基于遠(yuǎn)程教育的理工科虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)研究

李凱

摘? 要：討論了理工科虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)在遠(yuǎn)程教育應(yīng)用中的重大意義，緊密圍繞遠(yuǎn)程教育的發(fā)展，著重探討了虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)對(duì)實(shí)踐教學(xué)的促進(jìn)作用;詳細(xì)分析了虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)的特點(diǎn)，重點(diǎn)研究了虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)目前在遠(yuǎn)程教育中的應(yīng)用分類及其實(shí)現(xiàn)技術(shù)。提出了虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)軟、硬件環(huán)境建設(shè);結(jié)合實(shí)踐分析，指出理工科虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)中存在的現(xiàn)狀問(wèn)題，提出了相應(yīng)的解決措施。指出虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)在一定程度上能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與感，增進(jìn)學(xué)生的探索精神。

關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程教育;虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù);虛擬實(shí)驗(yàn)應(yīng)用;虛擬實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)

中圖分類號(hào)：G640 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2096-000X（2021）06-0056-04

Abstract： This paper discusses the significance of virtual experiment technology of science and engineering in the application of distance education， focuses on the development of distance education， and explores the promoting effect of virtual experiment technology on practical teaching. The characteristics of virtual experiment technology are analyzed in detail， and the application classification and realization technology of virtual experiment technology in distance education are mainly studied. The construction of software and hardware environment for virtual experiment technology is proposed. Based on practical analysis， the paper points out the existing problems in the realization of virtual experiment technology of science and engineering， and puts forward corresponding solutions. It is pointed out that virtual experiment technology can stimulate students' interest in learning and sense of participation to a certain extent， and enhance their spirit of exploration.

Keywords： distance education; virtual experiment technology; virtual experiment application; virtual experiment implementation

一、虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)在遠(yuǎn)程教育中的意義

（一）遠(yuǎn)程教育的發(fā)展與現(xiàn)狀

遠(yuǎn)程教育是伴隨通訊技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展所產(chǎn)生的一種現(xiàn)代教育方式。在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持下，遠(yuǎn)程教育進(jìn)一步突破了傳統(tǒng)的課堂教學(xué)，在各種PAD、手機(jī)或終端設(shè)備支持下，學(xué)生隨時(shí)可以自主靈活的上課、考試。遠(yuǎn)程教育已經(jīng)成為了一種時(shí)下流行的學(xué)習(xí)方式，尤其對(duì)成人學(xué)生來(lái)說(shuō)無(wú)疑更是一種極其便利的學(xué)習(xí)方式。

上世紀(jì)80年代中期以來(lái)，部分學(xué)者將信息技術(shù)和遠(yuǎn)程教育理論結(jié)合推廣，加拿大學(xué)者伽里森等人提出的三代信息技術(shù)和三代遠(yuǎn)程教育理論。他將遠(yuǎn)程教育的發(fā)展劃分為三個(gè)重要階段也就是三代[1]：函授教學(xué);廣播、電視、錄像教學(xué);電子通信技術(shù)下的遠(yuǎn)程教學(xué)。

伴隨改革開(kāi)放之后經(jīng)濟(jì)生活的迅猛發(fā)展，遠(yuǎn)程教育事業(yè)逐漸受到國(guó)家的重視，特別是在全國(guó)各地廣播電視大學(xué)的創(chuàng)辦為我國(guó)遠(yuǎn)程教育事業(yè)的發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)。如今，各類院校幾乎均有專門(mén)的網(wǎng)絡(luò)教育部門(mén)，一些重點(diǎn)院校還專門(mén)建有相應(yīng)的遠(yuǎn)程教育學(xué)院，使得遠(yuǎn)程教育不僅在數(shù)量上，更在質(zhì)量上有了飛躍式的發(fā)展。

