論虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其在高職院校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中的應(yīng)用

摘 要：網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)日趨成熟，但目前在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中的應(yīng)用并不廣泛。本文通過教學(xué)實(shí)踐和相關(guān)的研究，提出了針對不同的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)設(shè)計(jì)所采用的相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，旨在探討網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)的相關(guān)理論及其在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) 高職院校 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)

隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)逐漸為各界人士所關(guān)注，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于航空、航天、醫(yī)學(xué)實(shí)習(xí)、娛樂、游戲、教育等許多領(lǐng)域，尤其給網(wǎng)絡(luò)教學(xué)帶來了新的教學(xué)手段，大大提高了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)質(zhì)量。因此，充分認(rèn)識虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中的重要性，研究虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)及其應(yīng)用，從而進(jìn)一步促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的發(fā)展，已成為當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中的一個(gè)重要課題。

一、網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)及其類型

（一）網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)的含義

虛擬現(xiàn)實(shí)又稱臨境技術(shù)，最早由美國的T.Lanier創(chuàng)造并使用，指的是通過多媒體與仿真技術(shù)相結(jié)合，生成逼真的視、聽、觸覺一體化的虛擬現(xiàn)實(shí)，用戶以自然的方式與虛擬環(huán)境中的個(gè)體進(jìn)行體驗(yàn)和交互作用，從而產(chǎn)生身臨其境的感受和體驗(yàn)的一種新型的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。創(chuàng)建和體驗(yàn)這種虛擬環(huán)境需要包括計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、圖像處理和模式識別、AI計(jì)算、人機(jī)交互技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)與通常的CAD系統(tǒng)所產(chǎn)生的模型，虛擬現(xiàn)實(shí)不同于傳統(tǒng)的三維動(dòng)畫。它是一個(gè)開放、互動(dòng)的環(huán)境，操作者成為虛擬環(huán)境中的一員，進(jìn)行實(shí)時(shí)交互感知，并操作虛擬世界中的各種對象，從而獲得身臨其境的感受和體會(huì)。因此，借助網(wǎng)絡(luò)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，教師（操作者）可以通過人的動(dòng)作來與虛擬環(huán)境學(xué)生交互（如肢體運(yùn)動(dòng)、手勢等），此時(shí)虛擬的實(shí)體不是客觀存在的，是計(jì)算機(jī)通過相應(yīng)的算法來生成的，因此，虛擬現(xiàn)實(shí)需要依靠專門的傳感設(shè)備（如頭盔、數(shù)據(jù)手套、力學(xué)反饋器等）來進(jìn)行交互作用。

（二）網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)的類型

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)按功能可分為沉浸型虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、簡易型虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)和共享型虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)三種類型。其中，沉浸型虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是一種人為的虛擬環(huán)境，這種虛擬環(huán)境是通過計(jì)算機(jī)圖形構(gòu)成的三維數(shù)字模型，編制到計(jì)算機(jī)中去產(chǎn)生逼真的“虛擬環(huán)境”，從而使得用戶在視覺上產(chǎn)生一種沉浸于虛擬環(huán)境的感覺。但是用戶必須頭戴頭盔、手帶數(shù)據(jù)手套等傳感跟蹤設(shè)備，才能不受干擾地沉浸其中，所以成本非常高。而簡易型虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉，容易推廣。例如Quick Time VR就是只需用照相機(jī)對某場景進(jìn)行360度的全方位的拍攝，然后用戶可以在普通計(jì)算機(jī)上利用鼠標(biāo)、鍵盤感受所虛擬的環(huán)境。共享型虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)則是指將不同地區(qū)的用戶用互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)結(jié)起來，對一個(gè)虛擬空間共享。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中的作用

（一）避免網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中的不真實(shí)感

在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中，由于缺乏生動(dòng)形象的講授，學(xué)生很難長時(shí)間內(nèi)集中精力學(xué)習(xí)，得不到好的教學(xué)效果。利用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)可以彌補(bǔ)這方面的不足，學(xué)生可以在逼真的視、聽、觸覺一體化的虛擬環(huán)境中進(jìn)行有效的學(xué)習(xí)，用自然的方式在虛擬環(huán)境中與同學(xué)交流、討論和向教師請教，從而更好地理解教學(xué)的內(nèi)容，達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。

