虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)高校計(jì)算機(jī)教育課程教學(xué)研究

付國(guó)慶，盛文婷，甘曉炫，余讓讓

（新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院，烏魯木齊 830000）

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是受科技發(fā)展的全新技術(shù)手段，隨著這些技術(shù)的不斷發(fā)展，它在生活中也在不斷被利用，尤其是教學(xué)方面，它使得人們的教育思維丶方式出現(xiàn)了極大的改變。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)通過(guò)三維建模功能創(chuàng)建虛擬世界，它包含人們的許多感覺(jué)，像視覺(jué)、觸覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、等感知，讓用戶產(chǎn)生身臨其境的感覺(jué)。實(shí)現(xiàn)“實(shí)中有虛，虛中有實(shí)”的境界。它需要強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)處理能力和人機(jī)交互去保證人們的真實(shí)感。

1 虛擬世界的概述

1.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)介紹

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)指通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及傳感技術(shù)生成一個(gè)三維環(huán)境，調(diào)動(dòng)使用者的器官，帶來(lái)非常真實(shí)的、如入其境的體驗(yàn)感。把多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)使用到人們身上。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在20世紀(jì)60年代就已經(jīng)問(wèn)世，但是由于其需要龐大的技術(shù)和物力，它的進(jìn)程一直比較緩慢。一直到20世紀(jì)80年代由于計(jì)算機(jī)的高速發(fā)展，人們才慢慢的知道這個(gè)東西。目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)成為各個(gè)行業(yè)必不可缺的競(jìng)爭(zhēng)能力，生物科學(xué)和學(xué)校、經(jīng)濟(jì)以及官方等多個(gè)領(lǐng)域被其廣泛的應(yīng)用。虛擬現(xiàn)實(shí)是計(jì)算機(jī)多種技術(shù)綜合集成的結(jié)果。借助計(jì)算機(jī)求解能力培養(yǎng)為目標(biāo)，從理論與方法的角度系統(tǒng)地闡述了計(jì)算機(jī)最基本的特征和問(wèn)題。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種具有沉浸感、臨場(chǎng)感和多維感的高級(jí)人的應(yīng)用，使學(xué)習(xí)者足不出戶便可以與真實(shí)場(chǎng)景學(xué)習(xí)同樣的東西。

一直以來(lái)，人們?cè)诟兄蛯W(xué)習(xí)新事物的時(shí)候都是靠現(xiàn)實(shí)世界的實(shí)踐和資源去了解。通過(guò)現(xiàn)實(shí)社會(huì)的去接觸學(xué)習(xí)的東西，從而或得社會(huì)經(jīng)驗(yàn)和成果。而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)給人們帶來(lái)全新的學(xué)習(xí)觀念，即虛擬世界，它完全按照現(xiàn)實(shí)世界按一定比例模型模擬現(xiàn)實(shí)世界，使人們更加方便真實(shí)的接觸和感知世界。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要依靠與虛擬場(chǎng)景的交互以及與其他用戶的交互，可以看到虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)有很高的要求，還要借助其他的外設(shè)，去生成逼真的虛擬世界。虛擬技術(shù)的交互設(shè)計(jì)需要使用者使用極強(qiáng)的計(jì)算機(jī)技術(shù)和實(shí)時(shí)的人機(jī)交互環(huán)境，借助這些技術(shù)去使用戶得到一定的保障。