十九大報(bào)告中，習(xí)近平總書(shū)記提出對(duì)繼續(xù)教育的要求，更將進(jìn)一步刺激遠(yuǎn)程教育的成長(zhǎng)與發(fā)展。通過(guò)40年的努力，我國(guó)的遠(yuǎn)程教育環(huán)境也日趨成熟[2]，形成了以普通高等院校和全國(guó)各地廣播電視大學(xué)為兩大重要力量的辦學(xué)單位。隨著時(shí)代的發(fā)展，兩者之間還將廣泛采取互補(bǔ)與合作，進(jìn)一步促進(jìn)了我國(guó)遠(yuǎn)程教育質(zhì)量的提高。

（二）虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)的起源

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是二十世紀(jì)末才興起的一門(mén)嶄新的綜合信息技術(shù)[3]。在復(fù)雜傳感技術(shù)、三維成像技術(shù)、高分辨顯示技術(shù)和交互技術(shù)的綜合作用下，產(chǎn)生的一種身臨其境的用戶體驗(yàn)。

在各種聲光電設(shè)備刺激下，虛擬現(xiàn)實(shí)帶領(lǐng)用戶融入一種與現(xiàn)實(shí)生活視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)相逼真的環(huán)境中，通過(guò)用戶的操作不斷擴(kuò)大感知和感受，進(jìn)而成為虛擬環(huán)境的一員。

一直以來(lái)遠(yuǎn)程教育都存在一個(gè)薄弱的教學(xué)環(huán)節(jié)——實(shí)驗(yàn)操作。由于實(shí)驗(yàn)本身所具有的特殊性和操作性使得教師無(wú)法通過(guò)傳統(tǒng)的錄像復(fù)現(xiàn)方式給學(xué)生提供一個(gè)具體的操作體驗(yàn)，因此實(shí)驗(yàn)教學(xué)一直就成為了困擾遠(yuǎn)程教育發(fā)展的一個(gè)重要瓶頸。

虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)起源于20世紀(jì)末，它是在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)?zāi)M技術(shù)。極大程度上解決了長(zhǎng)距離與現(xiàn)場(chǎng)的矛盾，特別是理工科實(shí)踐教學(xué)中一直存在的理論與實(shí)踐不相融合的大問(wèn)題。

（三）虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)對(duì)遠(yuǎn)程教育的意義

實(shí)驗(yàn)是科學(xué)研究的方法之一，也是人類認(rèn)識(shí)世界改造世界的重要方式。在各種實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)試劑、實(shí)驗(yàn)操作的綜合作用下操作人員通過(guò)具體的實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)而獲得客觀真實(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

大多數(shù)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程具有不可逆性和破壞性，一旦中途出現(xiàn)失誤往往會(huì)導(dǎo)致整個(gè)實(shí)驗(yàn)的失敗乃至生命危險(xiǎn)。對(duì)科研人員而言，只有反復(fù)的再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)才能確保過(guò)程的安全性和可靠性。

虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)恰恰能夠解決上述問(wèn)題，在計(jì)算機(jī)技術(shù)支撐下，可以通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)模擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，所有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)試劑、實(shí)驗(yàn)操作乃至實(shí)驗(yàn)人員都是虛擬的。

從實(shí)際應(yīng)用的角度來(lái)看，虛擬實(shí)驗(yàn)為操作者提供了一個(gè)可視化體驗(yàn)的電子平臺(tái);從組成特征來(lái)看，虛擬實(shí)驗(yàn)是一個(gè)創(chuàng)建、開(kāi)展實(shí)驗(yàn)的交互環(huán)境;從技術(shù)實(shí)現(xiàn)角度來(lái)看，虛擬實(shí)驗(yàn)是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、交互技術(shù)和復(fù)雜傳感技術(shù)的綜合體;從教學(xué)角度來(lái)看，虛擬實(shí)驗(yàn)是一種借助計(jì)算機(jī)模擬和虛擬仿真完成實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的過(guò)程也是對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的模擬與替代;從教學(xué)目標(biāo)來(lái)看，虛擬實(shí)驗(yàn)以增進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣提高動(dòng)手能力為目的。[4]

二、虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)的特點(diǎn)

