基于VR 技術(shù)的高校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)， 能夠?qū)?shù)字期刊與電子圖書進(jìn)行提供，為學(xué)生閱讀與學(xué)習(xí)活動(dòng)，創(chuàng)造更加便捷的條件。

第二，通過建構(gòu)新型網(wǎng)絡(luò)虛擬教學(xué)平臺(tái)，能夠顯著調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性與主動(dòng)性， 對(duì)知識(shí)的傳播與更新活動(dòng)的開展，起到良好的促進(jìn)作用。對(duì)于新興的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，學(xué)生具備強(qiáng)烈的好奇心，進(jìn)而將學(xué)生有關(guān)知識(shí)內(nèi)容學(xué)習(xí)興趣激發(fā)出來，幫助學(xué)生進(jìn)行深入了解，促進(jìn)學(xué)生知識(shí)內(nèi)容學(xué)習(xí)活動(dòng)的開展[4]。

第三， 利用新型網(wǎng)絡(luò)虛擬教學(xué)平臺(tái)建設(shè)活動(dòng)的開展，能夠增強(qiáng)學(xué)生與學(xué)生之間的溝通活動(dòng)，加強(qiáng)學(xué)生與教師之間的交流和互動(dòng)， 并對(duì)學(xué)生有對(duì)有關(guān)知識(shí)內(nèi)容的理解與掌握，起到一定的強(qiáng)化作用，實(shí)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量與效率的提升。

第四，通過所建構(gòu)的新型網(wǎng)絡(luò)虛擬教學(xué)平臺(tái)，能夠?qū)虒W(xué)模式的可視化與交互化起到一定的促進(jìn)作用。比如，利用VR 的凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)可以對(duì)物理的學(xué)習(xí)以及層次性認(rèn)知產(chǎn)生積極推動(dòng)作用，VR 的凸透鏡成像可以通過3 個(gè)不同的標(biāo)記卡片來模擬蠟燭、凸透鏡和熒光屏，學(xué)生戴上VR 眼鏡之后則如同進(jìn)入到實(shí)際實(shí)驗(yàn)之中，攝像機(jī)捕獲到高級(jí)卡片，并將蠟燭標(biāo)記卡片和屏幕標(biāo)記卡片分別放置于凸透鏡標(biāo)記卡片的兩邊，屏幕總會(huì)呈現(xiàn)出真實(shí)成像的圖像，調(diào)節(jié)蠟燭和凸透鏡距離，屏幕上的圖像也會(huì)隨之改變，而圖像的改變會(huì)遵循成像規(guī)則， 這讓學(xué)生的學(xué)習(xí)更為高效，實(shí)驗(yàn)的開展更具趣味性。

3.2 構(gòu)建Web 服務(wù)器

在開展基于VR 技術(shù)的高校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)活動(dòng)的過程中，應(yīng)當(dāng)認(rèn)真構(gòu)建Web 服務(wù)器。 在運(yùn)用基于VR 技術(shù)的高校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)時(shí)， 相關(guān)優(yōu)化設(shè)計(jì)工作的開展與計(jì)算機(jī)服務(wù)程序系統(tǒng)密不可分。 然而，Web 服務(wù)器這一程序系統(tǒng)，能夠針對(duì)網(wǎng)絡(luò)虛擬教學(xué)平臺(tái)，開展具體應(yīng)用活動(dòng)。 關(guān)于Web 服務(wù)器的構(gòu)建活動(dòng)方面，應(yīng)當(dāng)將以下幾個(gè)方面作為著手點(diǎn)。

第一，應(yīng)當(dāng)對(duì)當(dāng)下比較受歡迎的Tomcat 服務(wù)器進(jìn)行運(yùn)用。

第二，應(yīng)當(dāng)利用設(shè)置計(jì)算機(jī)屬性中的選擇項(xiàng)，對(duì)相關(guān)系統(tǒng)變量進(jìn)行建設(shè)，之后，針對(duì)所建構(gòu)的系統(tǒng)變量，開展相關(guān)更改活動(dòng)。 在此基礎(chǔ)上，結(jié)束JAVA 環(huán)境變量的配置活動(dòng)。與此同時(shí)，在開展正式的網(wǎng)絡(luò)虛擬教學(xué)平臺(tái)應(yīng)用活動(dòng)之前， 針對(duì)JAVA 環(huán)境變量方面，開展科學(xué)合理的測(cè)試工作。

