虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高職院校實(shí)訓(xùn)課程中的應(yīng)用

蘇月花 王s喆 胡宏玉 段秋霞

摘 要：本文主要講虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念、基本特征與類型，并從虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)和應(yīng)用出發(fā)，論述虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域，尤其是在實(shí)訓(xùn)課教學(xué)中的應(yīng)用，從而豐富實(shí)訓(xùn)課程的教學(xué)方法和手段，提高實(shí)訓(xùn)課教學(xué)的效果和質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；實(shí)訓(xùn)；教育教學(xué)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于教育是教育技術(shù)發(fā)展的一個(gè)飛躍，它是一個(gè)看似真實(shí)的模擬環(huán)境，即通過傳感設(shè)備，讓用戶根據(jù)自身的感覺，運(yùn)用人的自然技能考察和操作虛擬世界中的物體，獲得相應(yīng)的看似真實(shí)的體驗(yàn)。由此可見，虛擬現(xiàn)實(shí)的出現(xiàn)為人們提供了一種全新的人機(jī)交互方式。

1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)簡(jiǎn)述

虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality），簡(jiǎn)稱VR技術(shù)，又稱靈境技術(shù)，是以浸沒感、交互性和感知性為基本特征的計(jì)算機(jī)高級(jí)人機(jī)界面。虛擬現(xiàn)實(shí)是創(chuàng)建和體驗(yàn)現(xiàn)實(shí)世界的一種虛擬計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它的核心設(shè)備仍然是計(jì)算機(jī)，即通過計(jì)算機(jī)圖形構(gòu)成的三維數(shù)字模型，以仿真的方式給用戶創(chuàng)造一個(gè)實(shí)時(shí)反映實(shí)體對(duì)象變化與相互作用的三維虛擬世界，并通過頭盔顯示器、數(shù)據(jù)手套等輔助傳感設(shè)備，給用戶提供一個(gè)觀測(cè)與該虛擬世界交互的三維界面，使用者可以直接觀察、操作、觸摸、檢測(cè)周圍環(huán)境及事物的內(nèi)在變化，并能夠通過語言、手勢(shì)等自然的方式與之進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，使人和計(jì)算機(jī)很好地“融為一體”，給人一種“身臨其境”的逼真性，而且能夠突破空間、時(shí)間以及其他客觀限制，感受到真實(shí)世界中無法親身經(jīng)歷的體驗(yàn)。

1.1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)上的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)上的應(yīng)用模式有兩種：一是虛擬課堂，即以學(xué)生為虛擬對(duì)象或教師為虛擬對(duì)象的所謂“虛擬大學(xué)”；二是虛擬實(shí)訓(xùn)室，設(shè)備為虛擬對(duì)象，即應(yīng)用計(jì)算機(jī)建立能客觀反映現(xiàn)實(shí)世界規(guī)律的虛擬儀器用于虛擬實(shí)訓(xùn)，可以部分地替代在現(xiàn)實(shí)世界難以進(jìn)行的，或者是費(fèi)時(shí)、費(fèi)力和費(fèi)資金的實(shí)訓(xùn)課程，學(xué)生和科研人員在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)和虛擬預(yù)測(cè)分析。

1.2在危險(xiǎn)和容易使學(xué)生受傷的實(shí)訓(xùn)室中的應(yīng)用

對(duì)于具有危險(xiǎn)性和容易使學(xué)生受到傷害的實(shí)訓(xùn)作業(yè)崗位，為使學(xué)生在實(shí)訓(xùn)中真實(shí)感受到周圍環(huán)境的實(shí)際變化，可采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，建立高度逼真的模擬環(huán)境，這樣的實(shí)訓(xùn)可收到更為理想的效果。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以制作出火災(zāi)、爆炸的平臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)，伴隨有光、熱、火、噪音等，使學(xué)生感到親臨現(xiàn)場(chǎng)，如建工、鍋爐、強(qiáng)電、焊接等實(shí)訓(xùn)。

2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育教學(xué)中的現(xiàn)實(shí)意義

2.1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開創(chuàng)了全新的學(xué)習(xí)場(chǎng)景

