虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在電子類(lèi)課程教學(xué)中的應(yīng)用途徑

王 欣

（山西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 長(zhǎng)治 046299）

0 引言

如今的電子類(lèi)課程內(nèi)容既復(fù)雜又抽象，但運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)就能對(duì)這些不易理解的知識(shí)進(jìn)行詳細(xì)演示和解說(shuō)，同時(shí)這種靈活的教學(xué)手段也更容易被學(xué)生接受。因此，教師應(yīng)當(dāng)根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)特點(diǎn)來(lái)推動(dòng)電子類(lèi)課程教學(xué)發(fā)展，從而為社會(huì)培養(yǎng)更多動(dòng)手能力強(qiáng)、專(zhuān)業(yè)技能扎實(shí)的技術(shù)人才。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)與系統(tǒng)構(gòu)成

1.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與傳統(tǒng)的操作技術(shù)相比略勝一籌，其中突出的兩個(gè)優(yōu)勢(shì)就是交互式和多感官體驗(yàn)。①交互式。傳統(tǒng)的操作技術(shù)是用鼠標(biāo)或者鍵盤(pán)來(lái)操控，而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)就是用手套、頭盔等感應(yīng)裝置與虛擬的現(xiàn)實(shí)環(huán)境展開(kāi)互動(dòng)，這種交互式體驗(yàn)感會(huì)更強(qiáng)。②多感官體驗(yàn)。當(dāng)用戶(hù)使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)時(shí)，從視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)及觸覺(jué)上都能更直觀地感受到某些事物，如用戶(hù)戴上頭盔后，就會(huì)沉浸在虛擬的現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，而手套就可以直接操作，這與傳統(tǒng)的鍵盤(pán)、手柄等操作手段有明顯不同的感官體驗(yàn)。

1.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的系統(tǒng)構(gòu)成

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)系統(tǒng)主要由手段和目標(biāo)構(gòu)成，它是利用高性能計(jì)算機(jī)的軟硬件和傳感器，并結(jié)合圖像處理、識(shí)別、人機(jī)接口、數(shù)據(jù)庫(kù)等技術(shù)，為用戶(hù)創(chuàng)設(shè)一個(gè)沉浸交互式的虛擬環(huán)境。這種利用先進(jìn)技術(shù)構(gòu)造出來(lái)的虛擬環(huán)境硬件方面包含了觸覺(jué)裝置、音頻系統(tǒng)、跟蹤系統(tǒng)、知覺(jué)系統(tǒng)及圖像生成和現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)；軟件方面除要得到一般軟件來(lái)支撐環(huán)境外，還需要能把不同數(shù)據(jù)庫(kù)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer Aided Design，CAD）軟件等進(jìn)行調(diào)用的集成環(huán)境［1］。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在電子類(lèi)課程教學(xué)中的應(yīng)用意義

2.1 增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的交互式特點(diǎn)可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的感官，讓他們能夠全身心投入到這樣的學(xué)習(xí)環(huán)境中，然后通過(guò)該環(huán)境所給出的信息來(lái)獲得一定的知識(shí)和技能。在傳統(tǒng)電子類(lèi)課程教學(xué)中，學(xué)生基本都是從教師講授的教材中獲取相關(guān)知識(shí)的，要想提高學(xué)習(xí)效果，就需要教師反復(fù)講解、學(xué)生反復(fù)訓(xùn)練，而這些環(huán)節(jié)都是緊密相連的，不論哪個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)差錯(cuò)，都會(huì)影響到整體學(xué)習(xí)效果。但虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的使用就貫穿了傳統(tǒng)教學(xué)的各項(xiàng)環(huán)節(jié)，它能讓枯燥、抽象的課程內(nèi)容變得形象具體化。例如，在“繼電接觸器控制系統(tǒng)”教學(xué)中，傳統(tǒng)的理論教學(xué)就是教師對(duì)“電子控制原理圖”展開(kāi)講解，而實(shí)驗(yàn)課上要想建立一個(gè)完整的繼電接觸器控制系統(tǒng)，就需要大量且密集的連線才能完成，僅僅是器材的準(zhǔn)備工作就能讓學(xué)生昏頭昏腦。反之，倘若把虛擬顯示技術(shù)運(yùn)用其中，模擬電路系統(tǒng)并調(diào)節(jié)電路元件就能實(shí)現(xiàn)繼電接觸器對(duì)電路的具體控制，這不僅能加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，還能激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效果。

