論計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高校計(jì)算機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用

劉 華

(西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710014)

1 計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述

1.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)涵義

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的英文是Virtual Reality，縮寫為VR。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一項(xiàng)高級(jí)人機(jī)界面的高端技術(shù)，它的目的是生成一種虛擬環(huán)境讓人仿佛置身于真實(shí)情景的體驗(yàn)與感受。用戶通過專業(yè)的傳感設(shè)備進(jìn)入到虛擬環(huán)境并與環(huán)境對(duì)象進(jìn)行交互，讓人感覺處身于真實(shí)環(huán)境的體驗(yàn)。將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用到高校教學(xué)中，是教育技術(shù)的飛躍式發(fā)展。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為學(xué)生建立虛擬的學(xué)習(xí)場(chǎng)所，學(xué)生可以根據(jù)自己的需求隨時(shí)開啟學(xué)習(xí)模式。在交互性作用下，學(xué)生完全投入于虛擬環(huán)境中，有效地集中了注意力，從而獲得更佳的學(xué)習(xí)效果。

1.2 計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)特征

首先，計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有交互性。在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作用下，人們置身于虛擬環(huán)境中，通過自身的動(dòng)作和虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境進(jìn)行交互，從而改變自身的體驗(yàn)和感受。用戶利用專業(yè)設(shè)備，如頭盔顯示器、收據(jù)手套等和虛擬環(huán)境中的對(duì)象來交互。計(jì)算機(jī)通過識(shí)別用戶語(yǔ)言及肢體動(dòng)作，對(duì)系統(tǒng)的聲音及圖像對(duì)應(yīng)的調(diào)整，讓用戶獲得真實(shí)體驗(yàn)的過程。其次，具有多感知性。由于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)具有識(shí)別聽覺、觸覺、視覺等方面的功能，還有傳感裝置，因此，用戶在虛擬環(huán)境中就可以獲得聽覺、視覺和觸覺等多項(xiàng)感知，從而有身臨其境的體驗(yàn)。再次，具有沉浸性。沉浸性是系統(tǒng)的核心特征，用戶能獲得身臨其境的體驗(yàn)完全來源于這種特征。這項(xiàng)特征能使用戶完全投入，同時(shí)可以根據(jù)自身的需求設(shè)置而形成虛擬場(chǎng)景，從而讓用戶有置身其中的真實(shí)感受。最后，具有趣味性。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)給用戶新鮮和新奇的感覺，在高校教學(xué)中能激發(fā)學(xué)生的參與積極性和學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，從而充分發(fā)揮虛擬技術(shù)在高校教學(xué)中的作用。

2 虛擬技術(shù)在高校計(jì)算機(jī)教學(xué)中的具體應(yīng)用

2.1 在理論教學(xué)中的有效應(yīng)用

計(jì)算機(jī)作為一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，單靠教師課堂上理論知識(shí)的講解難以讓學(xué)生對(duì)知識(shí)完全地理解和掌握，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的運(yùn)用可以把抽象的知識(shí)形象化和生動(dòng)化。然而，實(shí)際操作中還存在一些問題，例如，由于課堂時(shí)間有限，教師無法對(duì)每位同學(xué)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，并且有的學(xué)生想按自己的想法進(jìn)行操作，因?yàn)閳?chǎng)地和實(shí)踐的限制無法順利進(jìn)行，從而遏制了學(xué)生的創(chuàng)造能力和創(chuàng)新精神。此時(shí)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在理論教學(xué)中的有效應(yīng)用就解決了這些問題。VR技術(shù)能將文字、圖片、聲音等媒體形式有機(jī)結(jié)合起來，并通過優(yōu)良的設(shè)計(jì)制作出生動(dòng)、形象的教學(xué)課件，發(fā)揮VR技術(shù)交互性和沉浸性的優(yōu)勢(shì)，給學(xué)生創(chuàng)造虛擬的真實(shí)環(huán)境，讓其如同置身其中的真實(shí)體驗(yàn)，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)生從不同角度學(xué)習(xí)和實(shí)踐的需求。

另外，在對(duì)“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”這個(gè)知識(shí)的講解時(shí)，一般的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的算法思想比較抽象，不易被學(xué)生消化和掌握。借助VR技術(shù)可以把抽象的算法直觀地呈現(xiàn)給學(xué)生，使學(xué)生更好地吸收和掌握。同時(shí)，還可以利用VR技術(shù)制作一些動(dòng)畫或者游戲案例，這樣可以更好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和動(dòng)力，提高學(xué)生主動(dòng)思考、善于思考和解決問題的無限潛能。

2.2 在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的有效應(yīng)用

VR技術(shù)能生成計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，主要有實(shí)驗(yàn)對(duì)象、實(shí)驗(yàn)室環(huán)境和實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備，還有實(shí)驗(yàn)信息資源，主要包含自評(píng)、導(dǎo)航及測(cè)試等?？梢岳肰R技術(shù)虛擬出一個(gè)理想化的實(shí)驗(yàn)室或仿照某一個(gè)真實(shí)的實(shí)驗(yàn)室來建構(gòu)另一個(gè)虛擬的實(shí)驗(yàn)室。例如，在進(jìn)行計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)安裝和調(diào)試實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以借助VMware軟件建立一臺(tái)和真實(shí)計(jì)算機(jī)一樣的虛擬機(jī)，此種虛擬機(jī)具有獨(dú)立的硬盤、操作系統(tǒng)及內(nèi)存空間，并可以獨(dú)立運(yùn)行，因此即使某一臺(tái)虛擬機(jī)出現(xiàn)問題，也不會(huì)影響物理機(jī)和其他虛擬機(jī)。同時(shí)，它具有成本低，安全性高的特性。每一臺(tái)虛擬機(jī)可以按照用戶的需求來裝置不同的操作系統(tǒng)，例如Windows、Linux，能實(shí)現(xiàn)多種學(xué)習(xí)需求，最大程度上達(dá)到一機(jī)多用的功效。然而，這種虛擬的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室也存在一定的問題，比如，虛擬機(jī)啟動(dòng)速度比較慢，虛擬機(jī)之間的交互性需要提高。但是這種虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室相對(duì)于物理網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室，每臺(tái)虛擬機(jī)能有良好的隔離性及獨(dú)立性，并且在使用過程中，學(xué)生可以有管理員的身份，學(xué)生能有實(shí)際的操作體驗(yàn)。同時(shí)，VR技術(shù)能更佳地進(jìn)行資源分配，主要體現(xiàn)在虛擬機(jī)在配置設(shè)定后不受其他虛擬機(jī)影響而發(fā)生變動(dòng)。并且虛擬機(jī)的適應(yīng)性極強(qiáng)，當(dāng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求發(fā)生改變時(shí)，只要對(duì)應(yīng)地調(diào)整下虛擬機(jī)的配置就可以，不需要另外購(gòu)買計(jì)算機(jī)設(shè)備，大大節(jié)約了教學(xué)成本。VR技術(shù)具有這么多明顯的優(yōu)勢(shì)，因此，將VR技術(shù)運(yùn)用在實(shí)驗(yàn)室教學(xué)中有積極的作用。