基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的民辦高校實踐教學(xué)改革研究

摘 要：隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，虛擬技術(shù)在各行各業(yè)都得到了不同程度的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為新的教學(xué)媒體，在課堂教學(xué)中的出現(xiàn)，將對教學(xué)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。將虛擬技術(shù)引入到實驗教學(xué)可以為學(xué)習(xí)者創(chuàng)造一種自主學(xué)習(xí)的環(huán)境，從而實現(xiàn)對知識的主動構(gòu)建。重點分析研究了在民辦本科院校中將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用到實驗教學(xué)環(huán)節(jié)改革中的可行性。

關(guān)鍵詞：虛擬技術(shù)；實驗教學(xué)；自主學(xué)習(xí)；教學(xué)改革

目前，大多數(shù)民辦高校以培養(yǎng)工程型和技術(shù)型人才為主。基于這種定位，民辦高等教育更應(yīng)側(cè)重于實踐教學(xué)，提高學(xué)生的動手能力、實際的操作能力，使他們掌握一定的技能。然而在實際教學(xué)中，由于民辦院校資金問題，實驗場地、教學(xué)經(jīng)費等方面的原因，而使一些應(yīng)該開設(shè)的教學(xué)實踐和實驗無法順利進(jìn)行。利用虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，可以彌補這些方面的不足，讓學(xué)生可以做各種各樣的實驗，獲得與真實實驗一樣的體會，從而豐富感性認(rèn)識，加深對教學(xué)內(nèi)容的理解，提高各種技能。

一、虛擬現(xiàn)實技術(shù)簡介

虛擬現(xiàn)實技術(shù)英文名為Virtual Reality，簡稱VR技術(shù)。這一名詞是由美國VPL公司創(chuàng)建人拉尼爾（Jaron Lanier）在20世紀(jì)80年代初提出的，也稱靈境技術(shù)或人工環(huán)境。作為一項尖端科技，虛擬現(xiàn)實集成了計算機(jī)圖形技術(shù)、計算機(jī)仿真技術(shù)、人工智能、傳感技術(shù)、顯示技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)并行處理等技術(shù)的最新發(fā)展成果，是一種由計算機(jī)生成的高技術(shù)模擬系統(tǒng)，它最早源于美國軍方的作戰(zhàn)模擬系統(tǒng)，90年代初逐漸為各界所關(guān)注并且在商業(yè)領(lǐng)域得到了進(jìn)一步的發(fā)展。這種技術(shù)的特點在于計算機(jī)產(chǎn)生一種人為虛擬的環(huán)境，這種虛擬的環(huán)境是通過計算機(jī)圖形構(gòu)成的三維數(shù)字模型，并編制到計算機(jī)中去生成一個以視覺感受為主，也包括聽覺、觸覺的綜合可感知的人工環(huán)境，從而在視覺上產(chǎn)生一種沉浸于這種環(huán)境的感覺，可以直接觀察、操作、觸摸、檢測周圍環(huán)境及事物的內(nèi)在變化，并能與之發(fā)生“交互”作用，使人和計算機(jī)很好地“融為一體”，給人一種“身臨其境”的感覺。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一種提供初步VR體驗的技術(shù)，當(dāng)其應(yīng)用于實驗教學(xué)時有以下特點：

