探究光技術(shù)在多媒體虛擬仿真課堂教學(xué)的應(yīng)用

吳 平

[摘要]只有正確運(yùn)用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)手段，才能做到在教學(xué)活動(dòng)中“學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)”，解決課堂和遠(yuǎn)程等教學(xué)存在問(wèn)題。文章只從觀念技術(shù)的角度來(lái)探究光技術(shù)在多媒體虛擬仿真教學(xué)的應(yīng)用，在課堂、網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程等教學(xué)活動(dòng)中真正實(shí)現(xiàn)與學(xué)生互動(dòng)和教師言傳身教的主導(dǎo)作用，實(shí)現(xiàn)教育人性化的活動(dòng)。

[關(guān)鍵詞]多媒體；教育技術(shù)：光技術(shù)；虛擬仿真

[中圖分類(lèi)號(hào)]G40—057

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[論文編號(hào)]1009—8097(2009)13—0242—02

教學(xué)活動(dòng)中，教師的主導(dǎo)作用不容忽視，教師是教學(xué)活動(dòng)的組織者和引導(dǎo)者、是學(xué)習(xí)活動(dòng)的評(píng)價(jià)者、是漸進(jìn)層次學(xué)習(xí)的激發(fā)者；教學(xué)活動(dòng)中“學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)”，教師現(xiàn)場(chǎng)的言傳身教尤為重要，不要指望單靠學(xué)生個(gè)別化學(xué)習(xí)、自我學(xué)習(xí)機(jī)械操作，再好的學(xué)習(xí)資源未必帶來(lái)預(yù)期的成效。而正確運(yùn)用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)手段，實(shí)現(xiàn)師者，所以傳道授業(yè)解惑也，真正解決課堂和遠(yuǎn)程等教學(xué)存在問(wèn)題。本文將在以下進(jìn)行探討。

一光技術(shù)在多媒體虛擬仿真課堂教學(xué)的應(yīng)用

從認(rèn)識(shí)論來(lái)看，學(xué)習(xí)的本質(zhì)是立體的、精神的、多向的、開(kāi)放的。真實(shí)的學(xué)習(xí)是人與自然、與人相互作用，在開(kāi)放系統(tǒng)中進(jìn)行互動(dòng)，而教育技術(shù)則要通過(guò)創(chuàng)建學(xué)習(xí)環(huán)境來(lái)達(dá)到目的。學(xué)習(xí)環(huán)境由內(nèi)容、媒體(包括軟件和硬件)、人員(包括教育工作者和其他學(xué)習(xí)者)、方法和場(chǎng)所等要素組成，構(gòu)成一個(gè)教育信息傳播的系統(tǒng)，即：傳播什么信息(內(nèi)容)，通過(guò)什么來(lái)儲(chǔ)存和傳遞信息(媒體和人員)，如何傳遞(方法)，在哪里傳遞(場(chǎng)所)。在課堂上用何種技術(shù)、方法才能做到教師現(xiàn)場(chǎng)仿真的言傳身教、師生互動(dòng)和教師的主導(dǎo)作用呢?有沒(méi)有一種理想的技術(shù)手段和方法能真實(shí)再現(xiàn)教學(xué)情景呢?本人認(rèn)為采用光電三維成像技術(shù)能最好的虛擬仿真課堂真實(shí)的教學(xué)情景，促進(jìn)學(xué)生個(gè)別化學(xué)習(xí)、自我學(xué)習(xí)。由于情景逼真，互動(dòng)性好，虛擬地建立起與真實(shí)環(huán)境相近的學(xué)習(xí)場(chǎng)景，開(kāi)發(fā)基于網(wǎng)絡(luò)的、具有自然語(yǔ)言理解與產(chǎn)生功能的“人一機(jī)”交互學(xué)習(xí)環(huán)境，對(duì)多個(gè)不同課室教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程個(gè)體或集中教學(xué)，尤其是在職成年人學(xué)習(xí)最佳。適應(yīng)當(dāng)今信息化發(fā)展進(jìn)程，適應(yīng)未來(lái)教學(xué)模式向著更深層次發(fā)展的要求。本文只從觀念技術(shù)的角度來(lái)探究光技術(shù)在多媒體虛擬仿真教學(xué)的應(yīng)用，主要是在課堂教學(xué)，運(yùn)用恰當(dāng)?shù)娜斯ぶ悄芗夹g(shù)手段，再配合有線、無(wú)線、衛(wèi)星、微波等網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)仿真互動(dòng)，起到教師的主導(dǎo)作用，教師現(xiàn)場(chǎng)的言傳身教逼真，實(shí)現(xiàn)教育人性化的活動(dòng)，再現(xiàn)與真實(shí)環(huán)境相近的學(xué)習(xí)場(chǎng)景，符合教育技術(shù)理論邏輯起點(diǎn)教與學(xué)的屬性。