1.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用

美國(guó)是第一個(gè)發(fā)展虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的地方，他們作為創(chuàng)造者、作為領(lǐng)頭羊，他們已經(jīng)站在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的最頂端。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)目前已經(jīng)運(yùn)用到多個(gè)方面，如虛擬購(gòu)物、虛擬軍事、虛擬學(xué)習(xí)。美國(guó)的辛辛那提大學(xué)、斯坦福大學(xué)差不多是最早開(kāi)始使用虛擬教學(xué)的大學(xué)，通過(guò)遠(yuǎn)程在線教育方式給學(xué)生全新的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，很大程度上節(jié)約了教學(xué)資源。我們國(guó)家的軍事、經(jīng)濟(jì)、教學(xué)等領(lǐng)域也都實(shí)施了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，為國(guó)家?guī)?lái)很大方便。比如國(guó)內(nèi)的哈爾濱工業(yè)大學(xué)、上海交通大學(xué)和清華大學(xué)都使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)學(xué)生實(shí)施虛擬教育。也使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建設(shè)虛擬圖書(shū)館和體育館，供學(xué)生隨時(shí)學(xué)習(xí)，很是節(jié)約學(xué)校資源和學(xué)生時(shí)間。研究和發(fā)展虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以幫助虛擬技術(shù)在目前大學(xué)教學(xué)的普及，加快和促進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在學(xué)校教學(xué)的發(fā)展。

1.3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)教學(xué)的幫助

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)教學(xué)的幫助，開(kāi)創(chuàng)了現(xiàn)代教育的新型教學(xué)方式。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，以現(xiàn)實(shí)世界作為模板，讓學(xué)生有身臨其境的學(xué)習(xí)的感覺(jué)，使學(xué)生參與到虛擬世界中去。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一個(gè)新型高新技術(shù)，系統(tǒng)全面的為學(xué)生的專業(yè)技能提供專項(xiàng)的培養(yǎng)，使學(xué)生對(duì)自身就業(yè)和自身技能的掌握更牢靠。

在教學(xué)課程中一個(gè)完善的虛擬教學(xué)漫游系統(tǒng)，不僅可以使用戶通過(guò)平臺(tái)在虛擬環(huán)境中學(xué)習(xí)，還可以獲得比傳統(tǒng)學(xué)習(xí)更加直觀深入的學(xué)習(xí)。它使學(xué)生借助全身器官與感官的互動(dòng)體驗(yàn)，加上人工智能技術(shù)，生成視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)為一體的虛擬環(huán)境，去獲得真實(shí)的操作效果。傳以前的教學(xué)方式太過(guò)刻板、抽象，學(xué)生不好直接參與和領(lǐng)會(huì)，在學(xué)習(xí)新知識(shí)的過(guò)程中缺乏許多互動(dòng)，對(duì)于學(xué)生只是一個(gè)特別平白的視覺(jué)學(xué)習(xí)效果，非常被動(dòng)的學(xué)習(xí)知識(shí)。因此傳統(tǒng)的教育模式不能跟上現(xiàn)代新型技術(shù)教學(xué)的目的要求，對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)模式改革是現(xiàn)實(shí)趨勢(shì)和學(xué)習(xí)發(fā)展的不二選擇，專業(yè)技能的信息化教育是一場(chǎng)新型的教育教學(xué)時(shí)代。

2 國(guó)家開(kāi)放大學(xué)虛擬教學(xué)特點(diǎn)

2.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)教學(xué)的性質(zhì)和目標(biāo)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)廣泛地應(yīng)用于教育、購(gòu)物、娛樂(lè)、航天、經(jīng)濟(jì)等，所以其性質(zhì)和其他基本課程在于所學(xué)的知識(shí)技能范圍不同，需要大量實(shí)訓(xùn)操作，不能只是局限于理論知識(shí)的培養(yǎng)。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）沉浸性。人們?cè)谑褂锰摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)時(shí)，借助專業(yè)眼鏡和頭盔顯示器等高科技外設(shè)，讓人們處于虛擬的社會(huì)環(huán)境里，有一種真實(shí)的感覺(jué)，就像身臨其境一樣。

（2）交互性。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠達(dá)到人和計(jì)算機(jī)的現(xiàn)實(shí)交互，用戶不僅可以通過(guò)鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等真實(shí)交互，還可以通過(guò)眼鏡、手柄實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。智能計(jì)算機(jī)可以感覺(jué)用戶的感官變化隨時(shí)調(diào)整圖像和聲音，以實(shí)現(xiàn)自然的交互。

