網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究

摘 要:隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)成為了今后高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展的一個(gè)重要方向。本文以高等院校材料加工工程專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，介紹了網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)，分析了網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)的不足，并給出了可行的解決方案。

關(guān)鍵詞:實(shí)驗(yàn)教學(xué) 網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn) 教學(xué)模式

中圖分類(lèi)號(hào):G423 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1673-9795(2012)08(a)-0162-01

在我國(guó)的高等學(xué)校教學(xué)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)對(duì)于學(xué)生鞏固課本所學(xué)的專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)，培養(yǎng)科學(xué)思維能力和提高全面素質(zhì)等方面都發(fā)揮著重要的作用[1]。通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和團(tuán)隊(duì)合作精神，這能夠極大的增強(qiáng)學(xué)生畢業(yè)后的就業(yè)能力。因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)已經(jīng)成為高等學(xué)校教學(xué)工作的重要組成部分，對(duì)于高校培養(yǎng)應(yīng)用型和創(chuàng)新型人才發(fā)揮著非常重要的作用。

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)一般以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，學(xué)生的主動(dòng)性不能被充分調(diào)動(dòng)，這不符合高校培養(yǎng)應(yīng)用型和創(chuàng)新型人才的要求。國(guó)內(nèi)各大高校開(kāi)始了開(kāi)放型實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ降奶剿骱脱芯縖2]。開(kāi)放型實(shí)驗(yàn)克服了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的弊端，以設(shè)計(jì)型和研究型實(shí)驗(yàn)取代了驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，從而大大縮減了驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的比例。開(kāi)放型實(shí)驗(yàn)雖然有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，但在開(kāi)放過(guò)程中也受到了實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地、設(shè)備和時(shí)間等條件的限制。隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，在教學(xué)技術(shù)領(lǐng)域又出現(xiàn)了一種新型的技術(shù)手段，即虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)((VirtualReality)[3]。而基于此技術(shù)逐漸興起的一種新型實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑刺摂M實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，其研究方法和實(shí)現(xiàn)技術(shù)近年來(lái)的到了不斷的發(fā)展和深化[4～5]。相比傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式和開(kāi)放型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，虛擬實(shí)驗(yàn)具有前兩種實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。

1 有利于實(shí)驗(yàn)室的真正“開(kāi)放”

“開(kāi)放型”實(shí)驗(yàn)教學(xué)是現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要思想。對(duì)于我校材料加工工程專(zhuān)業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，模具的拆裝實(shí)驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)中必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)，但是想實(shí)現(xiàn)模具實(shí)驗(yàn)室的真正開(kāi)放，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中保證一人一模有很大的困難。此外，實(shí)驗(yàn)設(shè)備或?qū)嵨锬＞叩仍诜磸?fù)的使用過(guò)程不可避免的會(huì)出現(xiàn)磨損甚至被破壞，從而影響正常的實(shí)驗(yàn)教學(xué)秩序。采用虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠很好的解決這些問(wèn)題。只要能夠連接互聯(lián)網(wǎng)，學(xué)生們可以隨時(shí)隨地的訪問(wèn)我們開(kāi)發(fā)的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，利用該平臺(tái)進(jìn)行模具拆裝實(shí)驗(yàn)，在虛擬的環(huán)境中，不僅能實(shí)現(xiàn)一人一模，甚至是一人多模，能夠?qū)W習(xí)和掌握更多的模具組成結(jié)構(gòu)及工作原理。

而對(duì)于一些實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，考慮到安全性，開(kāi)放也具有很大困難。如對(duì)我校材料加工工程專(zhuān)業(yè)液態(tài)金屬成形及模具設(shè)計(jì)方向本科生開(kāi)設(shè)的砂型和金屬型的液態(tài)金屬澆注、充型實(shí)驗(yàn)，需要在老師的指導(dǎo)下，多個(gè)學(xué)生共同完成。由于液態(tài)金屬液溫度較高，具有一定的危險(xiǎn)性，很難實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)開(kāi)放。在虛擬環(huán)境下，這些具有危險(xiǎn)性的實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛴蓪W(xué)生獨(dú)自完成，在實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，學(xué)生還可以借助計(jì)算機(jī)仿真軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行模擬和分析，對(duì)那些在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中看不到的過(guò)程，如金屬液在模具中的流動(dòng)情況，金屬液從充型到凝固最終成為鑄件整個(gè)過(guò)程中溫度場(chǎng)的分布情況等有了直觀形象的了解，這對(duì)于學(xué)生鞏固課本所學(xué)理論知識(shí)具有很大的幫助。

2 有利于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的與時(shí)俱進(jìn)

無(wú)論是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式還是開(kāi)放型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，其實(shí)物設(shè)備和模具等更新都需要很長(zhǎng)的周期，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容陳舊。如我校材料加工工程專(zhuān)業(yè)液態(tài)金屬成形及模具設(shè)計(jì)方向本科生的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和模具基本是2000年左右購(gòu)置的設(shè)備，其中一臺(tái)壓鑄成型設(shè)備甚至是20世紀(jì)80年代的產(chǎn)品。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，很多的新工藝新方法涌現(xiàn)出來(lái)，實(shí)驗(yàn)設(shè)備更新?lián)Q代很快。但是由于設(shè)備價(jià)格昂貴，學(xué)校投入資金有限，制約了實(shí)驗(yàn)設(shè)備的更新。采用虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以很好的彌補(bǔ)設(shè)備和模具的欠缺。教師可以通過(guò)多種渠道收集最新的科研資料，將其及時(shí)的補(bǔ)充到虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)中去，讓學(xué)生可以盡早的了解和掌握。

3 有利于探索建立一種新的教學(xué)模式

虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開(kāi)展所使用的虛擬教學(xué)平臺(tái)必須經(jīng)過(guò)從教人員的綜合設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，在這個(gè)過(guò)程中需綜合考慮各個(gè)方面的因素，才能充分發(fā)揮學(xué)生的積極性和主觀能動(dòng)性，從而體現(xiàn)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的價(jià)值。因此，虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式除了能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)驗(yàn)的虛擬，對(duì)于探索更優(yōu)的教學(xué)模式也提供了一條新的途徑。

雖然虛擬實(shí)驗(yàn)具有很多的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)它也有很多不足。因此，在虛擬教學(xué)開(kāi)展過(guò)程中一定要注意如下幾點(diǎn):(1)要注意虛擬和真實(shí)的結(jié)合和兩者之間的遷移關(guān)系;(2)要注意加強(qiáng)教師的指導(dǎo)作用，可以通過(guò)在虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上設(shè)置BBS或?qū)崟r(shí)郵件等方式，實(shí)現(xiàn)教師于學(xué)生之間的實(shí)時(shí)溝通;(3)要加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)考核環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)考核作為檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量、激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新能力和激勵(lì)學(xué)生重視實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的一種有效手段，也應(yīng)該在虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中得到有效的實(shí)施。

參考文獻(xiàn)

[1]宋軍，王一雄，徐鋒.面向物聯(lián)網(wǎng)的嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2011，14(1):20.

[2] 趙方方，洪英，劉文吉.開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探索與實(shí)踐[J].產(chǎn)業(yè)與科教論壇，2011，10(8):188.

[3] 項(xiàng)慨.基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的研究[D].武漢:華中師范大學(xué)，2006.

[4] 陳小紅.基于仿真軟件的虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[D].上海:上海師范大學(xué)，2010.

[5] 周愛(ài)東，楊紅曉，趙蕾，等.大工程觀背景下開(kāi)放型化工仿真實(shí)驗(yàn)的教學(xué)實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2010，29(1):101.