虛擬現(xiàn)實在計算機實驗中的應(yīng)用研究

尹進(jìn)

摘要：虛擬現(xiàn)實技術(shù)的出現(xiàn)是信息技術(shù)、人工智能發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物，它處于計算機應(yīng)用技術(shù)的頂尖，是最先進(jìn)的計算機應(yīng)用技術(shù)。目前虛擬技術(shù)與各行各業(yè)相互融合，包括飛行訓(xùn)練、工業(yè)裝配等，展現(xiàn)了其強大的生命力，備受關(guān)注。廣大教育工作者也積極將虛擬現(xiàn)實技術(shù)引入到計算機實驗教學(xué)中，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)打造仿真實驗環(huán)境，在教學(xué)創(chuàng)新中有效提高了計算機實驗的教學(xué)有效性，值得教育工作者加以重視并且在教學(xué)中有效應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實? 計算機實驗? 教學(xué)應(yīng)用

計算機實驗內(nèi)容豐富，是學(xué)生計算機素養(yǎng)提升的重要方法，他包括芯片電路設(shè)計實驗、游戲動畫開發(fā)實驗等。在過去這些實驗的開展需要一定的設(shè)施設(shè)備做支撐，如電路板、交換機、示波器等，這加大了學(xué)校的資金壓力，許多計算機實驗活動也不能夠有效開展。

而虛擬現(xiàn)實技術(shù)的出現(xiàn)有效地解決了計算機實驗教學(xué)面臨的問題，它在于計算機實驗教學(xué)相融合的過程中能夠開發(fā)一個虛擬的計算機實驗環(huán)境，滿足計算機實驗教學(xué)需要，需要教育工作者充分認(rèn)識。

一、虛擬現(xiàn)實技術(shù)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)（Virtual Reality，即VR）是一種先進(jìn)的多媒體數(shù)據(jù)融合處理技術(shù)，它能夠?qū)㈦娮有畔ⅰNS3、3D建模、虛擬機技術(shù)等多種計算機技術(shù)融合在一起，為人們呈現(xiàn)出一個相對真實、交互性好、沉浸感強的虛擬環(huán)境。同樣該技術(shù)能夠可以集成感知信息模型，能夠同步系統(tǒng)的各個邏輯業(yè)務(wù)組件，具有極大的應(yīng)用價值，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在社會的多個領(lǐng)域。

在廣泛應(yīng)用中虛擬現(xiàn)實技術(shù)也被賦予了新的色彩，更先進(jìn)技術(shù)的出現(xiàn)，如實時三維圖形渲染技術(shù)、動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)，這極大的減輕了人們的勞動強度，推動了社會工業(yè)產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

二、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在計算機實驗中的應(yīng)用

目前虛擬現(xiàn)實技術(shù)被引入到了計算機實驗中，為實驗開展到實驗教學(xué)活動落實等多個環(huán)節(jié)提供了有力支撐。

（一）虛擬現(xiàn)實技術(shù)計算機實驗中的應(yīng)用類別

（1）系統(tǒng)基礎(chǔ)實驗：該類計算機實驗主要是指執(zhí)行DOS命令，進(jìn)行磁盤格式化、注冊表維護(hù)實驗等，通過靈活利用Ghost、PQmagic軟件，安裝使用Linux、Netware等操作系統(tǒng)，實現(xiàn)系統(tǒng)基礎(chǔ)實驗的虛擬開展。

（2）計算機網(wǎng)絡(luò)實驗：該類計算機實驗主要是指進(jìn)行局域網(wǎng)的組網(wǎng)、進(jìn)行局域網(wǎng)的配置。在進(jìn)行該實驗活動時教師可以利用Netmeeting桌面共享和遠(yuǎn)程控制、Telnet以及FTP實驗等進(jìn)行實驗?zāi)M。也可以通過機群搭建實驗、DNS副武器配置與訪問實驗等方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)實驗的開展。

