虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》教學(xué)中的應(yīng)用

梁肇敏+陸曉

摘 要： 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為二十一世紀(jì)的熱門(mén)技術(shù)越來(lái)越受廣泛的應(yīng)用，在教育領(lǐng)域也發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，本文對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概況、特點(diǎn)進(jìn)行了相關(guān)介紹，探討了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》課程中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) 大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ) 教學(xué)方法

中圖分類(lèi)號(hào)：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-9082（2017）05-0203-02

21世紀(jì)是一個(gè)信息的時(shí)代，計(jì)算機(jī)從最開(kāi)始在實(shí)驗(yàn)室里科學(xué)家的工具普及到現(xiàn)在的家家戶(hù)戶(hù)，逐漸改變了我們的交流方式和生活習(xí)慣。而掌握計(jì)算機(jī)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，學(xué)會(huì)操作計(jì)算機(jī)是大學(xué)生應(yīng)有的素質(zhì)。《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》作為我國(guó)高校為非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)大學(xué)生開(kāi)設(shè)的一門(mén)公共基礎(chǔ)課，旨在讓大學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)基本知識(shí)和操作。該課程理論知識(shí)抽象又有很強(qiáng)的實(shí)踐操作性，課程知識(shí)更新速度快，傳統(tǒng)的教學(xué)手段難以滿(mǎn)足課程教學(xué)的需求。教育工作者不斷的嘗試將圖像、視頻、多媒體等新的技術(shù)加入的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中來(lái)，而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一門(mén)新興的技術(shù)，對(duì)搞好大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課注入了新的動(dòng)力。

一、《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》課教學(xué)存在的問(wèn)題

1.《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》課程概述

《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》課程的目的是讓大學(xué)生了解計(jì)算機(jī)相關(guān)知識(shí)和擁有常用軟件操作能力，使大學(xué)生具有一定的信息素養(yǎng)為今后應(yīng)用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際工作中的問(wèn)題打下一個(gè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。課程包括計(jì)算機(jī)的硬件、網(wǎng)絡(luò)、多媒體技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)、程序設(shè)計(jì)、信息系統(tǒng)安全等方面的常識(shí)性知識(shí)，是大學(xué)生新生入學(xué)后首先學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)課之一。

2.《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》教學(xué)特點(diǎn)

《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》課是一門(mén)既注重理論知識(shí)又具有很強(qiáng)的動(dòng)手實(shí)踐性的課程，根據(jù)本人對(duì)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)計(jì)算機(jī)教學(xué)有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

2.1《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》課程內(nèi)容更新快。科技發(fā)展日新月異，特別是計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，知識(shí)更新速度比較快，課程內(nèi)容跟隨計(jì)算機(jī)領(lǐng)域科技發(fā)展而更新，所以課程內(nèi)容不會(huì)一成不變。

2.2《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》課程實(shí)踐性，操作性很強(qiáng)。計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教授的內(nèi)容相當(dāng)部分是如計(jì)算機(jī)工具軟件的使用等實(shí)踐性，操作性很強(qiáng)的知識(shí)，需要同學(xué)在實(shí)際動(dòng)手操作實(shí)踐才能更好地掌握。

2.3《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》課程涵蓋范圍廣，知識(shí)點(diǎn)多。計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程不像計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)課程那樣只針對(duì)計(jì)算機(jī)某個(gè)領(lǐng)域，而是涵蓋了涉及計(jì)算機(jī)的各方面知識(shí)，面廣但不深入，知識(shí)點(diǎn)多，需要老師做出努力，將各方面知識(shí)連貫好，才能更好地教授給學(xué)生。

3.大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課教學(xué)存在的問(wèn)題

3.1大一新生進(jìn)入大學(xué)前，沒(méi)有系統(tǒng)學(xué)習(xí)過(guò)計(jì)算機(jī)知識(shí)，甚至有些偏遠(yuǎn)山區(qū)的學(xué)生根本沒(méi)有接觸過(guò)計(jì)算機(jī)導(dǎo)致學(xué)生計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)水平參差不齊，教師在教學(xué)中很難找一個(gè)好的適合所有學(xué)生的方法。

