虛擬現實技術在高職計算機專業課教學中的作用

文章編號：1672-5913(2008)16-0083-01

摘要：虛擬現實技術在教學中得到了廣泛應用，具有巨大的應用前景。本文探討了虛擬現實技術的概念、特征、優越性以及在高職計算機專業課教學中的作用。

關鍵詞：虛擬現實；高職教育；實踐教育

中圖分類號：G642

文獻標識碼：B

1虛擬現實技術

虛擬現實技術VR(Virtual Reality)是利用計算機生成一個逼真的三維虛擬環境，并通過傳感設備與之交互的新技術。它綜合了計算機圖形學、圖像處理與模式識別、智能技術、傳感技術、語音處理與音響技術、網絡技術等多門科學，將計算機處理的數字化信息變為人所能感受的具有各種表現形式的多維信息。

與傳統計算機相比，虛擬現實技術具有3個基本特征(3I特征)：強烈的“身臨其境”的沉浸感(Immersion)；友好親切的人機交互性(Interaction)；發人想像的構想性(Imagination)。

以虛擬現實技術創建的虛擬環境，可以使人產生一種身臨其境的近乎完全真實的感覺。同時人與虛擬環境之間可以進行多維信息的交互作用，參與者從定性和定量綜合集成的虛擬環境中可以獲得對客觀世界中客觀事物的感性和理性的認識，從而深化概念和建造新的構想和創意。

2虛擬現實技術在高職計算機專業課教學中的作用

目前高職學校計算機專業的實踐教學環節大多是采用與企業聯合，借助企業提供的設備和環境對學生進行實踐能力培養。限于各種現實條件，某些內容的實踐教學環節往往不能得到較好地落實，極大地影響了學生動手能力的培養，抑制了學生的創造能力，以致學生畢業不能得到社會的認可。

虛擬現實技術應用于教育是教育技術發展的一個飛躍。就教育理論而言，虛擬現實技術實現了人的臨場化，參與者與虛擬環境是互相作用、互相影響的一個整體的兩個方面，它營造了“自主學習”的環境，由傳統的“以教促學”的學習方式代之為學習者通過自身與信息和環境的相互作用來得到知識、技能的新型學習方式。虛擬實驗既可縮短訓練的時間，又可獲得直觀、真實的效果，還能對那些不可視的結構原理和不可重組的精密設備作仿真實訓，一方面培養學生操作、維護和檢修的技能，另一方面培養學生自我訓練的意識和創新能力。虛擬現實技術在高職計算機專業的實踐教育中的作用主要體現在以下幾個方面。

2.1建設基于虛擬儀器的虛擬實驗室

走在科技前端的計算機專業的課程實踐性非常強，設備儀器的升級換代速度非常快，特別是在當前創新教育引領學生發展的環境下，平均不到兩年，設備的配置就已無法滿足學生的創新實驗需要。由于設備儀器的被動淘汰，必然產生大量的更新需求，因此高額的采購費用始終是高職院校實驗教學大踏步發展和改革的瓶頸。相對于實際實訓場所的建設，投資建立一套相應的虛擬現實系統的投資要小得多。通常虛擬現實系統的投資是實際系統投資的幾十分之一，且面對設備更新換代，采用虛擬現實技術的實訓基地在原有基礎上改進、完善的投入更可以大幅度降低。因此，從科學技術上尋求一種新型的、實用的方法來建設基于虛擬儀器的虛擬實驗室，也許是高職教育走出實驗、實訓困境的一條出路。

由虛擬現實技術生成的適用于進行虛擬實驗的實驗系統包括相應的實驗室環境、有關的實驗儀器設備、實驗對象以及實驗信息資源等。虛擬實驗室可以是某一現實實驗室的真實再現，也可以是虛擬構想的實驗室。例如，在城域網和廣域網的網絡建設過程中，不必真正把網絡構建起來就可以親身體驗，猶如進行現場的操作。在數字電路的課程實驗中，可以通過虛擬的電路器件來達到電路設計的目的，而沒有器件問題所帶來的麻煩。在電子商務課程實驗中，可以虛擬商務環境，讓學生進入這個虛擬環境，身臨其境地體驗現場交易的氣氛和參與交易的過程。計算機操作系統的安裝是比較基礎但又是難做好的一個實驗，由于在計算機上安裝新的操作系統不可避免地會對原有的操作系統產生影響，而使用虛擬計算機來進行操作系統的安裝實驗就十分方便。創建的虛擬機有自己的CPU、內存、硬盤、光驅，在這個虛擬機上，可以安裝Windows、Linux等真實的操作系統以及各種應用程序。

通過虛擬的實驗室進行實驗，既可以縮短實驗的時間，又可以獲得直觀、真實的效果，還能對那些不可見的結構原理和不可重組的精密設備進行仿真實訓，避免真實實驗操作帶來的各種危險。并且，虛擬實驗具有先進性和共享性，易擴充，易于改變教學項目，減少設備投入經費，使教學內容在虛擬的環境中不斷更新，使實驗實踐及時跟上技術的發展。

2.2激發學生的創造性思維

虛擬現實技術具有強烈的“身臨其境”的沉浸感和發人想象的刺激性，利用它進行實踐教學可以給學生一種強烈的真實感，可為學生提供實際操作替代經驗。例如在進行計算機組裝的實驗課程時，只要點擊相應的按鈕，就可以按相應的步驟進行安裝，拖動鼠標或按鈕可以隨意地移動計算機組件到指定的位置進行安裝，在安裝完光驅后，點擊光驅的開、關鍵時，盤盒會自動地彈縮并發出逼真的聲音，使學習者能動態地觀看到效果，有一種身臨其境的感覺。同時，利用虛擬現實技術開展實踐教學，學生可有更多的實踐機會，高效大膽地進行多次嘗試，其積極主動性增強，實踐的趣味性較強，實踐方式靈活多樣。同時，通過VR技術，可將學生在學習過程中產生的假設進行虛擬，呈現相應的結果或效果。這樣有利于激發學生的創造性思維，進行主動的探索性學習，培養學生的創造能力。

2.3技能訓練綜合全面

由于VR技術可實現在逼真的虛擬環境中以自然的方式進行交互，所以它非常適合技能培訓。在實踐過程中，學生的主要精力可放在原理的理解應用、實踐設計及操作具體情境中，軟件的幫助功能可以有效解決教師指導力度不夠的弊端，有利于提高實踐教學質量。例如“數據結構”課程中，對于常用的數據結構的算法思想，由于抽象程度高，學生很難理解，我們也可以通過虛擬技術將其制作成課件進行教學，將抽象的算法過程以淺顯易懂、形象直觀的形式展現出來。

3結束語

虛擬現實的沉浸性和交互性，使學生能夠在虛擬的學習環境中扮演一個角色，全身心地投入到學習中去，這非常有利于學生的技能訓練。利用沉浸型虛擬現實系統，可以做各種各樣的技能訓練，對高職的實訓、技能性教學有著無比強大的推動作用。如何更好地運用虛擬現實技術來構造新型教育模式，體現高職教育的特色，將是我們高職教育工作者研究的重要課題。

參考文獻：

[1] 趙士斌，吳秋峰. 高校實訓教學的虛擬現實技術研究[J]. 長沙電力學院學報(自然科學版)，2001.

[2] 董武紹. 運用現代教育技術，探索實踐教學的新模式[J]. 中國電化教育，2001.