虛擬現實技術在現代教學中的應用

劉　瑋

【摘 要】本文簡要介紹了虛擬現實技術及其技術支持VRML語言的原理、特性與設計思路。并根據當前教學現狀，指出虛擬現實技術在現代教學中各方面的應用，進一步探討了基于計算機仿真技術的虛擬教學形式，探索新的教學模式和方向。

【關鍵詞】虛擬現實VRML三維課件虛擬實驗

隨著我國教育模式的不斷改革以及科學技術的飛速發展，傳統的教學形式已無法滿足學習的需要，需亟待改進。如何在已有教學媒體的基礎上，基于計算機仿真技術的虛擬教學形式，用一種最新出現的教學模式，去探索新的教學方式和方向。本文主要從虛擬現實技術和VRML語言的角度探討其在現代教學中的應用。

1 虛擬現實技術及其技術支持

1.1虛擬現實技術概念及特征

虛擬現實(Virtual Reality，簡稱VR)技術，是計算機技術的綜合應用。該技術就是利用計算機生成的一種三維模擬環境，通過多種傳感設備使用戶“投入”到該環境中，實現用戶與該環境直接進行自然交互的技術。由于用戶對計算機環境中的虛擬物體產生了類似于對現實物體的存在意識或幻覺，從而使得用戶在計算機所創建的三維虛擬環境中處于一種全身心投入的狀態。其特性主要表現在：

第一，虛擬現實技術強調計算機生成的虛擬環境應該是逼真的，能給人以身臨其境的沉浸感；

第二，人們能夠以自然的方式與虛擬環境中的對象進行交互。

1.2虛擬現實技術的技術支持——VRML語言

1.2.1VRML概述

VRML (Virtual Reality Model Language，虛擬現實建模語言) 是一種用于對三維虛擬場景進行建模的描述性語言，它同HTML語言一樣，是一種ASCII的描述性語言，可以用文本編輯器進行VRML編輯。在描述三維物體及由它們構成的場景時，VRML能使物體在三維空間中運動（動畫），還能夠在場景中播放聲音和電影，并使觀察者能與場景進行交互，從而加強觀察者在虛擬場景中的感受。

1.2.2VRML工作原理和特性

VRML的訪問方式是基于客戶/服務器模式的。其中服務器提供VRML文件及支持資源(圖像、視頻、聲音等)，客戶端通過網絡下載希望訪問的文件，并通過本地平臺上的VRML瀏覽器交互式地訪問該文件描述的虛擬境界。由于瀏覽器是本地平臺提供的，從而實現了與硬件平臺無關性。圖一描述了VRML的工作方式。

2 虛擬現實技術在現代教學中的應用

虛擬現實在教育領域的具體應用，主要體現在虛擬學習環境、虛擬實驗室、虛擬實訓基地、虛擬仿真校園、虛擬遠程教育等方面。

2.1設計交互式三維課件

形象生動的多媒體課件是廣泛采用的計算機輔助教學的重要形式，用傳統的開發工具制作的課件都是二維平面的。使用虛擬現實技術設計和開發的交互式三維課件，可以有效的輔助課堂教學。

眾所周知，《數據結構》是計算機專業課中的一門必修課， 在《數據結構》課程中，對于常用的數據結構的算法思想，其抽象程度高，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，以方便教師的教學和學生的理解。

不僅如此，在大學生法制教育的教學過程中，枯燥的理論往往是同學們失去興趣，但是如果能夠有效的引入模擬法庭的方式來展示整個審判過程，將收到意想不到的教學效果。有效地把遠方的東西呈現在學生眼前，把復雜的東西變得簡單，把抽象的東西化為具體，更好地理解所學內容。嘗試用VRML進行課件的設計與運用，引入教學，促進教學任務更好地完成。將VRML運用到課件的開發設計中，能使學習者憑借系統提供的視聽設備而置身于一個三維空間的虛擬環境中，使學習者產生沉浸感和臨場感。

2.2在虛擬實驗室系統中的應用

在現代教學中，對學生進行創新素質教育的重要手段之一是實驗教學，它不但能使學生更好地感受、理解知識的產生和發展過程，使知識形象化易理解，而且能激發學生的求知欲，培養創新能力。目前，高等學校學生人數大幅度增加，然而實驗教學經費有限，致使有的器材使用長期處于過飽和狀態，有的儀器無能力購買，大大地影響了實驗教學的質量。為了盡快改善這種狀況，整合教學資源，使學生獲得最好的學習效果，把虛擬現實技術引入實驗教學，是近年來比較創新且有較好實際效果的做法。

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進行仿真實訓，避免各種危險。虛擬實驗的引入不但使教學經費降低，使教學內容不斷更新，使實驗實踐及時跟上技術的發展，而且還能為學生創造良好的自學條件，使他們按照自己的水平和能力進行學習，能使學生有更多的練習機會。但是在采用虛擬實驗進行教學的過程中，并不能完全代替真實實驗。在虛擬實驗中的實驗設備型號單一，性能穩定，實驗條件過于理想化，實驗過程中的由個人原因造成異常現象和故障出現次數極少，使學生的實踐動手能力沒有真正的得到鍛煉。因此，這就要求設計和開發虛擬實驗系統的開發人員不僅有相應的計算機知識還應具有專業知識，要對實驗內容綜合分析，設計出內容覆蓋全面的虛擬實驗系統。

2.3虛擬場景與技能訓練

虛擬現實系統可以虛擬的人物形象，創設一個人性化的學習環境，使遠教學生能夠在自然、親切的氣氛中進行學習。例如，在虛擬的課堂學習氣氛中，遠教學生可以與虛擬的教師、學生一起交流、討論，共同探討學習中的各種問題，進行協作化學習。再如，在外語教學中，可以通過計算機虛擬學生到國外旅游的情境，讓學生與人交談，達到訓練學生口語的目的。再如，與虛擬的心理醫生對話，排解心中的煩惱等。同時，利用虛擬現實技術已相應的硬件設備可以進行各種技能訓練，如外科手術技能、教學技能、汽車駕駛技能、果樹栽培技能、電器維修技能等。學生可以反復練習，直至掌握操作技能為止。

3 結束語

虛擬現實技術實現了學習媒體的情景化及自然交互性，以其自身強大的教學優勢和潛力，在教學中有著極其巨大的應用前景，將會逐漸受到社會各界，將會逐漸受到教育工作者的重視和青睞，最終在教育領域中廣泛應用并發揮其重要作用。

參考文獻：

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[2]鐘毅.淺析虛擬現實技術在計算機專業教育中的應用.江西教育學院學報(綜合)，28，（6）.

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(作者單位：中國海洋大學信息科學與工程學院，青島海川商務專修學院)