3.2《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》課程涉及到很多抽象的知識(shí)，學(xué)生學(xué)習(xí)理解起來(lái)比較困難，而老師傳統(tǒng)上就是在講臺(tái)上直接講，學(xué)生在下面聽(tīng)，雖然會(huì)用到一些圖片、視頻等工具輔助演示講解，但總體還是無(wú)法形象地呈現(xiàn)原理，學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)比較困難。

3.3《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》課程實(shí)驗(yàn)需要的實(shí)驗(yàn)設(shè)備由于價(jià)格昂貴，更新速度快，但是學(xué)校資金有限，所以實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備無(wú)法得到及時(shí)更新或者是沒(méi)有。例如在計(jì)算機(jī)組成這章節(jié)里，教師一般以傳統(tǒng)圖片文字講解，這樣很難把計(jì)算機(jī)硬件組成講清晰，最好能學(xué)生自己動(dòng)手對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行組裝，這樣才能更好的加深認(rèn)識(shí)，，但是很多計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室由于經(jīng)費(fèi)有限，無(wú)法提供到學(xué)生人手一臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行組裝和拆解。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

1.虛擬現(xiàn)實(shí)的概念

1965年，美國(guó)ARPA信息處理技術(shù)辦公室（IPTO）主任Ivan Sutherland發(fā)表一篇名為《The Ultimate Display》的論文，提出了一個(gè)非常有挑戰(zhàn)性的目標(biāo)：將計(jì)算機(jī)的顯示屏幕作為“一個(gè)觀察虛擬世界（Virtual World）的窗口”，該窗口能逼真表現(xiàn)出景象、聲音、事件和行為。這邊論文的發(fā)表被人們認(rèn)為是研究虛擬現(xiàn)實(shí)的開(kāi)始。人們不斷地利用計(jì)算機(jī)在屏幕中構(gòu)建虛擬世界，用各種傳感器來(lái)捕抓用戶(hù)動(dòng)作來(lái)表現(xiàn)虛擬世界的各種行為。隨著計(jì)算機(jī)硬件和軟件的不斷提高，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也不斷發(fā)展，但是直到2014年4月，F(xiàn)acebook斥巨資20億美元收購(gòu)虛擬現(xiàn)實(shí)企業(yè)Oculus，才引起公眾、媒體的強(qiáng)烈關(guān)注，虛擬現(xiàn)實(shí)從此走入爆發(fā)式發(fā)展。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality，VR）也可以稱(chēng)為靈境技術(shù)或人工環(huán)境，是利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、傳感器、人機(jī)交互等先進(jìn)技術(shù)綜合起來(lái)，構(gòu)建起一個(gè)虛擬環(huán)境，用戶(hù)借助計(jì)算機(jī)相關(guān)設(shè)備從視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)與虛擬環(huán)境進(jìn)行自然地相互作用、相互影響。使用戶(hù)感覺(jué)自己如同在真實(shí)環(huán)境之中。

2.虛擬現(xiàn)實(shí)的特征

2.1沉浸性

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是計(jì)算機(jī)根據(jù)現(xiàn)實(shí)環(huán)境模仿出逼真的三位立體環(huán)境，用戶(hù)通過(guò)佩戴頭盔等交互設(shè)備與虛擬環(huán)境進(jìn)行視覺(jué)、觸覺(jué)、嗅覺(jué)的交互，使用戶(hù)在虛擬環(huán)境當(dāng)中猶如真實(shí)環(huán)境一樣。