2.2 提高實(shí)踐能力

如今的高校教育都把重點(diǎn)放在了大學(xué)生綜合能力培養(yǎng)上，卻忽略了提升他們的實(shí)踐能力。在電子類(lèi)課程教學(xué)中，雖然有很多實(shí)驗(yàn)和觀察的內(nèi)容，但部分高校由于經(jīng)費(fèi)、安全、場(chǎng)地的原因而無(wú)法開(kāi)展真正意義上的實(shí)驗(yàn)，這就讓學(xué)生失去了動(dòng)手機(jī)會(huì)，導(dǎo)致他們的實(shí)踐能力逐漸減弱。將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)輔助運(yùn)用于電子類(lèi)課程教學(xué)中，可以給學(xué)生提供充足的動(dòng)手機(jī)會(huì)，不管他們?cè)诓僮髦谐霈F(xiàn)何種失誤都不會(huì)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的后果，他們反而能通過(guò)這項(xiàng)技術(shù)來(lái)拓寬自己的視野，對(duì)實(shí)驗(yàn)有更深的印象。此外，學(xué)生在虛擬環(huán)境中的反復(fù)練習(xí)還能讓他們記住不同信號(hào)源、電子元件、操作系統(tǒng)等，從而將理論與實(shí)踐更好地融合，這對(duì)提高他們的實(shí)踐能力有一定的促進(jìn)作用［2］。

2.3 豐富教學(xué)內(nèi)容

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在電子類(lèi)課程中應(yīng)用可以對(duì)平常遠(yuǎn)離人們生活、不易被觀察到的自然現(xiàn)象以及硬件設(shè)備過(guò)于高昂的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行演示。例如，在“移動(dòng)通信”教學(xué)中，傳統(tǒng)的方式還是依靠口述進(jìn)行教學(xué)，教師最多搭配多媒體播放一些視頻和圖片，雖然學(xué)生能夠直觀地看到某些知識(shí)原理，但無(wú)法對(duì)知識(shí)形成系統(tǒng)性的認(rèn)知。運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)就能直接進(jìn)入移動(dòng)通信系統(tǒng)，通過(guò)系統(tǒng)來(lái)查看基站控制器、交換中心、計(jì)價(jià)系統(tǒng)等，這不僅能使學(xué)生對(duì)移動(dòng)通信系統(tǒng)有更全面、清楚的認(rèn)知，還能使其輕松掌握系統(tǒng)的各組成部分和原理，使課程內(nèi)容更加豐富。

2.4 解析重難點(diǎn)問(wèn)題

一般情況下，教師的教學(xué)計(jì)劃都是和教學(xué)內(nèi)容同步的，所有課程的知識(shí)點(diǎn)都是絲絲入扣的，前一個(gè)知識(shí)點(diǎn)是后一個(gè)知識(shí)點(diǎn)的基礎(chǔ)，若學(xué)生對(duì)前一個(gè)知識(shí)點(diǎn)沒(méi)有理解到位，那么必然會(huì)影響到其對(duì)整個(gè)章節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)。因此，教師就需要運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)理論知識(shí)直接進(jìn)行展示，讓學(xué)生能夠直觀地看到每個(gè)知識(shí)點(diǎn)是如何相連的，進(jìn)而了解各知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系，這對(duì)學(xué)生后期理解重難點(diǎn)問(wèn)題是非常有利的。