第三，開展Web 服務(wù)器的配置活動(dòng)。 關(guān)于詳細(xì)的操作步驟方面， 主要包含在開展前兩步工作的前提條件下，將服務(wù)器打開，進(jìn)而將本地服務(wù)器的地址輸入進(jìn)來，這樣Web 服務(wù)器的配置活動(dòng)由此結(jié)束。

3.3 構(gòu)建教學(xué)平臺(tái)網(wǎng)站

在進(jìn)行基于VR 技術(shù)的高校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)活動(dòng)時(shí)，還應(yīng)當(dāng)注重教學(xué)平臺(tái)網(wǎng)站的建設(shè)活動(dòng)。在構(gòu)建教學(xué)平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)的過程中， 應(yīng)當(dāng)強(qiáng)化開展以下幾項(xiàng)工作。

第一，應(yīng)當(dāng)對(duì)DW 可視化的網(wǎng)頁編輯器進(jìn)行建設(shè)。

第二，針對(duì)所建構(gòu)的DW 可視化的網(wǎng)頁編輯器，應(yīng)當(dāng)開展實(shí)時(shí)的技術(shù)與頁面更新活動(dòng)， 確保其具備相關(guān)全新功能，例如，新編輯功能、頁面檢查功能、實(shí)時(shí)插入功能、服務(wù)器連線功能、同步設(shè)置功能、還原重做功能、增強(qiáng)功能等。

第三，開展交互式頁面設(shè)計(jì)工作，促使其支持傳播、視頻播放與語言溝通交流能力變得更加突出，實(shí)現(xiàn)其對(duì)知識(shí)理解， 以及與教師學(xué)生間交流能力的提升，在相關(guān)理解與交流活動(dòng)方面，開展相關(guān)知識(shí)內(nèi)容的互動(dòng)與學(xué)習(xí)活動(dòng)。

4 基于VR 技術(shù)的教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 教學(xué)設(shè)計(jì)

教學(xué)需求的分析是教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)， 而解決教學(xué)問題步驟的確定則是教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要目的， 可以將教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)作為規(guī)劃教學(xué)的一套操作程序，在教學(xué)的環(huán)節(jié)中應(yīng)側(cè)重于“情境”創(chuàng)設(shè)的真實(shí)性，鼓勵(lì)和引導(dǎo)學(xué)生在虛擬情境中主動(dòng)的參與學(xué)習(xí)，自主的展開探究，從而促進(jìn)學(xué)生知識(shí)與意義的建構(gòu)。所以基于VR 技術(shù)的Web 課件教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)將教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)對(duì)象差異作為依據(jù)， 確保所選擇的教學(xué)媒體信息在滿足教學(xué)需求的基礎(chǔ)上易于學(xué)生理解。教學(xué)設(shè)計(jì)主要涵蓋教學(xué)目標(biāo)確定、教學(xué)內(nèi)容確定、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式的選擇3 個(gè)方面。 首先在確定教學(xué)目標(biāo)的環(huán)節(jié)中應(yīng)考慮社會(huì)需要因素、 學(xué)生特征因素及課程特點(diǎn)因素， 社會(huì)需要因素主要指的是教學(xué)設(shè)計(jì)是否滿足社會(huì)發(fā)展對(duì)教育教學(xué)所提出的要求， 學(xué)生特征因素主要指的是教學(xué)設(shè)計(jì)是否能夠適用于學(xué)生的個(gè)體差異， 而課程特點(diǎn)因素則指的是某一個(gè)章節(jié)教學(xué)內(nèi)容是否能夠應(yīng)用VR 技術(shù)開展教學(xué)。 其次在確定教學(xué)內(nèi)容的環(huán)節(jié)中應(yīng)遵循目標(biāo)控制原則、 學(xué)生特征符合原則、資源豐富原則，其中資源豐富原則主要指的是教學(xué)內(nèi)容不僅局限于教材內(nèi)容，VR 技術(shù)下的教學(xué)系統(tǒng)不能是單純的重復(fù)教材知識(shí)， 而是在教材知識(shí)內(nèi)容的基礎(chǔ)上深化、 拓展，Web 課件的應(yīng)用是否具備有效性， 教學(xué)信息資源的豐富性起著關(guān)鍵作用[5]。

