實驗教學中虛擬實驗實現技術的探討

摘要:近年來，隨著虛擬實驗在教學中的應用越來越廣泛，虛擬實驗已經成為用現代教育技術來輔助教學的重要手段。該文通過實例來說明幾種典型實現教學虛擬實驗的技術，并對每種技術的優缺點以及適用性做出分析和說明。

關鍵詞:JAVA技術;FLASH;虛擬實驗

中圖分類號:G434文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2009)26-7454-01

Based on Java Technology Physical Virtual Experiment Design and Realization

MA Jia-lin

(Department of Computing Science， Huaiyin Institute of Technology， Huai'an 223001， China)

Abstract: In recent years， was getting more and more widespread along with the virtual experiment in the teaching application， the virtual experiment already became with the modern education technology is auxiliary the teaching the important means. This article through the example showed that several kind of models realize the technology which the teaching aspect virtual technology， and makes the analysis and the explanation to each kind of technology's good and bad points as well as the serviceability.

Key words: JAVA technology; FLASH; virtual experiment

近幾年來，隨著計算機技術、多媒體技術和網絡技術的發展，網絡教學已經滲入到教育的各個方面。虛擬實驗就是在計算機中創設一種實驗情境，讓用戶通過鼠標的點擊或拖曳操作進行虛擬的實驗。虛擬實驗實現的基礎是多媒體技術、網絡技術與虛擬儀器技術的結合。特別是虛擬儀器技術與認知模擬方法的結合使虛擬實驗具有了一定的智能化特征。虛擬技術的發展為實驗教學改革及遠程教育提供了很好的條件和技術支持，用虛擬實驗來輔助教學是現代教育技術發展的要求，它有著廣闊的前景。

本文通過實例來說明幾種典型實現教學方面虛擬實驗的技術，并對每種技術的優缺點以及適用性做出分析和說明。

1 Java技術實現虛擬實驗

虛擬實驗輔助教學不是傳統的意義上的把實驗項目制作成圖文并貌的實驗介紹，而是學生可以在電腦上進行交互式操作，實現了真正意義上的互動模擬，已達到良好的教學效果。

JAVA語言是強類型語言，JAVA的JSP和APPLET分別可以對數據、圖象進行有效的處理從而解決FLASH和ASP無法解決的問題;再次，因為JAVA語言有很強的網絡功能，尤其是Applet專用于嵌入WEB網頁，并產生特殊的頁面效果。JAVA Applet具有基本的繪畫功能、動態頁面效果、動畫和聲音的播放、交互功能的實現、窗口開發環境、網絡交流能力的實現等特點。所以對于要求有大量的圖象處理和操作交互，特別是復雜精確數據處理的這類實驗，可以進行浮點運算和字符串的各種處理，對于有這種要求的實驗，無疑應選JAVA。所以我們開發的靜電場描繪實驗主要采用JAVA Applet進行設計。下面是采用JAVA對大學物理實驗——靜電場描繪進行模擬，如圖1所示。

以下是靜電場描繪Java部分代碼:

public boolean mouseDown(Event evt， int x， int y)

//用于判斷鼠標位置，并完成不同的操作

{

if(approach == 0 x >= 103 x <= 127 y >= 294 y <= 332)

{ approach++;

str = \"打開開關G\";

jx = 125;

jy = 285;

repaint();//如果鼠標點擊開關按鈕，完成打開電源開關

} else

if(approach == 1 x >= 168 x <= 192 y >= 294 y <= 332)

{ approach++;

str = \"連接接線A\";

jx = 214;

jy = 210;

repaint(); //如果點擊接線柱A，就聯通A線路

} else

……(下轉第7456頁)

(上接第7454頁)

System.out.println(\"dian\" + dian);//利用八個等勢線描繪靜電場圖

if(dian == 24)

{str = \"描繪電場線\";

approach++;

repaint();

}

2 Flash技術實現虛擬實驗

Flash有兩大特點，即逼真的動畫設計效果和強大的內置腳本程序 ActionScript.Flash可以制作網頁交互動畫 ，它具有基于矢量的繪圖功能 ， 也可以靈活控制，管理對象，還提供 ActionScript腳本語言。Flash還具有支持交互、數據量小、效果好、不需要媒體播放器軟件之類等特性。將制作的課件和虛擬儀器 ，仿真實驗置于網頁上 ，學生可以不受時空的限制 ，隨時上網進行實驗預習和復習 ，也可以作為遠程實驗教學或選修實驗。以下是利用Flash實現光電效應的實例，圖2為儀器外觀。

3 其他虛擬實驗實現技術

3.1 VRML

VRML(Virtual Reality Modeling Language——虛擬現實建模語言)是一種用于建設虛擬三維世界的場景建模語言，具有平臺無關性，是目前Internet上基于WWW的三維互動場景制作的主流語言。用VRML制作虛擬設備有以下特點:具有3D動畫、音效、傳感器觸發、事件輸入輸出、行為控制、支持多種腳本與多重使用者等功能，能在Web上實現動態頁面，具有加強的交互功能。

3.2 3DMAX

用VRML建立復雜的三維模型是相當繁難的，而3DStudioMax因其強大的三維建模功能恰好可彌補VRML這方面的不足，并且VRML具有與3DStudioMax模型的無縫接口。因此在虛擬實驗系統的場景和儀器設備制作時，一般是先利用3DMAX制作出復雜逼真的場景，然后利用VRML語言進行位置、動作、空間背景、視點、傳感效果等設置，使虛擬實驗教學系統既具有逼真的漫游效果，又具有可交互可操作的特點。

4 總結

通過以上幾種常用實現虛擬實驗技術的比較，我們可以看出JAVA技術具有較強的數據處理能力，也便于實現web訪問;Flash技術的優點之一在于儀器界面控制和外觀設計，此外，Flash對還具有體積小，網絡傳輸速度快，嵌入web更容易等很多優點;VRML便于構建虛擬環境，3DMAX能容易構造成逼真的實驗儀器和場景。總之，每種技術都有自己的優點和不足，我們應該根據具體實驗項目的的特點選用合適的技術，才能制作出優秀的虛擬實驗。

參考文獻:

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