（二）虛擬人物形象

在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中，利用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)虛擬各種人物形象時(shí)可以根據(jù)實(shí)際情況具析。例如：想讓學(xué)生“向雷鋒同志學(xué)習(xí)”，就可以虛擬一個(gè)雷鋒，創(chuàng)設(shè)一個(gè)“偽真實(shí)”的人性化的環(huán)境，使遠(yuǎn)程學(xué)生能夠在自然親切的氣氛中與雷鋒進(jìn)行交流，感化他們，達(dá)到真正的思想教育的目的。

（三）徹底打破了時(shí)間、空間的限制

利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以徹底打破時(shí)間限制：遠(yuǎn)程學(xué)生可以根據(jù)自己的情況比較自由地選擇進(jìn)程，安排自己的學(xué)習(xí)計(jì)劃和學(xué)習(xí)進(jìn)度，可以在很短的時(shí)間內(nèi)把一些需要幾十年甚至幾百年才能看到的現(xiàn)象或事物呈現(xiàn)給學(xué)生。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還可以打破空間限制，大到宇宙，小到原子粒子，遠(yuǎn)程學(xué)生都可以進(jìn)入其內(nèi)部進(jìn)行仔細(xì)的觀察，使學(xué)生自己去認(rèn)識事物發(fā)展的內(nèi)在規(guī)律，培養(yǎng)他們自主學(xué)習(xí)、自己構(gòu)建知識的能力。這些是電視錄像媒體和實(shí)物媒體所無法比擬的。

（四）避免真實(shí)實(shí)驗(yàn)操作所帶來的各種危險(xiǎn)

在傳統(tǒng)教學(xué)中，對于那些有危險(xiǎn)性的或?qū)θ说纳眢w健康有害的實(shí)驗(yàn)，都是通過電視錄像等媒體進(jìn)行演示的，學(xué)生無法真實(shí)地感受，不能完全地掌握透徹。而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)則可以克服這一點(diǎn)，解除學(xué)生的顧慮。學(xué)生可以觀察遠(yuǎn)程的專家在虛擬環(huán)境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，也可以自己親自去嘗試，培養(yǎng)自己的動(dòng)手能力。例如剛剛學(xué)會(huì)駕駛的學(xué)生，可以在虛擬環(huán)境中進(jìn)行反復(fù)練習(xí)，這樣就可以避免由于生疏而造成的意外的交通事故。

三、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)生成的一種虛擬的環(huán)境，學(xué)習(xí)者以參與者的身份進(jìn)入虛擬環(huán)境，對逼真形象的學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行有效地學(xué)習(xí)，有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，解決教學(xué)的重點(diǎn)、難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)者與該環(huán)境直接進(jìn)行自然交互的作用。

（一）網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)

網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有存在感、真實(shí)性、交互性、多感知性和自主性等特點(diǎn)。其中，存在感又稱臨場感，是指利用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生三維立體圖像，只需帶上視覺頭盔、數(shù)據(jù)手套等設(shè)備，就會(huì)使用戶感覺到作為主角存在于瀏覽器中所呈現(xiàn)的虛擬環(huán)境中。使用者與虛擬環(huán)境中的對象進(jìn)行交互，就如同在真實(shí)的世界中一樣，而且使用者的每一個(gè)動(dòng)作都與虛擬環(huán)境中的圖像相關(guān)聯(lián)。一切都那么逼真，就好像身在其中一樣的感受。真實(shí)性是指虛擬環(huán)境中的一切物體運(yùn)動(dòng)都接近符合物理定律，所以只有虛擬出來的學(xué)習(xí)內(nèi)容符合真實(shí)的情況，才能不偏離正確的教育軌道。交互性是指虛擬環(huán)境中用戶幾乎是以自然的方式進(jìn)行交互的，他們可以用鼠標(biāo)、顯示器等輸入、輸出設(shè)備進(jìn)行交互，也可以用數(shù)據(jù)手套等傳感跟蹤器進(jìn)行交互。用戶（學(xué)生）用自身的語言、動(dòng)作等方式對模擬環(huán)境內(nèi)的物體的可操作程度和從環(huán)境中得到反饋的自然程度很高。多感知性是指在虛擬環(huán)境中，使用者可以用視、聽、觸覺等多種感知器官。理想的虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)該具有人所具有的感知功能。自主性則是指虛擬環(huán)境中物體依據(jù)物理定律動(dòng)作的程度。