（3）信息安全實驗：該類計算機實驗主要是指Windows基本攻防類實驗以及病毒木馬攻防類實驗。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以開展Windows基本攻防類實驗?zāi)M，如入侵檢測攻防、sniffer實驗、DOS攻擊等。也可以開展病毒木馬攻防類實驗，例如遠(yuǎn)程控制、后門植入、防火墻殺毒軟件使用等。

（4）網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置實驗：該類計算機實驗主要是指交換機的配置與測試實驗?？梢酝ㄟ^虛擬現(xiàn)實技術(shù)的利用進(jìn)行配置、測試交換機TRUNK、BTP、VLAN參數(shù)等，還可以實現(xiàn)對路由器的實驗，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問實驗等。

（5）網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實驗：即利用NS2in性多種協(xié)議實驗活動，它包括底層協(xié)議、以及高層網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。例如底層協(xié)議如傳輸層UDP和TCP過程模擬;高層網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用則包括應(yīng)用層的FTP、Web協(xié)議等。此外它還可以模擬不同數(shù)據(jù)的傳輸方式，如DropTail?；蚰M靜態(tài)路由、動態(tài)路由由等路由算法，達(dá)到網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實驗虛擬實驗的目的。

（二）虛擬現(xiàn)實技術(shù)在計算機實驗課堂教學(xué)的應(yīng)用

計算機專業(yè)課程具有很強的實踐性和邏輯性，需要學(xué)生通過實驗實踐、直觀學(xué)習(xí)等方式才能夠有效。而虛擬現(xiàn)實技術(shù)的出現(xiàn)不僅能夠提供上述計算機實驗的開展，也能夠輔助教師更好的開展計算機實驗教學(xué)。

（1）利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，講解重難點：教師可以利用3d虛擬現(xiàn)實技術(shù)為學(xué)生展示課件，讓學(xué)生從直觀的角度理解課程知識的重難點，從而為學(xué)生打造交互性學(xué)習(xí)課堂，讓學(xué)生在虛擬現(xiàn)實技術(shù)的加入下進(jìn)一步理解知識，深化知識。

如在學(xué)習(xí)《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》時，該知識內(nèi)容相對抽象，學(xué)生很難理解。教師可以利用3d虛擬現(xiàn)實技術(shù)為學(xué)生直觀展示具體內(nèi)容，如遞歸算法利用隱性調(diào)用堆棧實現(xiàn)，3d技術(shù)可以將堆棧內(nèi)部情況的變化動態(tài)、直觀的呈現(xiàn)，幫助學(xué)生理解。

（2）利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，建立虛擬機房實驗：虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠滿足教師的計算機教學(xué)需要，在沖破原有的計算機系統(tǒng)束縛下模擬機房的環(huán)境，能夠有效豐富計算機實驗的相關(guān)儀器設(shè)備、軟件等資源，為學(xué)生進(jìn)行計算機實驗活動提供準(zhǔn)備。這樣不僅能夠減輕學(xué)校計算機實驗設(shè)備費用與資源的消耗，還能夠在及時轉(zhuǎn)變及實驗活動中確保實驗變得更直接、更方便、更有效。

如在進(jìn)行數(shù)字電路的實驗教學(xué)課程時，教師利用VR技術(shù)能夠創(chuàng)造出與實驗要求相關(guān)的虛擬電子器件來幫助學(xué)生進(jìn)行電路設(shè)計。倘若當(dāng)某位學(xué)生在實驗過程中出現(xiàn)了一些電路設(shè)計的錯誤，也能夠通過虛擬技術(shù)重頭再來，不會造成資源的浪費和作業(yè)的損壞。

