網絡3D虛擬仿真實驗與微課教學模式探索

許樹軍 鄒淑君 田園

摘 要：隨著信息化的高速發展，網絡3D虛擬仿真技術逐漸成熟。通過多角度分析網絡3D虛擬仿真實驗與微課的特點，論述了微課在網絡3D虛擬仿真實驗中的應用模式，探索隨著現代教育技術的發展，如何通過網絡3D虛擬仿真實驗和微課有機結合來培養和提高大學生的實驗能力。

關鍵詞：網絡3D虛擬仿真實驗;微課;實驗能力

中圖分類號：G642 ? 文獻標志碼：A ? 文章編號：1002-2589（2015）33-0172-02

隨著信息化的高速發展，網絡速度不斷提升，文件傳播速度大大加快，有線高速網絡和無線高速網絡將逐漸普及，移動互聯網、移動終端等技術的快速發展將帶動網絡3D技術的快速發展，網絡3D虛擬仿真技術逐漸成熟，網絡3D虛擬仿真實驗以其高度仿真的視覺感受將是實驗教學信息化的主要研究方向，是遠程實驗教學的主要模式，是激發學生實驗興趣、提高實驗能力的主要方式。通過多角度分析網絡3D虛擬仿真實驗和微課的特點，將微課融入虛擬仿真實驗中，用微課指導實驗，用實驗驗證理論，理論和實踐相結合，增大虛擬仿真實驗的容量，使學生進入虛擬仿真實驗室就像進入教室一樣，有實驗儀器，有指導教師，學生進入虛擬仿真實驗室后有方向、有目標、有結果、有評價。充分調動聽覺、視覺、觸覺感覺器官，激發學習興趣，培養基本理論和基本技能，提高動手、動腦實踐能力。

一、網絡3D虛擬仿真實驗

3D虛擬仿真技術是場景高度仿真，已經越來越受到廣大網民的歡迎。隨著相關軟件的產生和信息化程度的提高，使網絡3D虛擬仿真實驗的傳播成為可能。網絡3D虛擬仿真實驗具有如下特點。

（一）高度仿真

高度仿真是指計算機產生一種人為虛擬仿真環境，這種虛擬仿真環境是通過計算機圖形構成的三維空間，空間中的一切事物源于現實或高于現實，并以各種邏輯代碼驅動產生逼真的“虛擬環境”，從而使得用戶在視覺上產生一種沉浸于虛擬的現實環境感覺。具體包括以下仿真。

1.環境仿真

環境仿真包括光線、物體和自然現象。光線包括太陽光、燈光等各種顏色光線;物體包括多面體、異面體，多樣性的人物和動植物;自然現象包括風、雨、雷、電、云、水、石、土等。

2.儀器仿真

玻璃儀器、大型儀器設備以及各行各業所需各種材質的儀器設備都可以使用軟件制作、代碼驅動。

3.實驗現象仿真

發光、發聲、發電、變色、爆炸、圖譜等。

（二）人機交互

人機交互是指在利用計算機技術的基礎上，結合有效的方法使人和計算機之間能夠實現相互交流[1]。

1.界面按鈕

界面按鈕是通過鼠標左鍵點擊按鈕，執行代碼，根據按鈕上的文字表述的意義進行相關操作。

2.鼠標觸發

鼠標觸發是指通過鼠標的動作作用在場景中的物體上而啟用代碼執行程序，完成相關的動作或任務。包括鼠標左鍵動作、右鍵動作和中鍵動作。

3.觸發器觸發

觸發器觸發是場景中的某個物體接觸了場景中的另一個帶有觸發器功能的物體而啟用代碼執行程序，完成相關的動作或任務。

（三）人物行走

人物是指場景中的、可以執行命令的、可以移動的人。在場景中帶有攝像機，通過這個攝像機觀看場景，但是看不見自己的人物為“第一人稱”，既“我要做什么”。在場景中有攝像機跟隨，可以看見的人物為“第三人稱”，既“他在做什么”。通過鼠標或鍵盤控制人物的行走，用鼠標點擊下達指令，執行實驗操作。

（四）像機觀察

實驗場景都是通過攝像機進行觀察的，攝像機分為主像機和附像機，主像機是與場景中的人物同步移動，附像機是為了觀察場景而設置的一個或多個像機，其目的是為了多角度觀察場景中的事物和現象。

（五）運行平臺

網頁、PC、安卓系統、蘋果系統等多種平臺都可以流暢的運行。

二、微課

在國外，微課程（ Micro-lecture） 的雛形最早見于美國北愛荷華大學LeRoy A.McGrew 教授所提出的60 秒課程（ 60-Second Course）， 以及英國納皮爾大學T.P.Kee 提出的一分鐘演講（The One Minute Lecture，簡稱OML ）。在國內， 自2010 年廣東省佛山市教育局胡鐵生基于現有教育信息資源利用率低的現狀，率先給出微課概念以來，隨著國內外微課實踐的不斷豐富和相關研究的逐步深化，人們對微課的認識也越來越深刻、全面，其概念內涵也在不斷發展、豐富[2]。