（一）打破時(shí)間和空間限制

虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)打破了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生必須在實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地完成操作的局限，學(xué)生可以隨時(shí)隨地進(jìn)行操作，在終端設(shè)備的支持下學(xué)生可以更加開(kāi)放的完成實(shí)驗(yàn)過(guò)程，使得實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)試劑將不再成為限制實(shí)驗(yàn)實(shí)施的重要障礙，學(xué)生可以自己掌控實(shí)驗(yàn)進(jìn)度和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

（二）具有真實(shí)的體驗(yàn)感

虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)是一項(xiàng)復(fù)雜的綜合技術(shù)，它強(qiáng)調(diào)的就是模擬的真實(shí)性，也就是在互聯(lián)網(wǎng)條件下，借助VR、AR技術(shù)構(gòu)建出一種新型的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，能夠完全真實(shí)的模擬出在真實(shí)實(shí)驗(yàn)條件下的實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)試劑的配置、連接、調(diào)節(jié)、控制、使用，最終獲得一種等效于真實(shí)實(shí)驗(yàn)或者優(yōu)于真實(shí)實(shí)驗(yàn)的體驗(yàn)效果。

（三）具有中止實(shí)驗(yàn)和復(fù)現(xiàn)的能力

虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)之一就是具有中止和復(fù)現(xiàn)能力，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)操作往往不能夠中止實(shí)驗(yàn)進(jìn)程，特別是一些反應(yīng)性的實(shí)驗(yàn)。在試劑配比完成后只能獲得最終的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，盡管可以追蹤實(shí)驗(yàn)過(guò)程，但是無(wú)法獲取某一特定時(shí)刻的過(guò)程狀態(tài)。在虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)的幫助下，實(shí)驗(yàn)者隨時(shí)可以中止實(shí)驗(yàn)，同時(shí)獲得在該條件下的實(shí)驗(yàn)體會(huì)，使得實(shí)驗(yàn)過(guò)程具有更大的可控性和觀測(cè)性。此外虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)還具有復(fù)現(xiàn)的能力，這就為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲取提供了極大的便利。

（四）能夠避免實(shí)驗(yàn)危險(xiǎn)

真實(shí)條件下，許多實(shí)驗(yàn)往往具有一定甚至極大的危險(xiǎn)性，這就對(duì)實(shí)驗(yàn)者的操作安全構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)可以針對(duì)實(shí)驗(yàn)的危險(xiǎn)性給予補(bǔ)償，實(shí)驗(yàn)者借助虛擬設(shè)備在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，能夠完全避免因?yàn)閷?shí)驗(yàn)操作失誤或者實(shí)驗(yàn)反應(yīng)劇烈所造成的人身傷害。尤其是對(duì)火災(zāi)、安全事故型實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)更具有不可替代的作用，實(shí)驗(yàn)者根本不必身處危險(xiǎn)條件下也能獲得相應(yīng)的真實(shí)感體驗(yàn)學(xué)習(xí)，極大的保障了實(shí)驗(yàn)者的人身安全。

（五）能夠極大的節(jié)約教學(xué)成本充分利用學(xué)習(xí)資源

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)因其不可復(fù)建性所消耗的實(shí)驗(yàn)資源不具備可再生性。下一個(gè)實(shí)驗(yàn)只能另行采購(gòu)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)試劑、實(shí)驗(yàn)耗材。對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)來(lái)說(shuō)，完全不存在上述問(wèn)題，操作者只需將實(shí)驗(yàn)條件重新設(shè)定即可進(jìn)行新一輪實(shí)驗(yàn)。極大的解決了生物實(shí)驗(yàn)中，缺乏實(shí)驗(yàn)對(duì)象、不能反復(fù)解剖病體的困難與障礙。大大節(jié)約了教學(xué)成本，借助于視像體驗(yàn)技術(shù)也能夠起到充分利用學(xué)習(xí)資源的效果。