二光技術(shù)及其應(yīng)用效果

1光電子新技術(shù)

常說(shuō)的光學(xué)是廣義的，是研究從微波、紅外線、可見(jiàn)光、紫外線直到X射線的寬廣波段范圍內(nèi)的，關(guān)于電磁輻射的發(fā)生、傳播、接收和顯示，以及跟物質(zhì)相互作用的科學(xué)。光學(xué)是物理學(xué)的一個(gè)重要組成部分，也是與其他應(yīng)用技術(shù)緊密相關(guān)的學(xué)科。光電子技術(shù)是以先進(jìn)探測(cè)器和激光器為基礎(chǔ)，由光學(xué)技術(shù)、電子技術(shù)、精密機(jī)械技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等密切結(jié)合而形成的一項(xiàng)高技術(shù)。它既改變了傳統(tǒng)光學(xué)的單純觀察功能，又大大擴(kuò)展了電子技術(shù)的功能。由于光電子技術(shù)具有探測(cè)精度高、傳遞信息速度快、信息容量大、抗干擾和保密能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因而在軍事上得到了廣泛應(yīng)用，在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中已顯示了其特有的威力。

而光電子三維成像技術(shù)和全息攝影術(shù)不同，不需要依靠連貫的激光束產(chǎn)生圖像。它使用普通光束即可。普通照相機(jī)的鏡頭工作原理類(lèi)似模擬計(jì)算機(jī)，通過(guò)程序的運(yùn)行將外界傳來(lái)的信息(光線)轉(zhuǎn)換成平面媒介上(通常是膠片)的圖像。

[因特網(wǎng)消息1999年7月7日?qǐng)?bào)道]，美國(guó)伊利諾依州大學(xué)電氣工程師大衛(wèi)布萊迪在數(shù)字計(jì)算機(jī)而非光學(xué)鏡頭的幫助下，利用射電天文學(xué)家繪制天空的數(shù)學(xué)方法從光線中提取出足夠的信息來(lái)生成三維圖像。研究人員用鹵燈照亮一只小小的塑料恐龍，將來(lái)自恐龍的光線分離成兩束。當(dāng)這兩束光線再度會(huì)合時(shí)，它們相互干擾，雖然強(qiáng)度不如沒(méi)有受到過(guò)干擾的光線，但是所有的波型卻都很和諧。在恐龍模型轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，科學(xué)家們記錄下來(lái)了128種干擾波。這些干擾波中包含有該物體三維圖像的全部信息，計(jì)算機(jī)程序可以對(duì)它們作還原處理。

這項(xiàng)技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)論景深多大，它都能保持清晰的聚焦，這一點(diǎn)與傳統(tǒng)光學(xué)鏡頭相比表現(xiàn)出極大的優(yōu)勢(shì)。決定圖像解晰度的唯一因素就是物體離開(kāi)鏡頭的距離。這一特點(diǎn)使其對(duì)于三維顯微具有特別的應(yīng)用意義。布萊迪設(shè)想他發(fā)明的技術(shù)可用來(lái)拍攝細(xì)胞在產(chǎn)生交互作用時(shí)的高清晰度圖像。共焦顯微技術(shù)采用的是掃描技術(shù)，聚焦平臺(tái)來(lái)回移動(dòng)，以獲得細(xì)胞的細(xì)部信息，從而生成三維圖像。利用這種方法，當(dāng)細(xì)胞在移動(dòng)時(shí)，要拍攝到細(xì)胞的移動(dòng)過(guò)程就是非常困難的。有了布萊迪發(fā)明的科學(xué)方法，記錄裝置就可利用排列成圓圈的光學(xué)感應(yīng)器幫助研究人員記錄實(shí)時(shí)的三維數(shù)據(jù)。

科學(xué)家們指出，即使要拍攝的對(duì)象遠(yuǎn)離感應(yīng)器，這項(xiàng)技術(shù)仍然有用。麻省理工學(xué)院電氣工程師喬治說(shuō)：“這個(gè)系統(tǒng)同樣可以用來(lái)拍攝籃球比賽的三維影片。如果你的家中有三維播放機(jī)，你就可以在虛擬現(xiàn)實(shí)狀態(tài)下觀看籃球比賽，觀看者會(huì)感覺(jué)自己仿佛就在場(chǎng)內(nèi)一樣。”

