虛擬實驗室在高職教學中的應(yīng)用

田容雨

我國高職教育以培養(yǎng)應(yīng)用型、技能型人才為理念，以培養(yǎng)學生的技術(shù)應(yīng)用能力為目標，實驗教學在教學計劃中占有較大比重；而實驗的內(nèi)容要求越來越高，實驗器材、設(shè)備的相對落后影響了實驗教學的發(fā)展和學生實踐能力的培養(yǎng)。隨著虛擬實驗技術(shù)的成熟，人們開始認識到虛擬實驗在教育領(lǐng)域的應(yīng)用價值。近年來，國內(nèi)的許多高校都根據(jù)自身科研和教學的需求，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，建立各種虛擬實驗室，它擁有傳統(tǒng)實驗室難以比擬的優(yōu)勢，在

廣泛的實驗教學技術(shù)領(lǐng)域中提供無限的虛擬體驗。

虛擬現(xiàn)實

虛擬現(xiàn)實是利用計算機模擬產(chǎn)生一個三維空間的虛擬世界，提供給使用者關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身歷其境，觀察三維空間內(nèi)的事物。概括地說，虛擬現(xiàn)實是人們通過計算機對復雜數(shù)據(jù)進行可視化操作與交互的一種全新方式，與傳統(tǒng)的人機界面以及流行的視窗操作相比，虛擬現(xiàn)實在技術(shù)思想上有質(zhì)的飛躍。

虛擬實驗

虛擬實驗是采用虛擬現(xiàn)實等技術(shù)，模擬傳統(tǒng)實驗操作環(huán)節(jié)的軟硬件實驗環(huán)境，包括虛擬的實驗設(shè)備、實驗工具、實驗對象等。實驗過程主要是對虛擬對象的操作，實驗結(jié)果可以被處理、存儲，實驗過程可以不斷重復進行，虛擬實驗注重的是實驗操作的交互性和實驗結(jié)果的仿真性。

虛擬實驗室及其優(yōu)點[1]

虛擬實驗室是虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用研究的重要載體，是以計算機軟硬件技術(shù)為基礎(chǔ)，使用軟件開發(fā)工具實現(xiàn)的一種虛擬實驗環(huán)境，通過開發(fā)一系列虛擬實驗模塊來模擬真實的實驗環(huán)境、實驗設(shè)備和實驗過程，實驗者能夠進行友好人機交互，真實感受互動的實驗過程，身臨其境地進行實驗操作。虛擬實驗室與傳統(tǒng)實驗室相比有以下優(yōu)點。

突破傳統(tǒng)實驗對時間和空間的限制針對許多實驗現(xiàn)象，學生都可以進入這些物體的內(nèi)部進行觀察，通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，實驗現(xiàn)象可以在很短的時間內(nèi)展現(xiàn)給學生觀察。

增強實驗的擴展性和零維護在實驗過程中，學生可以發(fā)散思維，任意組合操作實驗設(shè)備，并且不會造成實驗設(shè)備的損害。

節(jié)省成本，突破設(shè)備、場地、經(jīng)費等硬件的限制

降低操作風險學生可以操作各種帶有危險性的實驗，不會對人體造成傷害。虛擬實驗教學應(yīng)用于高職教育是教育技術(shù)發(fā)展的一個飛躍，它營造了“自主學習”的環(huán)境，由傳統(tǒng)的“以教促學”的學習模式變?yōu)閷W生與虛擬環(huán)境的交互，從而得到新知識的學習模式。

虛擬實驗室的實現(xiàn)方案[2]

建立一個完整的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)首先是選擇切實可行的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)解決方案。目前可以采用Web開發(fā)技術(shù)來構(gòu)建虛擬實驗室，采用B/S模式，用戶可以通過Internet方式訪問虛擬實驗室，通過訪問、操作虛擬實驗室，不僅能夠提高實驗教學效果，而且對于缺乏實驗條件的學生來說，可以通過網(wǎng)絡(luò)訪問，身臨其境地觀察實驗現(xiàn)象，甚至可以與同學合作進行實驗。

友好的人機交互界面學生進行虛擬實驗時，需要通過用戶界面與虛擬的設(shè)備進行交互操作，因此界面的設(shè)計要求友好，易于操作，用戶可以選擇通過鍵盤輸入、語音輸入等方式對實驗設(shè)備進行操作，并能發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，讓學生體會到虛擬實驗的樂趣。

靈活地設(shè)置環(huán)境參數(shù)實驗輔導教師根據(jù)實驗的要求，在虛擬實驗系統(tǒng)的服務(wù)器端為不同的實驗設(shè)置不同的系統(tǒng)參數(shù)。例如，在汽車電氣實驗過程中，教師可以設(shè)置幾個故障點，讓學生查找線路故障出現(xiàn)的原因和解決的辦法，通過這樣的線路故障的模擬，學生可以理論聯(lián)系實際，學以致用，遇到復雜的電路問題，學生可以在網(wǎng)上互相討論，激發(fā)學生的學習興趣。

實體操作過程在進行虛擬實驗過程中，學生設(shè)計實驗方案，觀察、分析實驗現(xiàn)象，處理實驗數(shù)據(jù)，檢驗試驗結(jié)

果。

虛擬實驗在高職實訓中的應(yīng)用

目前高職實訓教學因為種種原因開展得并不好。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)建立起來的虛擬實訓基地，其設(shè)備和零部件都是虛擬的，可以根據(jù)實驗需要隨時生成新的虛擬設(shè)備。實訓內(nèi)容可以不斷更新，使實訓及時跟上技術(shù)的進步。同時，虛擬現(xiàn)實的沉浸性和交互性，使學生能夠在虛擬的實驗環(huán)境中與虛擬設(shè)備友好地交互，非常有利于學生在技能方面的訓練，包括計算機的拆裝、電路的檢測、汽車駕駛、汽車發(fā)動機的拆裝、線路維修等各種技能的訓練。由于虛擬的訓練系統(tǒng)不存在任何風險，學生可以反復進行練習，直到掌握操作技能為止。例如在虛擬汽車駕駛訓練系統(tǒng)中，學生可以反復操作起步、行車、停車、倒樁等過程，通過反復訓練，可以熟練掌握汽車駕駛技術(shù)。

參考文獻

[1]韓強.虛擬實驗室在高校實踐教學中的應(yīng)用與研究[J].吉林工程技術(shù)師范學院學報,2007(6)

[2]劉俊.基于Web的網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室的構(gòu)建[J].喀什師范學院學報,2008(5)

（作者單位：山東大學威海分校職業(yè)技術(shù)學院)