（六）刺激學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣提高教學(xué)效果

學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中，作為學(xué)習(xí)主體既是知識(shí)的獲得者，也是學(xué)習(xí)知識(shí)的探索者。因此怎樣提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣一直是每位教育工作者追求的目標(biāo)。只有刺激學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生才能夠自發(fā)的投入到學(xué)習(xí)當(dāng)中，才能獲得相應(yīng)的學(xué)習(xí)效果。虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)由于具有強(qiáng)大的操作性和體驗(yàn)性，因此可以極大的刺激學(xué)習(xí)者的探索精神，較之于傳統(tǒng)的面授教學(xué)、視頻教學(xué)，學(xué)生具有了更多的參與感，學(xué)習(xí)者的身份也從被動(dòng)接受者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)習(xí)的探索者。

通過(guò)西安廣播電視大學(xué)的不斷探索與努力，目前我校已經(jīng)自建出一批虛擬實(shí)驗(yàn)資源并實(shí)際應(yīng)用于課堂教學(xué)，通過(guò)對(duì)學(xué)習(xí)者的調(diào)查與追蹤，學(xué)生明顯表示出對(duì)體驗(yàn)性學(xué)習(xí)的興趣，相應(yīng)的教學(xué)效果也得到了進(jìn)一步的提高與落實(shí)。

綜上，虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)作為一種具有極大潛力的教學(xué)手段，已經(jīng)越來(lái)越多的受到關(guān)注，同時(shí)也被應(yīng)用于實(shí)踐教學(xué)當(dāng)中。

三、基于遠(yuǎn)程教育的理工科虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)的應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)

（一）虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)在遠(yuǎn)程教育中的應(yīng)用

當(dāng)前虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)已經(jīng)越來(lái)越多的應(yīng)用于日常教學(xué)當(dāng)中，特別是在普通高校和廣播電視大學(xué)系統(tǒng)中已經(jīng)成為了一種重要的教學(xué)方式。目前，可操作的虛擬實(shí)驗(yàn)主要可以分為以下幾種類型。

1. 模擬實(shí)驗(yàn)

模擬實(shí)驗(yàn)是通過(guò)模擬有關(guān)情境，探尋有機(jī)體在該模擬情境下的心理和行為反應(yīng)，并依據(jù)此類觀察結(jié)果進(jìn)行推論的研究方法[5]。模擬實(shí)驗(yàn)最大的特點(diǎn)是通過(guò)虛擬仿真技術(shù)，將文字、圖像、聲音、動(dòng)畫(huà)綜合表現(xiàn)出來(lái)，通過(guò)模擬具體而真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境、實(shí)驗(yàn)條件達(dá)到與真實(shí)實(shí)驗(yàn)完全相同的效果。目前廣州福斯特公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)出的全國(guó)電大開(kāi)放教育會(huì)計(jì)本科多媒體實(shí)驗(yàn)室即為此種類型[6]。

2. 虛擬實(shí)驗(yàn)室

虛擬實(shí)驗(yàn)室將現(xiàn)有各類實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)一步虛擬化，通過(guò)虛擬試驗(yàn)臺(tái)、虛擬器材庫(kù)和虛擬實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)整合，構(gòu)建出一整套實(shí)驗(yàn)環(huán)境。目前上海開(kāi)大已經(jīng)建立了國(guó)際結(jié)算、機(jī)電、模擬銀行等一系列網(wǎng)上實(shí)驗(yàn)室。學(xué)生在登錄實(shí)驗(yàn)室后點(diǎn)擊“空調(diào)安裝”課件，即會(huì)在電腦顯示器展現(xiàn)出空調(diào)壓縮機(jī)的三維模型，通過(guò)鼠標(biāo)的拖動(dòng)可以進(jìn)行空調(diào)的安裝與調(diào)試練習(xí)，只有逐步按照正確的流程才能最終完成實(shí)驗(yàn)操作[6]。

3. 虛擬實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)

目前廣州電大已經(jīng)建設(shè)了電子商務(wù)網(wǎng)上實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，平臺(tái)包括理論教學(xué)、自檢自測(cè)、法律法規(guī)、學(xué)習(xí)交流、模擬案例等模塊內(nèi)容，教師可以通過(guò)平臺(tái)對(duì)學(xué)生進(jìn)行在線指導(dǎo)并完成相應(yīng)的教學(xué)管理工作，此平臺(tái)還能為學(xué)生實(shí)時(shí)答疑和相關(guān)支持服務(wù)工作[6]。