同時，在提倡以“學生為中心”教育理念的時代背景下，與移動學習、泛在學習、碎片化學習、翻轉課堂等融合互聯網精神的學習理念思潮相結合，為微課的廣泛傳播提供了教育應用的土壤。微課是信息技術發展與教育變革時代相結合的產物，也是技術與教學應用融合的高級階段。

所謂微課簡單說就是目標單一、內容短小、時間很短、結構良好的視頻學習資料[3]。具體地說具有以下特點。

（一）微課匯集多種軟件技術

微課的靈魂在于它的技術性。包括圖片、文字、聲音、光線、顏色等多種表現主題的素材，制作者需要對這些素材進行技術加工，從心理學的角度對素材進行特效處理，主要目的就是通過這些效果共振耳膜、吸引眼球，引起學習者的視覺和聽覺的注意，盡可能地激發多種感覺器官進行互動，激發學習者的自主學習能力。

（二）微課要有獨特的創造性

微課的生命力在于它的創造性。內容新穎、形式新奇、方法獨特、思想超前，迎合學習者的心理、感受，形成共鳴，與其交心，這樣才能被學習者接受、吸收，才能生存和發展。

（三）微課內容必須科學、合理

微課的影響力在于它的科學性。對于重要的概念性的內容要給出參考資料，對于技術含量比較高的操作方法需要專家現身說法，對于理論性比較強的基礎知識需要錄制名師講解，對于無法實現仿真的結果必要時給出現場錄像。微課不但要注重表現形式的技術性、創新性還要兼顧內容不能違背科學、不能違背教材、不能違背常理，這樣才能被學習者繼承、發揚和傳播。

三、虛擬仿真實驗與微課結合教學設計

虛擬仿真實驗是學生實踐過程，微課是為更好地實踐提供理論指導。把微課教學有機地融入虛擬仿真實驗教學中是微課研發的一個方向，也將是虛擬仿真實驗教學的主要內容。微課的內容包括基本概念、基本理論、基本的實驗操作方法。虛擬仿真實驗是具體的實踐過程，是在微課指導下，流暢的實驗操作過程。依據這個思路，得出以下設計模型：

模型中包括虛擬仿真實驗的設計過程和微課在虛擬仿真實驗的作用，本文主要論述微課的作用。

（一）微課引領實驗

學生進入虛擬仿真實驗室后將觸發微課視頻，視頻內容包括歡迎詞、實驗內容、實驗目的、實驗意義及實驗基礎知識測試。抓住學生的心理，激發學習興趣，把學生吸引進虛擬仿真實驗室中，把沒有掌握實驗基礎知識的學生攔在門口。

（二）微課指導實驗

學習者進入虛擬仿真實驗室，實驗室內有虛擬實驗臺及實驗儀器，學生在實驗室里可以隨意游走，在實驗臺上有虛擬實驗教材，通過點擊教材可以觸發微課實驗指導視頻，視頻給出簡單的實驗操作流程，通過微課的指引，使其明白先干什么、后干什么，使其由一頭霧水轉變為頭腦清醒，使其由茫然變為豁然開朗，使其由不知所措變為操作流暢。

（三）微課提示實驗

虛擬仿真實驗比較復雜煩瑣的內容，在實驗重點、難點處設置實驗節點，在節點處如果操作錯誤將不能進行下一步實驗，當累計操作一定次數還不能正確完成實驗則觸發微課提示視頻，視頻將結合理論知識，提出難點，強調重點，使學習者實踐過程更加流暢，心情更加愉悅。

（四）微課總結實驗

整個實驗過程以百分制記錄實驗結果。根據操作時間設定不同的分值，在節點處根據出現的錯誤次數進行扣分，整個實驗操作完畢，根據學習者最終的得分情況觸發不同的微課總結視頻，視頻給出不同的評價，對于難點、重點的掌握情況給予強調和鼓勵，當分值達到要求才能觸發下一個實驗內容，如果沒有達到實驗要求的分值則程序將返回實驗開始狀態。

四、總結

網絡3D虛擬仿真實驗設計注重實驗的真實性。首先是視覺仿真，如臨其境;然后是操作仿真，對錯迥異;最后是結果仿真，科學合理。微課重點放在其權威性。引經據典，專家指導，名師講解，實景拍攝，理論和實踐緊密結合。微課的理論不能脫離教材，虛擬仿真實驗不能脫離實踐。通過反復的實踐驗證結論的正確性、科學性，才能創作出合理的虛擬仿真實驗，才能被學習者所接受、傳播，最終才能提高學習者的實驗能力。

參考文獻：

[1] 劉亞明. 關于人機交互設計界面問題探究[J]. 電子制作，2015（13）： 66.

[2]胡鐵生，黃明燕，李民.我國微課發展的三個階段及其啟示[J].遠程教育雜志，2013（4）： 36-42.

[3]蘇小兵，管玨琪，錢冬明，祝智庭.微課概念辨析及其教學應用研究[J].中國電化教育， 2014（330）：94-99.

[4]魯立.網絡虛擬仿真實驗平臺的構建[J].電腦知識與技術，2012，8（27）：6530-6531.