利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以徹底打破空間的限制，學(xué)生可以進(jìn)入物體的內(nèi)部進(jìn)行觀察，考察物體內(nèi)部的工作情況。虛擬技術(shù)還可以突破時(shí)間的限制，通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以在很短的時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)給學(xué)生觀察虛擬制造技術(shù)。還可以以應(yīng)用計(jì)算機(jī)、交互外設(shè)及軟件來構(gòu)建一個(gè)虛擬的生產(chǎn)環(huán)境，使學(xué)生能如同在制造現(xiàn)場(chǎng)一樣，與熒屏上出現(xiàn)的制造過程進(jìn)行自由交流。基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為學(xué)習(xí)者提供了全新的學(xué)習(xí)場(chǎng)景，構(gòu)造出開放性的教學(xué)環(huán)境。

2.2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)提供了嶄新的教學(xué)手段

通過虛擬系統(tǒng)，可以直觀地觀察到某一假設(shè)所產(chǎn)生的結(jié)果或效果。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)可以進(jìn)行實(shí)物虛化，虛擬各種人物，創(chuàng)建虛擬課堂，在虛擬的課堂氣氛中，學(xué)生可以與虛擬的教師、學(xué)生一起交流討論，開展啟發(fā)式教學(xué)。運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，還可以使學(xué)生通過在虛擬場(chǎng)景的身臨其境和自主控制的人機(jī)文互，由視、聽、觸、覺獲取外界的反應(yīng)。

2.3虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)變革了傳統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)方式

運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以突破傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)室的限制，使每位學(xué)生都可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，在自己方便的時(shí)間通過計(jì)算機(jī)自由地選擇適合的學(xué)習(xí)訓(xùn)練內(nèi)容，按照適合于自己的方式和速度進(jìn)行學(xué)習(xí)，這種探索性的學(xué)習(xí)和模擬訓(xùn)練有利于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思堆，使學(xué)生在具體情境中通過主動(dòng)的探索獲得知識(shí)，從而提高學(xué)習(xí)者的動(dòng)力。虛擬實(shí)訓(xùn)環(huán)境大大增加了實(shí)訓(xùn)時(shí)間和內(nèi)容，減少了實(shí)際實(shí)訓(xùn)的耗材及實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)的危害性。

2.4虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)豐富了課堂教學(xué)內(nèi)容

利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可豐富教學(xué)內(nèi)容，將實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)等技能訓(xùn)練搬到課堂中進(jìn)行。由于這些虛擬的訓(xùn)練系統(tǒng)無任何危險(xiǎn)，學(xué)生可以反復(fù)練習(xí)，直至掌握操作技能為止。應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，還可恰如其分地演示一些復(fù)雜、抽象、不宜直接觀察的自然過程和現(xiàn)象，全方位、多角度地展示教學(xué)內(nèi)容。另外，教師還可以制作各種仿真課件，創(chuàng)設(shè)所需要的某種虛擬情境，讓學(xué)生進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，從而極大地豐富課堂的教學(xué)內(nèi)容。

3虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育應(yīng)用中存在的問題及展望

可以預(yù)測(cè)，隨著經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將日益廣泛地應(yīng)用于教育教學(xué)領(lǐng)域。但日前的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還存在一定的問題。

3.1虛擬環(huán)境與真實(shí)生產(chǎn)的差異

學(xué)生在虛擬的環(huán)境中學(xué)習(xí)，與在真實(shí)的生產(chǎn)中訓(xùn)練畢竟不同，因?yàn)槿绻麅H考慮交互的真實(shí)性，那么無論如何身臨其境，真正動(dòng)手操作機(jī)器的效果要強(qiáng)于任何媒體教學(xué)。因此，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不能完全代替具體真實(shí)的操作，它只能在一定程度上代替某些實(shí)驗(yàn)，而不能完全代替實(shí)踐教學(xué)，尤其不能代替有創(chuàng)造性性目的實(shí)驗(yàn)。

3.2虛擬現(xiàn)實(shí)的效果

虛擬現(xiàn)實(shí)的表現(xiàn)側(cè)重于幾何表示，缺乏逼真的物理和行為模型。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在視覺合成方面研究的較多，對(duì)聽覺和觸覺關(guān)注較少，真實(shí)性與實(shí)時(shí)性不足，其虛擬的效果還需要進(jìn)一步加強(qiáng)。

參考文獻(xiàn)：

胡小強(qiáng).虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.