（3）多感覺(jué)性。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)包含視、聽(tīng)、觸覺(jué)的傳感和反應(yīng)設(shè)備。所以，用戶在虛擬環(huán)境中能夠得到視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等真實(shí)的體驗(yàn)。產(chǎn)生一種“實(shí)中有虛，虛中有實(shí)”的感覺(jué)。

上學(xué)學(xué)的東西在社會(huì)工作中馬上就可以用到顯得非常重要。2016年是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的爆發(fā)年，所以這個(gè)行業(yè)需要大量的高技術(shù)人才。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)包含全景視頻拍攝、特效制作、模型動(dòng)畫(huà)、等內(nèi)容板塊。為的是教育培養(yǎng)高精尖專業(yè)型人才和實(shí)現(xiàn)全面發(fā)展的計(jì)劃方案。

2.2 虛擬現(xiàn)實(shí)與課程內(nèi)容的結(jié)合

由于國(guó)家高等教育教學(xué)的發(fā)展，大學(xué)教育由人才教學(xué)向普及教學(xué)轉(zhuǎn)變，受場(chǎng)地和經(jīng)濟(jì)的限制，實(shí)體教育越來(lái)越不能滿足當(dāng)代大學(xué)生學(xué)習(xí)的要求。進(jìn)入新時(shí)代以來(lái)，我國(guó)計(jì)算機(jī)技術(shù)獲得很快的發(fā)展，人們的日常生活時(shí)刻被計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)所影響。實(shí)際操作性文化是學(xué)生的主要教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)資源的采集、處理和展示是大學(xué)教學(xué)系統(tǒng)的一部分，是虛擬現(xiàn)實(shí)教育的工作重點(diǎn)。

在國(guó)家大力倡導(dǎo)信息化教育和慕課等多媒體教育的前提下，許多高校普遍在計(jì)算機(jī)等媒體的設(shè)備配置差不多達(dá)到比較完善的計(jì)算機(jī)教育體系。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)設(shè)備在當(dāng)前社會(huì)種類繁多，許多外設(shè)都在不斷迭代和初步探索進(jìn)程中，其中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)設(shè)備等更是從幾元到上千元的價(jià)格使整個(gè)市場(chǎng)百家爭(zhēng)鳴。設(shè)備上的選擇更是需要極大的配套教學(xué)系統(tǒng)，所以在這方面還需要國(guó)家和各大高校的不斷努力與發(fā)展。

2.3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)中的具體應(yīng)用方針

（1）支架式教學(xué)策略

支架式教學(xué)策略由以下幾個(gè)成分構(gòu)成：搭足手架，獨(dú)立研究，交互學(xué)習(xí)，成效評(píng)價(jià)。因此在理論教學(xué)中教師能夠環(huán)繞目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的運(yùn)用領(lǐng)域進(jìn)行概念粗略研究，再針對(duì)某一專業(yè)領(lǐng)域?qū)嵤┥钊胩剿鞑⑦M(jìn)行獨(dú)立專項(xiàng)的探索技術(shù)流程，結(jié)合自身學(xué)習(xí)體驗(yàn)感受協(xié)作學(xué)習(xí)，由師生共同完成。

（2）項(xiàng)目教學(xué)法

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以劃分為許多步驟開(kāi)展。階段一，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概括及拍攝方法；階段二，全景視頻后期制作；階段三，高級(jí)全景視頻后期制作，通過(guò)這一階段到達(dá)高目標(biāo)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)全景后期制作；階段四，3D虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)制作，教學(xué)3D模型、材質(zhì)、燈光、特效、渲染及合成輸出；五，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)交互設(shè)計(jì)；階段六，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)綜合項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)，在老師的引領(lǐng)下，學(xué)生分別開(kāi)展完善活動(dòng)的制作，包含前期策劃，提案，拍攝制作等。