再如在利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠創(chuàng)造出虛擬的計算機，滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需要。這種虛擬的計算機它與真正的電腦模型完全一樣，它具備自己的CPU、主板，也可以在應(yīng)用過程中安裝與學(xué)習(xí)相關(guān)的各種操作系統(tǒng)如DOS、Windows、UNIX等。這樣在進(jìn)行一些計算機應(yīng)用實驗學(xué)習(xí)活動時教師就可以利用虛擬計算機來進(jìn)行實驗活動，避免在試驗過程中造成的對計算機系統(tǒng)的影響。

（3）利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，開展小組實驗合作：教師可以利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)為學(xué)生提供多種多樣的計算機實驗，并且在虛擬實驗的基礎(chǔ)上通過開展小組合作的方式讓學(xué)生相互溝通、相互配合，在小組內(nèi)部任務(wù)完成中利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)完成計算機實驗活動。這一活動既能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，有能夠豐富學(xué)生的實現(xiàn)學(xué)習(xí)成果。學(xué)生之間在小組配合過程中對虛擬現(xiàn)實技術(shù)有了更深的認(rèn)識，思維得到了有效的發(fā)展，在虛擬現(xiàn)實技術(shù)的輔助下也成功達(dá)到了計算機實驗教學(xué)的目的，虛擬現(xiàn)實技術(shù)也發(fā)揮出自身的積極作用。

（4）利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，建立課程教學(xué)課件：虛擬現(xiàn)實技術(shù)造型語言，即Virtual Reality Modeling Language，VRML，是一種描述虛擬場景的標(biāo)準(zhǔn)語言。它支持創(chuàng)建場景和三維造型的需要，其交互功能作用明顯。且它支持C、C++、數(shù)據(jù)庫等語言的接口，具有強大的編程能力。將其應(yīng)用在計算機實驗課件制作過程中能夠為學(xué)生展示一個全新的網(wǎng)絡(luò)界面，課件會變得更為逼真、更為具體，學(xué)生在聽講過程中也更容易被吸引，更容易對計算機實驗的相關(guān)知識所理解。

如教師可以利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)將課件中的文字與動畫改變成三維交互的形式，這樣教學(xué)課件不再僵硬，而“動”了起來。學(xué)生們能夠在學(xué)習(xí)過程中從多個角度認(rèn)識課件，與課件內(nèi)容產(chǎn)生交互，這種交互包括輸出也包括反饋，學(xué)生的學(xué)習(xí)理解也更到位。

（5）利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，輔助信息資源建設(shè)：計算機實驗教學(xué)的最終目的是讓學(xué)生掌握實際操作性的基礎(chǔ)知識，并且將與之相關(guān)的計算機實際操作性知識應(yīng)用到實際計算機應(yīng)用中。因此教師可以利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)來構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的計算機數(shù)據(jù)庫，這些數(shù)據(jù)庫能夠?qū)W(xué)生所學(xué)的計算機實際操作的基礎(chǔ)知識以及其他相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行整合，它能夠保存信息，同時又方便學(xué)生深層次的查閱和利用。能夠在建設(shè)信息資源的過程中滿足學(xué)生的計算機實驗信息的獲取，讓學(xué)生能夠隨時隨地的進(jìn)行資源的利用，進(jìn)而提升計算機實驗的教學(xué)有效性。

三、結(jié)束語

總而言之是虛擬現(xiàn)實技術(shù)利用仿真的方法為計算機實驗教學(xué)開辟了新天地，它的出現(xiàn)打破了傳統(tǒng)實驗教學(xué)的時空限制，更在一定程度上拓展了實驗內(nèi)容的深度與廣度，能夠支持計算機實驗教學(xué)的深度開展。計算機教育工作者應(yīng)當(dāng)以積極的姿態(tài)認(rèn)識虛擬現(xiàn)實技術(shù)，在計算機實驗教學(xué)的多方面引入虛擬現(xiàn)實技術(shù)，這樣才能夠打造現(xiàn)代化、科技化、高效化計算機實驗課堂，在提高效率中實現(xiàn)對學(xué)生計算機素養(yǎng)的有效培養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

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