虛擬現(xiàn)實技術在遠程教育的實驗環(huán)節(jié)的研究

徐東海 徐紅穎

摘要：開放教育的發(fā)展勢頭正猛，遠程教育面臨的問題也是逐漸增多，試驗場地和實驗環(huán)境的問題尤為突出。而虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展，很大程度上滿足遠程教育對實驗環(huán)境的要求。本文從遠程教育發(fā)展遇到瓶頸，虛擬實驗技術的基本原理，探討虛擬現(xiàn)實技術在遠程教育中實踐教學的意義，滿足遠程教育在虛擬實驗教學環(huán)節(jié)的要求。

關鍵詞：虛擬現(xiàn)實技術;實驗環(huán)境;遠程教育

1引言

虛擬現(xiàn)實技術“Virtual Reality Technology”發(fā)展已經日益完善[1]，其中代表性的國家是美國的國家，還包括部分歐洲國家。1960年伊恩.司徒蘭德教授提出了“The Ultimate Display”概念，到1994年“Virtual RealityTechnology”的出版，虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展逐漸完善。虛擬現(xiàn)實技術在教學實驗領域的嘗試是在曲折中前進，由于理論和實踐存在一定的差距，尤其是國內虛擬現(xiàn)實技術的教育研究，話語權較低，實驗模擬的效果遠不如實際的實驗環(huán)境。

2虛擬現(xiàn)實技術發(fā)展現(xiàn)狀

虛擬現(xiàn)實技術最早起源于美國，最開始是訓練飛行員和航天員聯(lián)系操作技能，最早開始于上世紀40年代。先后經歷了四個階段：1963年以前，有聲形動態(tài)的虛擬現(xiàn)實思想階段;1963年-1972年萌芽階段;1973年-19 89年產生虛擬現(xiàn)實概念和理論階段;1990年至今，理論進一步完善階段[2]。隨之IT的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術逐漸的向其他領域發(fā)展，集中體現(xiàn)在VR眼鏡、VR游戲等軟件、硬件等方面。美國經過這么多年的發(fā)展，逐漸建立了航天、空間站、衛(wèi)星等方面的VR訓練，美國的教育系統(tǒng)也建立了一套成熟的VR體系;例如喬治大學的流體實時仿真系統(tǒng)、波音公司的真實環(huán)境疊加虛擬環(huán)境、施樂公司的虛擬辦公室技術等等[3]。

虛擬現(xiàn)實技術在我圍的發(fā)展起步較晚，和歐美等發(fā)達國家還存在一定的差距，但是隨著計算機技術的發(fā)展，我國各大研究所、公司對虛擬現(xiàn)實技術的關注也越來越高，研究也越來越深入，逐漸加大對虛擬環(huán)境、虛擬場景等方面的開發(fā)。

3遠程教育實驗環(huán)節(jié)問題分析

近年來，學生提升學歷的情況越來越多，開放遠程教育的學生也是越來越多。隨之帶來的問題是實驗環(huán)節(jié)和實踐環(huán)節(jié)出現(xiàn)了若干問題，學生在遠程學習的過程中，沒法將理論應用到實踐當中去。學生在實際的工作中，應用的都是各種大型設備、綜合性的設備，而學生往往不能勝任本職工作，主要原因是不能將每個細小的知識轉化為實際動手能力。所以一種適合開放遠程教育的實踐、實驗教學環(huán)境的要求迫在眉睫。

另外一個就是課程與虛擬現(xiàn)實技術的融合問題。開放教育開設多門課程，尤其是汽車、機械、橋梁、藥學等方面，這些學科的研究主要是采用定量分析，通過虛擬現(xiàn)實技術呈現(xiàn)課程內容，主要側重實踐性和操作性。而現(xiàn)在的虛擬現(xiàn)實技術課程的開發(fā)無法覆蓋這么多的課程，技術難度較大。

4虛擬現(xiàn)實技術在遠程教育實驗環(huán)節(jié)的研究

4.1虛擬現(xiàn)實的定義

虛擬現(xiàn)實技術是一種計算機仿真系統(tǒng)，通過對三維世界的模擬創(chuàng)造出一種嶄新的交互系統(tǒng)。它利用計算機生成模擬環(huán)境，是一種多源信息融合的交互式三維動態(tài)視景和實體行為系統(tǒng)仿真，并使用戶沉浸到該環(huán)境中[4]。虛擬現(xiàn)實技術具有3個特性，即沉浸性、交互性、構想性，是一個學科高度綜合交叉的科學技術領域[5]。

4_2虛擬現(xiàn)實技術在遠程教育實驗中的應用研究

在遠程教育的教學過程中，試驗場所的投資是巨大的，尤其是現(xiàn)階段招生情況不太理想，生源數量降低，如果每個學校都投資去建設實驗室，那么必然造成資源的浪費。我們認為建立虛擬實驗室，和其他遠程教育學校進行共享，實現(xiàn)合作共贏。

開放教育的遠程教學中，開始多種實際操作的課程，比如化學、機械工程、橋梁、藥學、護理、計算機等課程。如果每個學校都去搭建相應的實驗室，資源浪費、重復。虛擬現(xiàn)實技術無疑滿足了這方面的需求。對技能操作的虛擬演示，我們在201903這批學生的培訓過程中發(fā)現(xiàn)，虛擬場景下訓練出來的學生和在實際環(huán)境下培訓出來的學生，效果是一樣的，甚至還更加熟練。同時，我們還探討了虛擬現(xiàn)實在化學實驗中的應用，認為虛擬現(xiàn)實技術的引進，會大大的降低教學成本，也解決了藥學實驗造成的身體傷害和降低了實驗的危險性[7]。

5結束語

虛擬現(xiàn)實技術的引進，可以很大程度上節(jié)約成本，降低實驗的危險性，突破實驗教學的限制，有利于培養(yǎng)學生的主動性和創(chuàng)造性。我們遠程教育應當充分的發(fā)揮計算機領域發(fā)展的優(yōu)勢，結合傳統(tǒng)的教學模式，開發(fā)一種全新的教學模式。利用計算機圖形技術、大數據技術、虛擬現(xiàn)實技術等可視化實驗環(huán)境，減少了昂貴的實驗設備的投入，降低類似化學、藥學、化工等專業(yè)的危險性，使學生能夠更好的融入學習、學以致用，畢業(yè)后更快的加入到實際工作當中，提高我們遠程教育的深度和廣度。

參考文獻

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[6]杜一寧.虛擬實驗的研究現(xiàn)狀以及在教學中的意義[J].浙江海洋學院學報（自然科學版），29（04）：391.

[7]丁楠.虛擬現(xiàn)實在教育中的應用：優(yōu)勢與挑戰(zhàn)[J].XDJYJS，V01.27No.2 2017.

通訊作者：徐東海（19 84-），男，漢族，講師，碩士，專業(yè)：計算機技術，研究方向：計算機科學與技術。

基金項目：虛擬現(xiàn)實技術在遠程教育中的應用研究，項目編號：2018LXB0280.教育部職業(yè)院校信息化教學指導委員會基金項目。