（二）虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)是具有可交互的綜合化信息系統(tǒng)，用戶通過(guò)特定的設(shè)備獲得虛擬實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)請(qǐng)求，通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的處理，實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)結(jié)果反饋回用戶，并通過(guò)一定的方式展現(xiàn)出來(lái)。整個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)主要由兩個(gè)重要環(huán)境構(gòu)成，即硬件環(huán)境和軟件環(huán)境兩個(gè)部分[7]。

1. 硬件環(huán)境

虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)的硬件環(huán)境包括了虛擬實(shí)驗(yàn)服務(wù)器、各種外接設(shè)備、虛擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)、相關(guān)支持平臺(tái)等內(nèi)容。用戶通過(guò)客戶端與虛擬實(shí)驗(yàn)服務(wù)器建立聯(lián)系，在數(shù)據(jù)通道的支持下實(shí)現(xiàn)大批量數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)置與接收，提交相應(yīng)請(qǐng)求給不同的應(yīng)用程序服務(wù)器進(jìn)行處理，并及時(shí)體驗(yàn)反饋效果。

2. 軟件環(huán)境

軟件環(huán)境分為服務(wù)端技術(shù)和客戶端技術(shù)兩類。

目前有很多種開(kāi)發(fā)虛擬實(shí)驗(yàn)的軟件，Visual C++、Lab VIEW、Matlab、Java、VB、Protel、DasyLab等等，其中Lab VIEW應(yīng)用較為廣泛。Lab VIEW是由美國(guó)國(guó)家儀器公司研制開(kāi)發(fā)的使用圖形化編輯語(yǔ)言G編寫(xiě)程序，輸出程序?yàn)榭驁D形式，程序框圖中節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)流向決定了虛擬儀器及函數(shù)的執(zhí)行順序[8]。Lab VIEW程序包括前面板、框圖程序、圖標(biāo)/接線端口三個(gè)部分[9]。Lab VIEW的框圖形式能夠?qū)?fù)雜的編程通過(guò)框圖形式直觀的展示出來(lái)，同時(shí)Lab VIEW眾多的源代碼設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序也為開(kāi)發(fā)者提供了良好的設(shè)計(jì)基礎(chǔ);Lab VIEW通過(guò)連續(xù)動(dòng)態(tài)的對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)使得語(yǔ)言開(kāi)發(fā)環(huán)境更加友好效率也更高。

客戶端能夠及時(shí)對(duì)虛擬儀器和虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋和反饋，同時(shí)也是人機(jī)交互的平臺(tái)[10]。常用的實(shí)現(xiàn)客戶端功能的技術(shù)有兩種：一種是ActiveX技術(shù)，另一種是Java Applet技術(shù)。

ActiveX是一系列策略性面向?qū)ο蟪绦蚣夹g(shù)和工具的稱呼，ActiveX控件是可以在應(yīng)用程序和網(wǎng)絡(luò)中計(jì)算機(jī)上重復(fù)使用的程序?qū)ο蟆ctiveX的一大優(yōu)點(diǎn)就是能夠被大多數(shù)應(yīng)用程序再使用，也可以由不同的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)。

Java Applet是利用Java語(yǔ)言編寫(xiě)的小應(yīng)用程序，可以直接嵌入到網(wǎng)頁(yè)中，不需要第三方軟件環(huán)境的支持，Java Applet的執(zhí)行速度不受網(wǎng)絡(luò)帶寬或Modem存取速度的限制，用戶能夠更好地欣賞Applet在網(wǎng)頁(yè)上產(chǎn)生的多媒體效果，有些Applet還允許同用戶進(jìn)行交互式操作。

四、理工科虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)中的問(wèn)題及對(duì)策

盡管當(dāng)前理工科虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)程教學(xué)，但仍存在很多亟待解決的問(wèn)題。