2光電三維成像技術(shù)在多媒體虛擬仿真課堂教學(xué)的具體應(yīng)用及效果

現(xiàn)在的有線、無(wú)線、衛(wèi)星和微波等網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程教學(xué)，學(xué)生面對(duì)的都是單向平面銀幕，一是沒(méi)有互動(dòng)缺乏雙向交流，而是畫(huà)面平面呆板與真實(shí)情景差別太大，很難調(diào)動(dòng)學(xué)生的興趣。就是普通的現(xiàn)場(chǎng)課堂教學(xué)，應(yīng)用多媒體課件，也由于畫(huà)面內(nèi)容很難反饋真實(shí)形象化的情景而大打折扣。如果能將課堂教學(xué)情景、課件內(nèi)容立體可視化，再配合聲音、資源庫(kù)雙向互動(dòng)，完全模擬真實(shí)情景，與現(xiàn)場(chǎng)無(wú)異，那將是教育教學(xué)新的飛躍。有什么適當(dāng)?shù)募夹g(shù)能實(shí)現(xiàn)刺激鼓勵(lì)指導(dǎo)學(xué)生的思考和自動(dòng)學(xué)習(xí)方法呢?光電三維成像技術(shù)就能在課堂教學(xué)應(yīng)用中虛擬仿真真實(shí)場(chǎng)景，而虛擬現(xiàn)實(shí)是指通過(guò)特殊的輸入設(shè)備和一些能實(shí)現(xiàn)三維圖形和三維音效的特殊輸出設(shè)備來(lái)模擬人和環(huán)境之間的交互技術(shù)。假如遠(yuǎn)程課堂教學(xué)，通過(guò)有線、無(wú)線、衛(wèi)星、微波等通信傳輸，使用課堂多媒體光電三維成像設(shè)備，主教室和各分教室雙方的三維立體全息圖像便瞬間出現(xiàn)在對(duì)方面前，就好像一個(gè)真人站在你面前一樣，然后你便可以和他隨意交談，使用各種表情，那是一種呈現(xiàn)在空氣中的光學(xué)立體影像，不需要任何屏幕之類(lèi)的媒質(zhì)，不像今天的網(wǎng)絡(luò)衛(wèi)星遠(yuǎn)程教學(xué)、可視電話還需要一個(gè)屏幕才能顯像。光虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可很好地應(yīng)用到虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境的建立。它可以虛擬地建立起與真實(shí)環(huán)境相近的學(xué)習(xí)場(chǎng)景，使學(xué)生似乎已處于真實(shí)環(huán)境之中。

當(dāng)然，屏幕還有作用，顯示課件文本等其它信息。過(guò)去的所謂三維顯像技術(shù)顯示的并不是真正的三維圖像，而是在二維平面上利用人體肉眼的雙眼像差而虛擬出的“偽三維圖像”，長(zhǎng)期觀看這種偽三維圖像，會(huì)損傷視力或造成視覺(jué)疲勞。這樣，教學(xué)所使用的各式方法(如演講法、問(wèn)題教學(xué)法、設(shè)計(jì)教學(xué)法、復(fù)述背誦法、小組研討法、訪問(wèn)式教學(xué)法、辯論法、座談研討法、甚至實(shí)驗(yàn)教學(xué))都能應(yīng)用光電三維多媒體

虛擬仿真成像技術(shù)達(dá)成教學(xué)目標(biāo)[手段]。當(dāng)然，要真正將光技術(shù)應(yīng)用于實(shí)踐非一朝一夕，但可以采取過(guò)度方法，如先實(shí)現(xiàn)屏幕顯示三維立體畫(huà)面，學(xué)生觀看而無(wú)需頭盔等輔助設(shè)備，能實(shí)現(xiàn)師生聲像遠(yuǎn)程互動(dòng)，虛擬地建立起與真實(shí)環(huán)境比較相近的學(xué)習(xí)場(chǎng)景，再隨光技術(shù)發(fā)展和實(shí)現(xiàn)，使學(xué)生似乎處于真實(shí)環(huán)境之中將成為現(xiàn)實(shí)。光電三維成像技術(shù)不但可以應(yīng)用于多媒體虛擬仿真課堂教學(xué)，還可以應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程在線教學(xué)、虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)等。由于有教師和學(xué)習(xí)者之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行社會(huì)交互的一種虛擬仿真環(huán)境建構(gòu)，有強(qiáng)烈的社交真實(shí)感和虛擬社區(qū)歸屬感，不僅可增強(qiáng)學(xué)生的在線學(xué)習(xí)的持久性，提高學(xué)習(xí)績(jī)效，而且能加強(qiáng)合作和學(xué)習(xí)滿足感，提升合作學(xué)習(xí)水平。現(xiàn)在，在線學(xué)習(xí)者只是獨(dú)立的個(gè)體，容易產(chǎn)生焦慮、逆反心理和喪失學(xué)習(xí)動(dòng)力，會(huì)導(dǎo)致學(xué)習(xí)的挫折感和低效率。