3 電子類(lèi)課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

現(xiàn)在的電子類(lèi)課程涉及很多電子元器件的組裝和識(shí)別內(nèi)容，但因受到教學(xué)環(huán)境和教學(xué)工具的影響，學(xué)生沒(méi)有那么多的實(shí)踐機(jī)會(huì)，這就很難使學(xué)生真正掌握專(zhuān)業(yè)技術(shù)。為了改變這一現(xiàn)狀，高校教師也嘗試了很多不同的教學(xué)方法，如運(yùn)用多媒體將教學(xué)內(nèi)容形象化，但仍然無(wú)法改變實(shí)踐機(jī)會(huì)缺失的這一事實(shí)。電子類(lèi)教學(xué)課程一般是理論結(jié)合實(shí)踐的，但在具體教學(xué)中普遍存在實(shí)驗(yàn)臺(tái)不夠用或無(wú)法滿足教學(xué)實(shí)際需求的情況，當(dāng)課堂人數(shù)較多時(shí)，一些學(xué)生就很難有實(shí)操的機(jī)會(huì)。除此之外，部分實(shí)驗(yàn)還存在危險(xiǎn)性，如果學(xué)生對(duì)實(shí)操過(guò)程不熟悉，風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率就會(huì)增加。此外，傳統(tǒng)的教學(xué)方式都是教師在多媒體課件中插入較多的數(shù)據(jù)，然后讓學(xué)生跟著教師的思路深入學(xué)習(xí)，這樣的方式很難看到實(shí)驗(yàn)變化過(guò)程，因而無(wú)法了解錯(cuò)誤數(shù)據(jù)對(duì)實(shí)驗(yàn)會(huì)產(chǎn)生什么后果，這種不靈活的教學(xué)方式會(huì)限制學(xué)生的思路，導(dǎo)致他們很難有更多的想法和創(chuàng)新力［3］。

4 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在電子類(lèi)課程教學(xué)中的應(yīng)用途徑

4.1 建設(shè)虛擬實(shí)驗(yàn)室

在當(dāng)前電子類(lèi)課程教學(xué)中，各個(gè)學(xué)校應(yīng)當(dāng)給各專(zhuān)業(yè)配備相應(yīng)的實(shí)訓(xùn)室，如電路、通信系統(tǒng)、信息處理實(shí)驗(yàn)室等，通過(guò)這些實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生可以進(jìn)一步提升自己的動(dòng)手能力。但是，要想讓實(shí)驗(yàn)室跟上現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展步伐，就需要投入大量的資金和占用較大的場(chǎng)地，這就讓很多學(xué)校難以滿足該專(zhuān)業(yè)的各項(xiàng)需求。而虛擬實(shí)驗(yàn)室不僅能將實(shí)驗(yàn)室真真切切地還原，還能呈現(xiàn)出現(xiàn)實(shí)中不存在的實(shí)驗(yàn)室，在這個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)室中，學(xué)生就能參與到各類(lèi)實(shí)驗(yàn)中，這既能實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教育，又能避免人力、物力、財(cái)力以及時(shí)間大量浪費(fèi)。例如，在“通信系統(tǒng)”現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)中，有的只能用較為簡(jiǎn)單的通信模型來(lái)代替，這就很難讓學(xué)生深入了解；有的只能模擬一部分，學(xué)生很難看到系統(tǒng)全貌，使得他們難以了解通信系統(tǒng)與各部分之間的聯(lián)系；有的甚至無(wú)法在實(shí)驗(yàn)中體現(xiàn)通信系統(tǒng)，學(xué)生只能依靠理論或圖書(shū)資料來(lái)發(fā)揮自己的想象力。而在虛擬實(shí)驗(yàn)室中，它可以把現(xiàn)實(shí)中的固定電話、移動(dòng)和衛(wèi)星通信等完全相同地建立在虛擬世界中，學(xué)生可以任意進(jìn)入通信系統(tǒng)中的各個(gè)部分，并查看該部分的工作狀態(tài)，同時(shí)還能用手動(dòng)操作的方式來(lái)改變參數(shù)和工作狀態(tài)。這樣既能讓學(xué)生看到通信系統(tǒng)全貌，又能使其了解各部分的工作原理和熟悉故障發(fā)生原因，從而掌握解決問(wèn)題的相關(guān)辦法。