（一）對(duì)理工科虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)認(rèn)識(shí)不足，需要進(jìn)一步加深理解

虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)在VR和AR以及人工智能的支持下，近幾年雖然有了很大的進(jìn)步與提高，但部分學(xué)者仍然秉持著虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)不可能替代傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的觀點(diǎn)，從而造成了對(duì)理工科虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)的認(rèn)識(shí)不足。虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)不是萬(wàn)能的，也確實(shí)不可能完全替代真實(shí)的實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)過(guò)程，但作為一種領(lǐng)先的技術(shù)手段，虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)卻能夠在一定程度上解決真實(shí)實(shí)驗(yàn)中的破壞性實(shí)驗(yàn)復(fù)建問(wèn)題。一些教師認(rèn)為，作為遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)的工作者來(lái)說(shuō)，他們已經(jīng)具備了一定的實(shí)踐操作能力，他們需要遠(yuǎn)程教育的真實(shí)目的僅僅是為了提高自身的理論水平加深理論與實(shí)際的關(guān)聯(lián)性，因此虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)對(duì)他們的幫助并不大[11]。針對(duì)上述意見(jiàn)，我校也一直在對(duì)成人學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)行追蹤。實(shí)踐表明學(xué)生對(duì)于虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)的渴望十分強(qiáng)烈，盡管有一定的動(dòng)手能力，但也只是針對(duì)日常工作中的加工操作，并沒(méi)有全部掌握機(jī)床設(shè)備的深層加工能力，因此對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)抱有很高的期待。

（二）實(shí)驗(yàn)環(huán)境要求較高，需要提高硬件支持

虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)作為傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的代替與補(bǔ)充，相對(duì)于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備而言其實(shí)驗(yàn)環(huán)境要求比較高，特別是針對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)服務(wù)器和虛擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)而言，需要極大的數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)處理能力。虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)備不僅要滿足基本的操作需要，同時(shí)還要具有良好的人體交互功能，從而便于操作人員獲得相應(yīng)的真實(shí)感知和實(shí)驗(yàn)過(guò)程的真實(shí)體驗(yàn)。

（三）優(yōu)質(zhì)虛擬實(shí)驗(yàn)資源有限，需要不斷開(kāi)發(fā)

雖然越來(lái)越多的高校和科研院所積極參與到虛擬實(shí)驗(yàn)的開(kāi)發(fā)建設(shè)當(dāng)中，但優(yōu)質(zhì)的理工科虛擬實(shí)驗(yàn)資源仍然十分有限。以機(jī)械學(xué)科為例，雖然已經(jīng)構(gòu)建出虛擬加工車間，特別是虛擬數(shù)控機(jī)床已經(jīng)能夠達(dá)到在數(shù)控機(jī)床形態(tài)、進(jìn)給、換刀、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量方面與實(shí)際的數(shù)控機(jī)床相差無(wú)幾。但虛擬數(shù)控機(jī)床類別有限，虛擬刀具在虛擬坯料上的加工軌跡還比較單一，由虛擬的幾何面構(gòu)成的虛擬加工零件的質(zhì)感還不能達(dá)到與真實(shí)實(shí)驗(yàn)相一致的程度，應(yīng)用于數(shù)控加工零件預(yù)測(cè)方面的數(shù)據(jù)庫(kù)仍顯不足。這就需要在建立經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的同時(shí)，應(yīng)用人工智能技術(shù)，更加精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)虛擬零件的加工精度和表面性能，借以提高學(xué)習(xí)效果。