2.2交互性

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的人機(jī)交互是用戶(hù)使用鍵盤(pán)、鼠標(biāo)或者是使用特定地虛擬現(xiàn)實(shí)交互設(shè)備如頭盔、交互手套等傳感器與計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的虛擬環(huán)境進(jìn)行交互，計(jì)算機(jī)根據(jù)用戶(hù)的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等變化而反饋出不同的虛擬影像和聲音從而達(dá)到用戶(hù)對(duì)虛擬環(huán)境中的各種對(duì)象的交互。

2.3構(gòu)想性

計(jì)算機(jī)通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)把抽象概念的東西直觀地表現(xiàn)出來(lái)，讓人們能直接去形象地感受到。現(xiàn)實(shí)世界中不存在的東西也可以通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)想呈現(xiàn)出來(lái)，讓人類(lèi)的想象力無(wú)限延伸，不斷創(chuàng)新。

3.虛擬現(xiàn)實(shí)的分類(lèi)

3.1桌面虛擬現(xiàn)實(shí)

桌面虛擬現(xiàn)實(shí)是利用小型計(jì)算機(jī)進(jìn)行對(duì)現(xiàn)實(shí)世界仿真，所有虛擬世界都通過(guò)計(jì)算機(jī)屏幕呈現(xiàn)，用戶(hù)通過(guò)鼠標(biāo)、鍵盤(pán)等輸入設(shè)備與虛擬現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行交互。由于用戶(hù)是在電腦屏幕面前與虛擬世界進(jìn)行交互，所以很容易受到周邊現(xiàn)實(shí)環(huán)境的干擾，無(wú)法得到真實(shí)的現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)，但所用的設(shè)備相對(duì)要求不高，成本相對(duì)較低，如果學(xué)校教育資金投入有限的情況下，這類(lèi)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)不失為一個(gè)好的選擇。

3.2沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)

沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)是利用頭盔式顯示器或其他設(shè)備，把用戶(hù)的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和其他感覺(jué)封閉在一個(gè)虛擬的空間里，通過(guò)數(shù)據(jù)手套等傳感設(shè)備實(shí)現(xiàn)交互，讓用戶(hù)身臨其境完全沉浸其中。但沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)所需的設(shè)備一般都比較復(fù)雜和昂貴，在學(xué)校教育方面推廣的話(huà)需要強(qiáng)大的資金支持。

3.3增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)性虛擬現(xiàn)實(shí)

不同于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）試圖完全替代真實(shí)世界，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)性虛擬現(xiàn)實(shí)（AR）是在現(xiàn)實(shí)世界基礎(chǔ)上融合有利用計(jì)算機(jī)虛擬出來(lái)的虛擬景象，虛擬景象根據(jù)現(xiàn)實(shí)景象信息的變化而發(fā)生變化。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)性虛擬現(xiàn)實(shí)是現(xiàn)實(shí)世界的擴(kuò)展。

3.4分布式虛擬現(xiàn)實(shí)

分布式虛擬現(xiàn)實(shí)是基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)把不同物理位置的不同用戶(hù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)相連到同個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)空間，共同體驗(yàn)同一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境。多個(gè)用戶(hù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)同一虛擬環(huán)境進(jìn)行交互，達(dá)到協(xié)同工作分享信息的目的。

三、虛擬現(xiàn)實(shí)在《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》教學(xué)的應(yīng)用

1.在《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》課堂教學(xué)上的應(yīng)用

《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》課程有些知識(shí)點(diǎn)、原理比較抽象、實(shí)踐性很強(qiáng)，老師教學(xué)上按傳統(tǒng)的教學(xué)方法來(lái)講授，學(xué)生被動(dòng)地聽(tīng)，單向地傳輸知識(shí)，按照文本上的描述來(lái)理解沒(méi)有實(shí)際的操作，這對(duì)原理的認(rèn)識(shí)是比較抽象和困難的，無(wú)法達(dá)到很好的教學(xué)目的，而把虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)加入到教學(xué)中來(lái)就很好地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)上的不足。

