虛擬現實技術在《大學計算機基礎》教學中的應用

梁肇敏+陸曉

摘 要： 虛擬現實技術作為二十一世紀的熱門技術越來越受廣泛的應用，在教育領域也發揮著越來越重要的作用，本文對虛擬現實技術概況、特點進行了相關介紹，探討了虛擬現實技術在《大學計算機基礎》課程中的應用。

關鍵詞：虛擬現實技術 大學計算機基礎 教學方法

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2017）05-0203-02

21世紀是一個信息的時代，計算機從最開始在實驗室里科學家的工具普及到現在的家家戶戶，逐漸改變了我們的交流方式和生活習慣。而掌握計算機相關基礎知識，學會操作計算機是大學生應有的素質。《大學計算機基礎》作為我國高校為非計算機專業大學生開設的一門公共基礎課，旨在讓大學生掌握計算機基本知識和操作。該課程理論知識抽象又有很強的實踐操作性，課程知識更新速度快，傳統的教學手段難以滿足課程教學的需求。教育工作者不斷的嘗試將圖像、視頻、多媒體等新的技術加入的計算機基礎教學中來，而虛擬現實技術作為一門新興的技術，對搞好大學計算機基礎課注入了新的動力。

一、《大學計算機基礎》課教學存在的問題

1.《大學計算機基礎》課程概述

《大學計算機基礎》課程的目的是讓大學生了解計算機相關知識和擁有常用軟件操作能力，使大學生具有一定的信息素養為今后應用計算機解決實際工作中的問題打下一個堅實的基礎。課程包括計算機的硬件、網絡、多媒體技術、數據庫、程序設計、信息系統安全等方面的常識性知識，是大學生新生入學后首先學習的基礎課之一。

2.《大學計算機基礎》教學特點

《大學計算機基礎》課是一門既注重理論知識又具有很強的動手實踐性的課程，根據本人對教學經驗，總結計算機教學有以下幾個特點：

2.1《大學計算機基礎》課程內容更新快。科技發展日新月異，特別是計算機領域，知識更新速度比較快，課程內容跟隨計算機領域科技發展而更新，所以課程內容不會一成不變。

2.2《大學計算機基礎》課程實踐性，操作性很強。計算機基礎課程教授的內容相當部分是如計算機工具軟件的使用等實踐性，操作性很強的知識，需要同學在實際動手操作實踐才能更好地掌握。

2.3《大學計算機基礎》課程涵蓋范圍廣，知識點多。計算機基礎課程不像計算機專業課程那樣只針對計算機某個領域，而是涵蓋了涉及計算機的各方面知識，面廣但不深入，知識點多，需要老師做出努力，將各方面知識連貫好，才能更好地教授給學生。

3.大學計算機基礎課教學存在的問題

3.1大一新生進入大學前，沒有系統學習過計算機知識，甚至有些偏遠山區的學生根本沒有接觸過計算機導致學生計算機基礎水平參差不齊，教師在教學中很難找一個好的適合所有學生的方法。

3.2《大學計算機基礎》課程涉及到很多抽象的知識，學生學習理解起來比較困難，而老師傳統上就是在講臺上直接講，學生在下面聽，雖然會用到一些圖片、視頻等工具輔助演示講解，但總體還是無法形象地呈現原理，學生學習起來比較困難。

3.3《大學計算機基礎》課程實驗需要的實驗設備由于價格昂貴，更新速度快，但是學校資金有限，所以實驗教學設備無法得到及時更新或者是沒有。例如在計算機組成這章節里，教師一般以傳統圖片文字講解，這樣很難把計算機硬件組成講清晰，最好能學生自己動手對計算機進行組裝，這樣才能更好的加深認識，，但是很多計算機實驗室由于經費有限，無法提供到學生人手一臺計算機進行組裝和拆解。

二、虛擬現實技術

1.虛擬現實的概念

1965年，美國ARPA信息處理技術辦公室（IPTO）主任Ivan Sutherland發表一篇名為《The Ultimate Display》的論文，提出了一個非常有挑戰性的目標：將計算機的顯示屏幕作為“一個觀察虛擬世界（Virtual World）的窗口”，該窗口能逼真表現出景象、聲音、事件和行為。這邊論文的發表被人們認為是研究虛擬現實的開始。人們不斷地利用計算機在屏幕中構建虛擬世界，用各種傳感器來捕抓用戶動作來表現虛擬世界的各種行為。隨著計算機硬件和軟件的不斷提高，虛擬現實技術也不斷發展，但是直到2014年4月，Facebook斥巨資20億美元收購虛擬現實企業Oculus，才引起公眾、媒體的強烈關注，虛擬現實從此走入爆發式發展。