（四）虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)軟件支持不足，需要不斷提高

虛擬實(shí)驗(yàn)中的軟件問(wèn)題是限制虛擬實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)的重要瓶頸，它不僅需要強(qiáng)大的數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)與支持，更需要新的理論和算法支撐，目前針對(duì)理工科的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)相關(guān)軟件還顯得不太成熟。以我校自建安全技術(shù)與管理專業(yè)為例，雖然自建了一批虛擬體驗(yàn)資源，但其體驗(yàn)的真實(shí)度和畫(huà)面的細(xì)致度仍有待提高。虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)的軟件支持需要仿真建模、數(shù)據(jù)計(jì)算、交互技術(shù)的強(qiáng)大支撐，有很多問(wèn)題暫時(shí)還無(wú)法解決，即使軟件的模擬度很高，仍不能完全代替具體的實(shí)驗(yàn)操作。只有將二者互相結(jié)合，借助虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)為支撐，在教師和操作人員的引導(dǎo)下，幫助學(xué)生更好的體會(huì)實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從而更加適應(yīng)現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育的學(xué)習(xí)需要[15]。

（五）教師角色轉(zhuǎn)化困難，需要思想轉(zhuǎn)變

作為遠(yuǎn)程教育的工作者，許多教師仍存在教學(xué)認(rèn)識(shí)上的角色定位不足，他們認(rèn)為遠(yuǎn)程教育的重要內(nèi)容就是為學(xué)生提供優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源，遠(yuǎn)程教育的重要手段就是借助多媒體和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)改變傳統(tǒng)的面授教學(xué)。因此在思想上忽略了虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)也是優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的一種。

現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育面對(duì)的學(xué)習(xí)對(duì)象不再是單一的課堂學(xué)習(xí)者，更多的是面對(duì)坐在各種電子終端前的學(xué)習(xí)者，他們的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)和學(xué)習(xí)能力千差萬(wàn)別，這就需要遠(yuǎn)程教育者能夠?yàn)樗麄兲峁└嗟膬?yōu)質(zhì)資源。教師不僅僅要具備良好的專業(yè)理論知識(shí)，更需要具備相應(yīng)的實(shí)際操作能力。

（六）虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)的管理仍不到位，需要繼續(xù)提高應(yīng)用水平

現(xiàn)階段遠(yuǎn)程教育對(duì)理工科的實(shí)踐教學(xué)仍停留在傳統(tǒng)教學(xué)范圍內(nèi)，大多數(shù)遠(yuǎn)程教育均不涉及實(shí)驗(yàn)操作，只是提供相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)視頻講解和視頻錄制資源，因此不能充分發(fā)揮學(xué)生自身的主動(dòng)性，實(shí)驗(yàn)操作只能流于形式。加大實(shí)驗(yàn)過(guò)程的監(jiān)控力度，實(shí)施有效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)指導(dǎo)并形成規(guī)范制度，逐步拓展理工科的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，從制度上建立相應(yīng)保障，將有條件開(kāi)設(shè)虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)的課程，從考核上加入對(duì)操作過(guò)程的作業(yè)要求和考核分?jǐn)?shù)，切實(shí)有效的建立起對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)能力的考核才能起到提高教學(xué)質(zhì)量的目的。

五、結(jié)束語(yǔ)

綜上，盡管虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)仍不能完全取代真實(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)過(guò)程，但虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)作為一種教學(xué)方式和教學(xué)手段在現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育中將會(huì)扮演更多的重要角色。遠(yuǎn)程教育工作者一定要提高認(rèn)識(shí)，依托互聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù)的發(fā)展構(gòu)建智慧學(xué)習(xí)模式，擺脫現(xiàn)有教學(xué)中學(xué)生觀看視頻教學(xué)和視頻講解的固化模式，讓學(xué)生參與其中，真正幫助學(xué)生鍛煉創(chuàng)造性思維，切實(shí)提高動(dòng)手能力。

通過(guò)構(gòu)建不同的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和虛擬實(shí)驗(yàn)資源，讓學(xué)生真正參與到教學(xué)過(guò)程中，改變傳統(tǒng)教學(xué)中學(xué)生被動(dòng)接受的學(xué)習(xí)模式。轉(zhuǎn)換學(xué)習(xí)者身份，通過(guò)互動(dòng)參與依靠智慧教育模式真正實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程教育隨時(shí)可學(xué)可操作，隨處可學(xué)可操作的學(xué)習(xí)氛圍，從根本上激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和探索性，全面推進(jìn)成人教育的改革與實(shí)施。

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