比如在計(jì)算機(jī)組成這章單元里，學(xué)生需要認(rèn)識(shí)計(jì)算機(jī)硬件的各個(gè)組件和組件如何組裝構(gòu)成計(jì)算機(jī)的。教師在課堂上一般按照課本講授課本內(nèi)容，有些老師會(huì)加上一些組件的圖片或視頻輔助講解。這種傳統(tǒng)的講授方式主觀性比較差，學(xué)生無(wú)法形象地去理解。有些老師可能會(huì)在課堂上直接拿一臺(tái)真實(shí)的計(jì)算機(jī)進(jìn)行拆解講解，這樣相對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)手段主觀一些，但是缺少學(xué)生自己主動(dòng)動(dòng)手參與操作，老師只有一個(gè)人，不能手把手教每個(gè)學(xué)生，而且坐在后排的學(xué)生根本就看不到老師的演示講解，教師與學(xué)生缺少互動(dòng)，無(wú)法達(dá)到教學(xué)目的。引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以很好地解決這個(gè)問(wèn)題。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)把計(jì)算機(jī)各硬件虛擬展示出來(lái)，學(xué)生在虛擬的環(huán)境中自己動(dòng)手組裝，拆解，形象地認(rèn)識(shí)計(jì)算機(jī)各組件的樣子、位置、功能。學(xué)生沉浸在虛擬環(huán)境對(duì)虛擬計(jì)算機(jī)進(jìn)行組裝、拆解過(guò)程中遇到問(wèn)題和想法就可以馬上和老師進(jìn)行溝通和交流，這樣就加深了學(xué)生對(duì)原理的理解。

又如在《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》的信息檢索單元中，很多學(xué)校老師是在這單元里嵌套介紹本校圖書(shū)館資源的利用，如何檢索查到館里找到一本書(shū)。一般老師在課堂上通過(guò)文字、圖片、視頻來(lái)介紹如何去找書(shū)，但在具體的找書(shū)、借書(shū)的整體過(guò)程無(wú)法形象地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，學(xué)生只是被動(dòng)聽(tīng)，沒(méi)有主動(dòng)參與到這個(gè)借閱過(guò)程來(lái)，這樣比較難記得住，到最后還是知道如何檢索、借書(shū)。借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，根據(jù)實(shí)際圖書(shū)館樣貌建立虛擬圖書(shū)館環(huán)境，讓學(xué)生在虛擬圖書(shū)館環(huán)境中漫游，模擬借還過(guò)程，這樣，讓學(xué)生能對(duì)圖書(shū)館的資源和圖書(shū)借還過(guò)程有一個(gè)形象的了解。

2.在《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》實(shí)驗(yàn)上的應(yīng)用

《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》課程需要做的有些實(shí)驗(yàn)可能會(huì)破環(huán)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的本身的組成和配置，比如前面提到的計(jì)算機(jī)組成章節(jié)的實(shí)驗(yàn)，需要把計(jì)算機(jī)進(jìn)行拆解組裝，還需要把系統(tǒng)重新分區(qū)格式化等重新設(shè)置，這樣會(huì)容易造成實(shí)驗(yàn)室的管理混亂，增加實(shí)驗(yàn)室管理難度。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，把需要實(shí)驗(yàn)的設(shè)備虛擬化，學(xué)生虛擬地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作而不破化實(shí)際計(jì)算機(jī)設(shè)備，既不增加管理成本、減少學(xué)校對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的資金投入又能讓學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作效率和效果得到提高，而且還能減少學(xué)生在試驗(yàn)中可能造成的意外人身傷害，保證學(xué)生安全。

四、結(jié)語(yǔ)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一個(gè)新的技術(shù)，在醫(yī)學(xué)、工業(yè)、房地產(chǎn)等領(lǐng)域越來(lái)越受到重視，在教育領(lǐng)域也有著廣泛的應(yīng)用，其沉浸性、交互性、構(gòu)想性的特點(diǎn)能在高校教育中有著很好地發(fā)揮，相信在不久的未來(lái)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將在高校的教育中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。

參考文獻(xiàn)

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