（二）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中的應(yīng)用

由于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的上述特點(diǎn)，它在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中有著特殊的應(yīng)用領(lǐng)域和作用。

首先是應(yīng)用于知識的學(xué)習(xí)。在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)表達(dá)教學(xué)內(nèi)容，既可以使學(xué)生在瀏覽中觀察到實(shí)際生活中無法看到的或不易觀察到的自然現(xiàn)象或事物，為學(xué)生提供生動(dòng)、逼真的感性學(xué)習(xí)材料，并提供極為自然的理想模型，又可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)把那些抽象性強(qiáng)的概念和理論形象化、具體化、使學(xué)生對抽象事物或現(xiàn)象的理解加深。

其次是應(yīng)用于探索創(chuàng)造。通過網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以對學(xué)生學(xué)習(xí)過程中所提供的各種假設(shè)模型進(jìn)行模擬，通過虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)也可以直觀形象地觀察到這一假設(shè)所產(chǎn)生的結(jié)果或效果。這有利于培養(yǎng)學(xué)生自主、主動(dòng)地提出假設(shè)，并進(jìn)行相關(guān)的模擬，很有可能研究出新的結(jié)果。這種探索式的學(xué)習(xí)方式，有利于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，進(jìn)行主動(dòng)地探索性學(xué)習(xí)，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。

第三是應(yīng)用于虛擬實(shí)驗(yàn)。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以建立各種網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)，把那些不易察覺、需要反應(yīng)時(shí)間長、有危險(xiǎn)的、需要成本較高的實(shí)驗(yàn)放在各個(gè)相關(guān)的網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)室中完成實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生能夠在實(shí)驗(yàn)后獨(dú)立地總結(jié)各種自然現(xiàn)象或運(yùn)動(dòng)變遷等現(xiàn)象產(chǎn)生的原因及導(dǎo)致的結(jié)果，提高網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效率。

第四是應(yīng)用于技能培訓(xùn)。網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有的存在感和交互性的特點(diǎn)，使學(xué)生作為學(xué)習(xí)環(huán)境的直接參與者，沉浸在逼真的虛擬環(huán)境中，以自然的方式進(jìn)行交互，這非常有利于學(xué)生進(jìn)行技能培訓(xùn)。學(xué)生可以全身心地投入到接近真實(shí)的虛擬環(huán)境中做各種各樣的技能培訓(xùn)，更容易掌握訓(xùn)練的技能、技巧及突發(fā)事件的補(bǔ)救措施。在真實(shí)環(huán)境中那些有危險(xiǎn)的各種訓(xùn)練，可以在虛擬的訓(xùn)練系統(tǒng)中重復(fù)練習(xí)而無任何危險(xiǎn)，直到熟練掌握技能為止。

總之，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為新興的科學(xué)技術(shù)，在高職院校的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中發(fā)揮著越來越大的作用，也給高職院校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的發(fā)展提供了一個(gè)極好的機(jī)遇。在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)，其最大優(yōu)越性是將現(xiàn)實(shí)社會(huì)中那些變化周期過長、危險(xiǎn)性高、代價(jià)昂貴的現(xiàn)象和事物可以多次靈活多樣地在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)，為遠(yuǎn)程學(xué)生的探索和體驗(yàn)提供了更為便利的條件。所以，高職院校應(yīng)該充分認(rèn)識到虛擬現(xiàn)實(shí)在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，甚至更多的領(lǐng)域，尤其是實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)課程的實(shí)施帶來的優(yōu)勢，兼顧社會(huì)的實(shí)際情況，有目的地利用虛擬現(xiàn)實(shí)來支持教學(xué)，做到虛擬現(xiàn)實(shí)與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的整合，達(dá)到教學(xué)效果的最優(yōu)化。

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