（3）探究式教學(xué)法

運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行教學(xué)，其需要大量的基礎(chǔ)知識(shí)。需要老師們期初授課時(shí)改變單刀直入的教學(xué)手法，從虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)領(lǐng)域這一側(cè)面角度出發(fā)，讓學(xué)生打起精神并引發(fā)他們的好奇心從而主動(dòng)學(xué)習(xí)，變懶惰心態(tài)為成長(zhǎng)心態(tài)，理論加實(shí)踐讓學(xué)生充分加入到新型學(xué)習(xí)模式中去。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)于教學(xué)的問(wèn)題

3.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)學(xué)生的要求

在國(guó)內(nèi)的大學(xué)里，各個(gè)層次的學(xué)生考上大學(xué)，學(xué)生擁有不同知識(shí)層次和知識(shí)儲(chǔ)備有局限性這些學(xué)生的差異性導(dǎo)致教學(xué)課程難度較大。此外，理論基礎(chǔ)知識(shí)比較薄弱。這些原因加起來(lái)會(huì)對(duì)處于虛擬教學(xué)的學(xué)生來(lái)說(shuō)會(huì)產(chǎn)生畏懼感和神秘感，覺(jué)得學(xué)起來(lái)異常艱難，因此，老師教學(xué)起來(lái)很難對(duì)所有學(xué)生進(jìn)行實(shí)時(shí)把控。

3.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)國(guó)家高校的要求

虛擬教學(xué)的內(nèi)容是對(duì)學(xué)生提供具有實(shí)際操作的基本文化知識(shí)。每年都有許多學(xué)生人數(shù)的大量增加，所以各大高?，F(xiàn)有的教學(xué)設(shè)備不能滿足學(xué)生的需求。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的運(yùn)用，使用戶待在家里就能夠得到與真實(shí)場(chǎng)景學(xué)習(xí)一樣的體驗(yàn)，非常好地解決了不能夠隨時(shí)學(xué)習(xí)這個(gè)問(wèn)題。在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，通過(guò)三維模型對(duì)現(xiàn)實(shí)世界教學(xué)的模擬，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中得到多個(gè)器官感覺(jué)的學(xué)習(xí)體會(huì)，通過(guò)交互技術(shù)，學(xué)生能夠直觀地參加到學(xué)習(xí)中去，從思想、情感和行為等多個(gè)方面參與教學(xué)任務(wù)，極大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。因此需要國(guó)家和高校在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)上做出極大的貢獻(xiàn)和努力，使學(xué)生跟上時(shí)代的步伐，學(xué)習(xí)在時(shí)代的前沿。

3.3 虛擬教學(xué)于老師的要求

老師單一的教學(xué)手段和自身教學(xué)的技術(shù)水平跟不上時(shí)代是教育教育中存在的很大問(wèn)題，許多高校老師的教育模式存在呆板平常、目標(biāo)不明確等一系列障礙。學(xué)生在枯燥的學(xué)習(xí)環(huán)境下很難主動(dòng)參與學(xué)習(xí)過(guò)程中去，對(duì)學(xué)生自主創(chuàng)新和研究精神不利，需要老師根據(jù)不同學(xué)生的特性和能力使用最佳的教學(xué)方法，引領(lǐng)并促進(jìn)教育。高校教師需要學(xué)習(xí)新的教學(xué)模式，使虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠很好的在學(xué)生教學(xué)中發(fā)揮其真實(shí)簡(jiǎn)便的作用。

4 結(jié)束語(yǔ)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)擁有多感知性、可視性、三維立體和人機(jī)交互等特征，是一門應(yīng)用于多學(xué)科、多領(lǐng)域的綜合技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)必將成為現(xiàn)代教學(xué)最先進(jìn)的教學(xué)模式，它不僅解決了學(xué)校實(shí)體教學(xué)資源的不足，還很好的給學(xué)生提供真實(shí)的學(xué)習(xí)氛圍，讓學(xué)生能夠身臨其境，全身心加入到學(xué)習(xí)中去。所以，實(shí)施教學(xué)改革是時(shí)代趨勢(shì)和學(xué)科發(fā)展的必然之路，而虛擬教學(xué)就是最好的選擇。