4.2 基于VR 技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式

4.2.1 Internet 平臺(tái)教學(xué)

單純的利用Internet 平臺(tái)進(jìn)行教學(xué)最大的優(yōu)勢(shì)在于教學(xué)資源的豐富性和Internet 平臺(tái)的開放性。豐富的教學(xué)信息資源有助于教師實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，但是此種教學(xué)模式的實(shí)施， 教師很難實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生的全面監(jiān)控，因?yàn)榻處煵荒軌虮ＷC時(shí)時(shí)在線，所以在設(shè)計(jì)該教學(xué)模式的過程中， 教師應(yīng)將E-mail、BBS、FTP等交流方式與Internet 平臺(tái)進(jìn)行有機(jī)融合， 強(qiáng)化師生之間的交互。

4.2.2 局域網(wǎng)和Web 課件教學(xué)

將局域網(wǎng)作為基礎(chǔ)利用VR 技術(shù)下的Web 課件系統(tǒng)開展教學(xué)，具備教學(xué)可控性的優(yōu)勢(shì)，在保證信息資源傳播時(shí)效性的基礎(chǔ)上學(xué)生能夠得到有效的管理， 但是在這一教學(xué)模式下學(xué)生必須按照教師所制定的教學(xué)目標(biāo)開展學(xué)習(xí)， 這種教學(xué)模式更趨近于教育信息化最初的形式——投影儀教學(xué)。

4.2.3 局域網(wǎng)和Web 課件與Internet 平臺(tái)單向連通教學(xué)

此種教學(xué)模式是將上述兩種教學(xué)模式整合，具備上述兩種教學(xué)模式的優(yōu)點(diǎn)， 學(xué)生在此種教學(xué)模式下更具主體性， 但是學(xué)生無法在局域網(wǎng)之外搜素和下載相應(yīng)的知識(shí)信息。

4.2.4 TCP/IP 協(xié)議、 局域網(wǎng)與Internet 平臺(tái)雙向連通教學(xué)

此種教學(xué)模式下教師能夠結(jié)合教學(xué)需要操作Internet 平臺(tái)的連通與切斷，同時(shí)學(xué)生能夠在校園網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)上聊天、討論、搜索素材等。 相較于上述3 種教學(xué)模式而言，此種網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式更具應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

4.3 課件的基本構(gòu)成

基于VR 技術(shù)的Web 教學(xué)課件設(shè)計(jì)主要采用的組織形式為WWW。 雖然在Web 課件中VR 技術(shù)中的虛擬現(xiàn)實(shí)部分是精華所在， 但是在實(shí)際的教學(xué)中不贊成高校為了應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)而用虛擬現(xiàn)實(shí)，教學(xué)與VR 技術(shù)相結(jié)合的中心點(diǎn)是HTML 平面結(jié)構(gòu)，所以在構(gòu)建教學(xué)課件的環(huán)節(jié)中應(yīng)將HTML 平面結(jié)構(gòu)作為基礎(chǔ)利用超級(jí)鏈接等方式將VRML 場(chǎng)景通過HTML 平面結(jié)構(gòu)現(xiàn)實(shí)在相應(yīng)的Web 課件之中。在模擬實(shí)驗(yàn)、 創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境等環(huán)節(jié)中具備良好的應(yīng)用前景[6]。

5 結(jié)語

通過基于VR 技術(shù)的高校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究工作的開展，能夠打破地域的限制，確保同步上課工作的順利完成，與此同時(shí)，還能夠增強(qiáng)教學(xué)內(nèi)容的生動(dòng)性與形象性， 對(duì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)習(xí)慣進(jìn)行培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生自我學(xué)習(xí)能力的提升。 除此之外，還能夠?qū)崿F(xiàn)高校教學(xué)現(xiàn)代化水平的提升， 對(duì)高校緊跟科技發(fā)展的教學(xué)環(huán)境進(jìn)行創(chuàng)設(shè)， 促使高校教學(xué)工作朝著更加立體化與多維度的方向進(jìn)行發(fā)展， 為高校專業(yè)化教學(xué)工作的開展創(chuàng)造良好條件， 加快推動(dòng)高校的可持續(xù)、和諧發(fā)展。 然而，由于該新型平臺(tái)所產(chǎn)生的時(shí)間不長，還處于一定的發(fā)展階段中，因此，在未來的教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)中， 應(yīng)當(dāng)對(duì)其開展持續(xù)的健全與發(fā)展工作。