1.教學(xué)內(nèi)容視覺化

2.學(xué)習(xí)中的交互性好

3.沉浸真實感強。

二、虛擬實驗的優(yōu)勢

虛擬實驗在教學(xué)中的引入，已對傳統(tǒng)實驗教學(xué)的教學(xué)模式、教學(xué)方法、教學(xué)手段和教學(xué)理念產(chǎn)生了重要的影響。據(jù)國內(nèi)某所高校調(diào)查顯示：在實驗時間上，半數(shù)以上學(xué)生認(rèn)為實驗室應(yīng)該全天對學(xué)生開放；在實驗方法上，絕大部學(xué)生反對按照實驗指導(dǎo)書去操作。如果我們利用虛擬技術(shù)思想創(chuàng)建一個實驗互動平臺，用于模擬一些抽象的理論概念，或者抽象的物理過程的同時，還可以將部分專業(yè)中存在高電壓、大電流等一定危險性的實驗環(huán)境進(jìn)行模擬，從而將真實的、危險的教學(xué)變得安全，可靠！同時也可以加入一些3D效果，使枯燥的學(xué)習(xí)變得更有吸引力。讓學(xué)生在眾多實驗中自主選擇所喜歡的實驗項目，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)動力和積極性。

三、實驗教學(xué)改革措施建議

整體指導(dǎo)思想是在開發(fā)構(gòu)建虛擬實驗教學(xué)平臺的同時，可以把其設(shè)置成為一門選修課程，首先要讓學(xué)生認(rèn)識它、了解它，對其產(chǎn)生興趣。其次要進(jìn)一步組織學(xué)生利用課余時間對所學(xué)的課程內(nèi)容，例如，定理、物理現(xiàn)象、各種器件結(jié)構(gòu)等等進(jìn)行虛擬化設(shè)計，一方面加深了對虛擬技術(shù)課程的理解和應(yīng)用，另一方面可以逐漸建立起龐大的虛擬課程資源庫，供學(xué)生隨時隨地查閱，學(xué)習(xí)。具體如下：

1.虛擬教學(xué)

虛擬實驗平臺的建立和應(yīng)用必須是在一定的理論基礎(chǔ)之上的，所以設(shè)置虛擬技術(shù)課程是整個平臺建立的重中之重。在學(xué)習(xí)虛擬理論的同時，把虛擬技術(shù)帶到整個課程教學(xué)中，利用虛擬技術(shù)可以為學(xué)生提供生動、逼真的感性學(xué)習(xí)材料，幫助學(xué)生解決學(xué)習(xí)中的知識難點。有利于學(xué)生加深理解，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

2.建立虛擬教學(xué)資源庫

利用學(xué)生資源，以競賽形式、業(yè)余活動小組形式、社團(tuán)形式以及作業(yè)形式等等，實現(xiàn)分布式的虛擬設(shè)計體系。它將能為專業(yè)建設(shè)、學(xué)生實踐能力甚至是學(xué)校發(fā)展提供一個新的機(jī)遇，促進(jìn)民辦高校的教學(xué)建設(shè)更上一個新的層次。

3.建立虛擬實驗室

利用虛擬實驗技術(shù)，可以建立各種虛擬實驗，如，電工、物理、電力系統(tǒng)等實驗?zāi)K。在“實驗?zāi)K”里，學(xué)生可以自由地做各種實驗。如，在虛擬的物理實驗?zāi)K里，學(xué)生可以做重力、慣性等實驗。在虛擬的電力系統(tǒng)實驗?zāi)K里，學(xué)生可以做發(fā)電廠電能產(chǎn)生實驗、變電所設(shè)備運行等實驗。在虛擬的電工實驗?zāi)K里，學(xué)生可以做各種電路設(shè)計實驗。

目前，有很多高校研究生也看中了虛擬技術(shù)教學(xué)的應(yīng)用研究，分析構(gòu)建了不同的虛擬實驗平臺。由此可見，虛擬技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用是可行的，并且具有一定的開發(fā)空間。虛擬現(xiàn)實作為一個新型的教學(xué)媒體，以其自身強大的教學(xué)優(yōu)勢和潛力，將會逐漸受到教育工作者的重視，最終在教育領(lǐng)域中發(fā)揮其重要的作用。

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基金項目：《遼寧省教育廳關(guān)于確定2012年度遼寧省高等教育本科教學(xué)改革研究項目立項的通知》遼教發(fā)[2012]130號。

（作者單位 大連科技學(xué)院電氣工程系電氣教研室）

編輯 謝尾合