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虚拟现实技术在教学中的应用探讨

发表时间：2021/5/13 来源：《中国教育信息化》2021年2月作者：黄丽仙

[导读] 虚拟现实技术是一种现代前沿技术，本文介绍其在教学领域中的应用情况，包括虚拟校园、多媒体课件、虚拟仿真教学实验平台、电子游戏等，并对建设虚拟现实系统要注意的问题作了探讨。

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【摘要】虚拟现实技术是一种现代前沿技术，本文介绍其在教学领域中的应用情况，包括虚拟校园、多媒体课件、虚拟仿真教学实验平台、电子游戏等，并对建设虚拟现实系统要注意的问题作了探讨。
【关键词】虚拟现实技术仿真教学应用
        一、虚拟现实技术简介
        随着时代的发展，虚拟现实技术得到了很大发展，各种虚拟现实技术的产品也层出不穷，应用到了各个方面，也极大地丰富了人们的生活。
虚拟现实技术称VR，它是借助计算机技术、实现人们通过视、听、触、嗅等手段所感受到的虚拟幻境，以沉浸性、交互性和构想性为基本特征的计算机高级人机界面。虚拟现实作为一项尖端科技，它综合利用了图形、仿真、多媒体、人工智能、传感技术、网络并行处理等技术，模拟人的视觉、听觉、嗅觉等感觉器官功能的最新发展成果，能使人能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中，并能够通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互。
        二、虚拟现实技术在教学中的应用
        1、虚拟校园
        虚拟校园是一种桌面VR系统，该系统以计算机为核心，对硬件要求不高，使用者通过屏幕、键盘和鼠标便可与虚拟环境进行交互。例如苹果公司推出的虚拟系统（QuickTimeVR）,它不是采用三维建模来构建虚拟环境，而是采用360度柱面全景拍摄生成逼真的虚拟情景，用户在普通的计算机上，利用鼠标和键盘，就能真实地感受到所虚拟的情景。例如故宫博物院推出的“网上游故宫”也就是用类似的技术开发的。桌面VR系统适用于开发一些实验过程简单、展示性强而交互性较少的实验演示。
        2、虚拟演示教学多媒体课件
        虚拟现实技术在教学中应用较多，特别是对于理工科类课程的教学，尤其在建筑、机械、物理、生物、化学等学科更加需要开发这一类课件。在课堂教学中，老师运用课件上课，不但可以让学生360度看清单个物体的结构及放大缩小，做得好的课件还可以实现三维互动、虚拟拆装。
        例如本人从网上浏览到的虚拟计算机组装课件就可以达到这样的效果：
        首先介绍计算机配件的知识，用户可以从各个角度来观察各个配件的造型，增加感性认识，使学习者对怎样组装计算机有一个初步的了解。并把相应的文字和图片嵌入到网页中，使用户既能在网页中看到二维时不同型号硬件的图片和一些描述配件的文字，又能看到三维的虚拟制作出来的硬件模型。使用户真切地感受到二维与三维的不同，感受到虚拟世界的美妙。
        然后进行虚拟计算机组装。制作者使用三维制作软件预先设置好各个部件的安装顺序，然后摆放出所有的部件。用户只要点击鼠标选择部件，可以随意地移动计算机部件到指定位置进行安装。如果选定部件与预设的顺序不符合或者移动后松开的位置不正确，部件就会自动移回到原来的位置，也就是安装不成功。当然，用户点击相应的按钮，会提示出正确的安装顺序。从而使学习者在缺少实际的操作环境中，也能以一种身临其境的感觉来完成计算机组装的过程，实现了三维性、交互性和境界逼真性。
        3、虚拟仿真教学实验平台
        一般的虚拟仿真教学实验平台，有单机版的，也有网络版的。网络版的有的采用B/S架构，即用户通过internet上网浏览操作就可以实现全部功能。更多的是采用C/S架构，即客户机/服务器结构形式，其硬件系统由多台微机构成一个局域网，学生在客户机操作平台上进行操作，而且既可以多人协同操作同一虚拟对象，又可以单人学习，主服务器具有设置故障、监控学习操作的功能。采用局域网实现了信息共享，模拟多个指令协调操作集中运行的控制。
        4、电子游戏
        利用虚拟现实技术还可以开发出益智游戏和获取各类知识的游戏。
        例如浙江大学张剑平教授带领的团队为浙江教育博物馆以文化传承为目的开发的“文明之旅”3D游戏就做得很好。该游戏使用Unity3D引擎开发，以无需插件的WebGL方式发布，用户只需通过internet浏览就可以玩这款游戏。它是根据浙江教育博物馆古代馆史料设计的，根据每个朝代设置了几道关。

