U3D的虛擬實驗室在高校實驗教學中的應用前景

李綱 趙永杰 侯賀佳 管淑慧 張夢如

摘 要 高校實驗室的建設是關乎學?？萍佳邪l和創新力水平的重要工作，必須引起有關部門的重視，而在信息技術不斷發展的前提下，許多學校已經借助有關技術完成了數字化校園的建設，在高校實驗室的管理方面，依托現代的互聯網技術可以有效提高實驗室的管理水平。本文將以U3D虛擬實驗室為主要研究對象，探究其在高校實驗教學中的應用前景。

關鍵詞 虛擬實驗室 數字化技術 高校實驗教學

中圖分類號：G482文獻標識碼：A

1 U3D游戲軟件虛擬電路實驗室概述及開發意義

U3D，全稱 Unity 3D，是由Unity Technologies開發的一個讓玩家輕松創建諸如三維視頻游戲、建筑可視化、實時三維動畫等類型互動內容的多平臺的綜合型游戲開發工具，是一個全面整合的專業游戲引擎。

在高校教育改革不斷深入的背景下，傳統實驗室教學不再適應于現代化實驗教學中，各種問題與矛盾日益凸顯，特別是學生群體對傳統實驗失去興趣，迫切要求高校實驗教學實現多元化和多樣化，基于Unity 3D游戲開放軟件的虛擬電路實驗室，旨在提高學生實驗興趣，利用Unity 3D游戲開放軟件的優勢，實現寓教于樂，激發學生學習興趣和主動性。

2 U3D游戲軟件虛擬電路實驗室的特點和優勢

（1）交互性和自主性。虛擬實驗室技術與傳統的實驗室有一個最大的不同，那就是動態、不固定，因為這種特質而使得虛擬實驗室具備了交互性和自主性。交互性實質上就是互動性，能大大提高人機互動。此外，由于虛擬實驗室的非固定性，因而又賦予了學生在實驗過程中極大的自主性，利于激發學生創造活力和創新潛力。且U3D游戲軟件的應用，可為學生創建優良的虛擬學習環境，在游戲中展開電路實驗，可顯著提高學生的實驗積極性和實驗熱情。

（2）開放性特征。由于虛擬實驗室采用的是數字模擬的方式，因此不容易受時間、空間等條件的限制。虛擬實驗室中的虛擬設備、仿真安裝包等資源都可以被外界平等地使用，從這一角度來說，虛擬實驗室向外界的開放程度是較高的，實驗者也可以根據自己的需要在U3D虛擬實驗室中任意添加自己需要的“工具”，通過U3D技術和計算機、互聯網等相互銜接，有效拓展了學生實驗空間，便于學生獲取資源，以軟件游戲的形式鍛煉電路設計和電路實踐能力。

（3）高效性與共享性。由于U3D虛擬實驗室完全借助于先進的數字科技，因而會賦予操作者一個更為廣闊的時空觀，更加不受客觀條件限制，提升了實驗的效率。此外，由于網絡平臺的共享性，各類實驗所需的資源都能在第一時間匯聚在一起，也在另一個角度加快了實驗的進度，游戲形式可以便于學生進行多次操作，在虛擬實驗室中展開實驗，能夠提高學生實驗信心，也便于教師掌握學生實驗進展和技能培訓，教師可以采用U3D游戲軟件的形式，將實驗過程以動畫和游戲形式展現給學生，有效提高實驗效率。

3高校U3D游戲軟件虛擬電路實驗室的應用前景

3.1開發相應的應用程序

U3D游戲軟件可發布游戲至Windows、Mac、Wii、iPhone、WebGL（需要HTML5）、Windows phone 8和Android平臺。也可以利用Unity web player插件發布網頁游戲，支持Mac和Windows的網頁瀏覽，其應用前景、開發空間可以說是非常巨大的。隨著智能手機、平板電腦等現代化設備的普及，移動學習方式又成了新的熱門學習方式，對當下乃至未來的教育行業都會產生深遠影響。移動學習的方式，為學生提供了更豐富的學習資源，更廣闊的學習空間，以及更機動靈活的學習方式。因此，借助U3D設計軟件虛擬電路實驗室以及實驗應用程序，便于學生以移動學習方式展開實驗學習，實時查看實驗進度、隨機進行模擬練習并在線上與同學展開交流與討論，不受場地、時間的限制，促進高校實驗教學方式革新。

3.2建立新型實驗場所

與高校傳統的實驗教學不同，U3D游戲軟件虛擬電路實驗室，運用高新技術，能夠讓每位學生盡可能地接受到最先進的技術，最時新的科學知識，從而營造一個良好的教學氛圍。此外，通過讓學生接觸電學相關學科的知識，還能夠培養學生觸類旁通的發散性思維，開啟智力，開發潛能。與以往的實驗基地不同，虛擬實驗室環境下的實驗場所可以是“有質無形”的，也不必拘泥于現有的儀器設備，而是可以根據實驗的需要而自行“生成”有關的設備，使之與教學內容相契合。還有一點，在這種新型實驗場所中，教學資源能夠得到最大程度的共享。

3.3挖掘實驗教學的潛能

通過互聯網技術，使用者可以在電腦上輕松瀏覽3D視圖，并操作3D文件，這種先進的虛擬技術能夠最大程度地減少實驗室建設成本，減少不必要的器材、設備、工具花費，僅用一臺電腦就可以完成幾乎所有的實驗操作，因此對于學生和教師來說都是極為便捷的一項技術。同時，由于U3D游戲軟件對實驗場景的模擬程度較高，結合了仿真、人工智能等先進技術，能夠從聲、畫、情境等方面提供全方位的操作服務，學生們可以身臨其境地感受實驗過程，在逼真的場景中完成各項實踐，從而就能提升學生的實際操作技能，助力高校的實驗教學。

4結語

在信息化時代，構建數字化校園是大勢所趨。在高校實驗室管理系統構建的過程中，運用數字化手段，可以有效提高工作效率和管理水平，為實驗室的發展提供更廣闊的空間，為祖國的科研建設保駕護航。雖然目前在實驗室現代化管理系統的建設過程中還存在許多問題，但總體來看，U3D虛擬實驗室系統在高校實驗教學中的應用前景依然是十分明朗的。

作者簡介：李綱（1987.7-）男，漢族，河南新鄉人，河南科技學院信息工程學院講師，碩士研究生，研究方向：教育技術學。

參考文獻

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