3采用中間件技術(shù)

中間件(middleware)是一種獨(dú)立的系統(tǒng)軟件或服務(wù)程序，分布式應(yīng)用軟件借助這種軟件在不同的技術(shù)之間共享資源，中間件位于客戶(hù)機(jī)服務(wù)器的操作系統(tǒng)之上，管理計(jì)算資源和網(wǎng)絡(luò)通信。滿足大量應(yīng)用的需要運(yùn)行于多種硬件和OS平臺(tái)支持分布計(jì)算，提供跨網(wǎng)絡(luò)、硬件和OS平臺(tái)的透明性的應(yīng)用或服務(wù)的交互支持標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議支持標(biāo)準(zhǔn)的接口。利用中間件技術(shù)，將多媒體虛擬仿真應(yīng)用類(lèi)似于中間件，任何設(shè)計(jì)制作軟件，包括現(xiàn)在應(yīng)用的課程教學(xué)所需軟件，如PowerPoint、Photoshop、Dreamweavcr、Flash等，都可無(wú)縫應(yīng)用。教師無(wú)需專(zhuān)門(mén)培訓(xùn)，教學(xué)應(yīng)用與以前無(wú)異，只是效果大為改觀，真實(shí)再現(xiàn)場(chǎng)景，其它技術(shù)工作則由人工智能管理平臺(tái)后的多媒體和課程制作人員負(fù)責(zé)，避免和改善教師計(jì)算機(jī)焦慮現(xiàn)象。

三結(jié)合我校實(shí)踐探討多媒體人工智能課堂教學(xué)的管理模式

我校現(xiàn)有四個(gè)校區(qū)，分布在越秀區(qū)、海珠區(qū)、番禺區(qū)和珠海市，多媒體課室有279間，都基本配置了多媒設(shè)備，部分校區(qū)具有初級(jí)的網(wǎng)絡(luò)多媒體教學(xué)平臺(tái)。網(wǎng)絡(luò)學(xué)院在省內(nèi)有50來(lái)個(gè)教學(xué)點(diǎn)，上萬(wàn)名在讀生，使用的是目前市場(chǎng)上唯一支持百萬(wàn)級(jí)用戶(hù)的Blackboard網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)。不過(guò)由于校區(qū)距離較遠(yuǎn)，不少老師要長(zhǎng)年往返于各校區(qū)上課，雖然教師身臨現(xiàn)場(chǎng)授課，但運(yùn)作成本較高。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)點(diǎn)分布較廣，學(xué)員分散，對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)，多媒體屬于模擬交際而非學(xué)生直接參與的自然交際，缺乏自然語(yǔ)言進(jìn)行人際交流的環(huán)境。而遠(yuǎn)程教育更需要互動(dòng)和教師的主導(dǎo)作用，教師現(xiàn)場(chǎng)的言傳身教尤為重要。

未來(lái)的新型多媒體教學(xué)將是以多媒體技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感技術(shù)、光技術(shù)、人工智能和虛擬仿真技術(shù)等的有機(jī)結(jié)合，能夠全面整合網(wǎng)絡(luò)各種“資源”而形成先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)多媒體教學(xué)平臺(tái)。在這種教學(xué)平臺(tái)上.多媒體教室不再是孤立的，它已融入到校園網(wǎng)教學(xué)系統(tǒng)中，并以校園網(wǎng)資源為“背景”構(gòu)建出一個(gè)富有時(shí)代特色的現(xiàn)代化教學(xué)環(huán)境：即集教學(xué)、管理、娛樂(lè)為一體的“數(shù)字化校園”。多媒體課室是現(xiàn)代教學(xué)環(huán)境建設(shè)的重要組成部分，是教育技術(shù)信息傳遞的展示平臺(tái)，是教師了解、聯(lián)系、應(yīng)用教育技術(shù)的橋梁。既然新型多媒體教學(xué)、特別是網(wǎng)絡(luò)課堂教學(xué)如此重要，一般的管理就遠(yuǎn)不能適應(yīng)現(xiàn)代化的課堂教學(xué)應(yīng)用。