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游戏界面会展示“提示”、“分数”、“进度条”、“帮助”等反馈将引导游戏者进行操作，游戏者的不同选择和控制将影响文明的进度。而且，该款游戏是结合真实场景设计的，其文化传承、教育价值、趣味性都较强。
        三、虚拟现实教学系统的优点
        1、教学手段先进
        一般来说专业实训设备体积较大而实训教学的场地有限，教师在讲授设备操作、使用、注意事项时，只有在设备附近的少数学生能看清楚；对于没有实践经历的学生在实训设备上操作存在一定的危险性；教师只能对设备外表进行讲授，而设备的运作原理及内部无法了解；当设备运转时内部结构无法讲授（因不能拆开外壳）。而用虚拟现实技术，通过大屏幕投影，将有关设备真实地展现在学生面前，有利于学生的正确理解和掌握。
        2、减少办学成本
        专业实训设备结构比较复杂、单价较高，为实训教学增加设备的台数势必大幅度增加购置经费，而且每次使用成本较高（例如汽车的油料、电力、设备损耗和维修费用）。用虚拟现实技术，减少设备台数，没有材料消耗，可大大减少办学成本。
        3、学习效果明显提高
        用虚拟现实技术，将设备三维“虚拟”出来，并可产生互动，让学生在计算机反复多次练习进行操作训练，较熟练后才在真正的设备上操作，可大大提高实操的效果。
        4、学习兴趣增强
        用虚拟现实技术，学生可使用计算机进行仿真操作，使一些比较枯燥难于操作的实验、实训变得有趣和便于掌握。
        四、虚拟现实技术在教育领域应用中存在的问题
        可以预见，随着科学水平和经济技术的不断发展，虚拟现实技术将在教育领域得到广泛的应用，但仍存在一定的问题，主要包括：
        1、环境因素
        学生在虚拟的环境中学习，毕竟与真实的训练不同，要考虑交互的真实性，因为实际动手操作都强于任何媒体式教学，它仅能积累经验，而不能代替事件教学，尤其是有创造性目的的实验。
        2、应用效果
        虚拟现实技术的表现形式侧重于几何方式，缺乏逼真的物理、行为模型，虚拟现实技术在感知方面，视觉合成研究效果较好，听觉、触觉也有所涉及，但真实性与实时性不足，其虚拟效果还有待提高。
        五、建设虚拟现实系统要注意的几个问题
        1.要依靠学校教师的科研力量
        学校教师积极的参与是做好虚拟现实系统的保证。象多媒体课件，一方面立足于本校老师制作，可以不断学习、外出培训，投入较大精力熟练掌握常用的三维技术制作软件，努力提高制作水平。
        2、在硬件配置方面宜根据资金投入能力和实际工作需要为标准
        鉴于虚拟现实技术是21世纪的前沿技术，尚未普及，其软、硬件价格较高，投入较大，必须联系实际进行决策。
        3、在软件开发方面必须供需双方人员密切配合
        由于目前在国内能利用虚拟现实技术开发软件的公司不多，开发人员对客户专业学科了解不深，对专业需求了解不够清晰；客户对这种技术的实际效果也了解不够，有时会出现期望值过高或过低的情况；客户中懂计算机的专业人员能提供专业技术方面的宝贵意见供研发人员参考，这有利于加深研发人员对专业需求的认识，只有双方密切配合才能研发出实用的虚拟现实系统。
        虚拟现实技术作为新型教学媒体，当前在教育领域中得到极大的关注。随着计算机及网络的发展，虚拟技术的硬件与软件成本的逐渐降低，这种新型教学媒体必将得到广泛应用，并最终在现代教育领域中发挥其重要作用。
参考文摘：
[1]曹惠琴，石敏,虚拟现实在多媒体教学中的应用，中国科技创新导刊，2008（9）；204－206。
[2]胡玥，姜友斌，柴惠芳，张剑平，文化传承视野下博物馆电子游戏的设计，现代教育技术，2018（1）；52－57。