4.2 建設(shè)信息化校園

為打造具有時(shí)代性的校園文化和為師生營(yíng)造利于其學(xué)習(xí)、教育的氛圍，學(xué)校就要建設(shè)信息化校園。信息化校園主要是以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，充分利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)、活動(dòng)空間、教育資源等，構(gòu)造出一個(gè)虛擬的數(shù)字空間，讓師生傳遞信息的速度更快、效率更高。與此同時(shí)，信息化校園是服務(wù)于全校師生的，把虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)融入信息化校園構(gòu)建中不僅能改變教師的教學(xué)理念，還能提高教學(xué)水平和學(xué)生的信息化能力。

除此之外，現(xiàn)在很多高校基本都有老舊的計(jì)算機(jī)、實(shí)驗(yàn)器材等，這些物件既不符合現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展要求，又會(huì)影響教師創(chuàng)新教學(xué)模式，而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)就能改變校園教學(xué)和科研環(huán)境，讓師生能夠真正認(rèn)識(shí)到現(xiàn)代科技的優(yōu)勢(shì)，從而擺脫傳統(tǒng)教學(xué)方式和理念，使得校園能夠朝著積極、現(xiàn)代化方向發(fā)展［4］。

4.3 建設(shè)遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)

近年來(lái)，我國(guó)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)逐漸趨于成熟，并在各大、中、小城市得到了廣泛應(yīng)用。在教育行業(yè)，網(wǎng)絡(luò)也起到了舉足輕重的作用，大學(xué)生可以利用遠(yuǎn)程教育平臺(tái)在任何地方學(xué)習(xí)電子類(lèi)課程。比如，在這兩年里，很多教師都采用網(wǎng)絡(luò)直播教學(xué)方式，這就讓學(xué)生的學(xué)習(xí)時(shí)間、空間變得更加靈活［5］。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能讓教育平臺(tái)得到有效延伸，它的輔助不僅能讓學(xué)生在課后展開(kāi)自主學(xué)習(xí)，還能讓學(xué)生與教師進(jìn)行實(shí)時(shí)對(duì)話，從而縮短空間上的教學(xué)距離，使學(xué)生就像在校實(shí)驗(yàn)一樣。同時(shí)，在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的幫助下，學(xué)生還能在課下登錄遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)進(jìn)行預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)和實(shí)踐，這既能提高他們的學(xué)習(xí)效果，又能節(jié)約更多的教育資源。此外，高校對(duì)于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的運(yùn)用不能過(guò)于刻板，而是應(yīng)當(dāng)開(kāi)放自己的思想去應(yīng)用該技術(shù)，如高校可以招收一些校外學(xué)生，讓他們能夠在家學(xué)習(xí)，通過(guò)這樣的方式讓教學(xué)效果得到進(jìn)一步提升［6］。

5 結(jié)語(yǔ)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)雖然發(fā)展時(shí)間不長(zhǎng)，但在各行業(yè)都有較大的發(fā)展?jié)摿?。隨著該技術(shù)趨于成熟，它的應(yīng)用范圍會(huì)越來(lái)越廣，高校要抓住時(shí)機(jī)，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)引入各專(zhuān)業(yè)教學(xué)中，讓更多的大學(xué)生體驗(yàn)到先進(jìn)的教學(xué)手段和技術(shù)，從而給他們創(chuàng)設(shè)良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，為社會(huì)培養(yǎng)更多掌握現(xiàn)代技術(shù)的專(zhuān)業(yè)人才，這對(duì)推進(jìn)校園信息化建設(shè)有較大的促進(jìn)作用。