結(jié)合我校的教學(xué)實(shí)際，本人認(rèn)為，未來(lái)的新型多媒體課堂教學(xué)將是一個(gè)系統(tǒng)集成，不但要從后端課堂教學(xué)管理考慮，還要聯(lián)系前端課件制作。即多媒體課室管理人員既要參與后端維護(hù)保養(yǎng)，也要了解甚至參與前端課件制作，這就需要先進(jìn)的多媒體人工智能管理平臺(tái)管理，從制作到應(yīng)用一條龍服務(wù)，時(shí)刻把握教師課堂教學(xué)需求的命脈，為管理和新技術(shù)應(yīng)用于課堂教學(xué)提供依據(jù)。即教師只需在其中一個(gè)教室就可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)開(kāi)啟其它多個(gè)接收教室的多媒體設(shè)備(無(wú)須電教人員參與)，對(duì)教師上課教室實(shí)施“直播”方式，通過(guò)安裝在課室的特殊的多媒體光電三維成像、自動(dòng)跟蹤拾音等攝錄設(shè)備，實(shí)現(xiàn)三維圖形和三維音效來(lái)模擬人和環(huán)境之間場(chǎng)景的拾取，多個(gè)教室通過(guò)特殊的輸入設(shè)備和一些能實(shí)現(xiàn)三維圖形和三維音效的特殊輸出設(shè)備，真實(shí)呈現(xiàn)在空氣中的主課室教學(xué)光學(xué)立體影像，各分教室還可以現(xiàn)場(chǎng)與主講教師交流。并同步錄制仿真教學(xué)內(nèi)容，作為課件保存錄入資源庫(kù)中。網(wǎng)絡(luò)學(xué)院的學(xué)生可在課堂或家中電腦上，調(diào)用資源，遠(yuǎn)程課堂上的特殊設(shè)備也真實(shí)呈現(xiàn)在空氣中的主課室教學(xué)光學(xué)立體影像，與現(xiàn)場(chǎng)無(wú)誤。人工智能管理平臺(tái)集中監(jiān)測(cè)、控制和管理，教師可在辦公室或家中的計(jì)算機(jī)上，利用人工智能管理平臺(tái)的多媒體教學(xué)系統(tǒng)，遠(yuǎn)程開(kāi)啟網(wǎng)絡(luò)教室，同在網(wǎng)絡(luò)多媒體教室中的學(xué)生們實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程點(diǎn)對(duì)點(diǎn)虛擬仿真場(chǎng)景答疑。可將多次答疑場(chǎng)景自動(dòng)匯編入庫(kù)，與相關(guān)課程智能結(jié)合，當(dāng)點(diǎn)播網(wǎng)絡(luò)虛擬課程，真實(shí)再現(xiàn)上課場(chǎng)景，學(xué)生有疑問(wèn)時(shí)，可即時(shí)點(diǎn)擊提問(wèn)，人工智能管理平臺(tái)隨即快速智能搜索虛擬課程答疑庫(kù)，如有相關(guān)知識(shí)即刻虛擬回復(fù)場(chǎng)景，如沒(méi)有隨即跳過(guò)繼續(xù)上課，而此問(wèn)題現(xiàn)場(chǎng)攝錄保存到虛擬仿真場(chǎng)景答疑系統(tǒng)，在下次相關(guān)教師登陸遠(yuǎn)程點(diǎn)對(duì)點(diǎn)虛擬仿真場(chǎng)景答疑系統(tǒng)時(shí)，人工智能管理平臺(tái)系統(tǒng)自動(dòng)插入其中，與現(xiàn)場(chǎng)答疑無(wú)異，隨答疑量增多，人工智能管理平臺(tái)上的智能搜索虛擬課程答疑庫(kù)容量增大，將能即時(shí)回復(fù)大多數(shù)疑難需求。

四結(jié)束語(yǔ)

信息時(shí)代的到來(lái)，社會(huì)節(jié)奏的加快，知識(shí)呈現(xiàn)出高速增長(zhǎng)和快速更新之勢(shì)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，還會(huì)有更多的新技術(shù)應(yīng)用在教育技術(shù)中，光技術(shù)就是其中重要的一項(xiàng)，21世紀(jì)將是光技術(shù)應(yīng)用發(fā)展的時(shí)代。

參考文獻(xiàn)

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