虛擬現實技術（Virtual Reality，VR）也可以稱為靈境技術或人工環境，是利用計算機圖形學、傳感器、人機交互等先進技術綜合起來，構建起一個虛擬環境，用戶借助計算機相關設備從視覺、聽覺、觸覺與虛擬環境進行自然地相互作用、相互影響。使用戶感覺自己如同在真實環境之中。

2.虛擬現實的特征

2.1沉浸性

虛擬現實技術是計算機根據現實環境模仿出逼真的三位立體環境，用戶通過佩戴頭盔等交互設備與虛擬環境進行視覺、觸覺、嗅覺的交互，使用戶在虛擬環境當中猶如真實環境一樣。

2.2交互性

虛擬現實系統的人機交互是用戶使用鍵盤、鼠標或者是使用特定地虛擬現實交互設備如頭盔、交互手套等傳感器與計算機產生的虛擬環境進行交互，計算機根據用戶的視覺、聽覺、觸覺等變化而反饋出不同的虛擬影像和聲音從而達到用戶對虛擬環境中的各種對象的交互。

2.3構想性

計算機通過虛擬現實技術把抽象概念的東西直觀地表現出來，讓人們能直接去形象地感受到。現實世界中不存在的東西也可以通過虛擬現實技術構想呈現出來，讓人類的想象力無限延伸，不斷創新。

3.虛擬現實的分類

3.1桌面虛擬現實

桌面虛擬現實是利用小型計算機進行對現實世界仿真，所有虛擬世界都通過計算機屏幕呈現，用戶通過鼠標、鍵盤等輸入設備與虛擬現實世界進行交互。由于用戶是在電腦屏幕面前與虛擬世界進行交互，所以很容易受到周邊現實環境的干擾，無法得到真實的現實體驗，但所用的設備相對要求不高，成本相對較低，如果學校教育資金投入有限的情況下，這類虛擬現實系統不失為一個好的選擇。

3.2沉浸式虛擬現實

沉浸式虛擬現實是利用頭盔式顯示器或其他設備，把用戶的視覺、聽覺和其他感覺封閉在一個虛擬的空間里，通過數據手套等傳感設備實現交互，讓用戶身臨其境完全沉浸其中。但沉浸式虛擬現實系統所需的設備一般都比較復雜和昂貴，在學校教育方面推廣的話需要強大的資金支持。

3.3增強現實性虛擬現實

不同于虛擬現實技術（VR）試圖完全替代真實世界，增強現實性虛擬現實（AR）是在現實世界基礎上融合有利用計算機虛擬出來的虛擬景象，虛擬景象根據現實景象信息的變化而發生變化。增強現實性虛擬現實是現實世界的擴展。

3.4分布式虛擬現實

分布式虛擬現實是基于計算機網絡把不同物理位置的不同用戶通過網絡相連到同個虛擬現實空間，共同體驗同一個虛擬現實環境。多個用戶可以實現對同一虛擬環境進行交互，達到協同工作分享信息的目的。

三、虛擬現實在《大學計算機基礎》教學的應用

1.在《大學計算機基礎》課堂教學上的應用

《大學計算機基礎》課程有些知識點、原理比較抽象、實踐性很強，老師教學上按傳統的教學方法來講授，學生被動地聽，單向地傳輸知識，按照文本上的描述來理解沒有實際的操作，這對原理的認識是比較抽象和困難的，無法達到很好的教學目的，而把虛擬現實技術加入到教學中來就很好地彌補了傳統教學上的不足。

比如在計算機組成這章單元里，學生需要認識計算機硬件的各個組件和組件如何組裝構成計算機的。教師在課堂上一般按照課本講授課本內容，有些老師會加上一些組件的圖片或視頻輔助講解。這種傳統的講授方式主觀性比較差，學生無法形象地去理解。有些老師可能會在課堂上直接拿一臺真實的計算機進行拆解講解，這樣相對傳統的教學手段主觀一些，但是缺少學生自己主動動手參與操作，老師只有一個人，不能手把手教每個學生，而且坐在后排的學生根本就看不到老師的演示講解，教師與學生缺少互動，無法達到教學目的。引入虛擬現實技術可以很好地解決這個問題。利用虛擬現實技術把計算機各硬件虛擬展示出來，學生在虛擬的環境中自己動手組裝，拆解，形象地認識計算機各組件的樣子、位置、功能。學生沉浸在虛擬環境對虛擬計算機進行組裝、拆解過程中遇到問題和想法就可以馬上和老師進行溝通和交流，這樣就加深了學生對原理的理解。

又如在《大學計算機基礎》的信息檢索單元中，很多學校老師是在這單元里嵌套介紹本校圖書館資源的利用，如何檢索查到館里找到一本書。一般老師在課堂上通過文字、圖片、視頻來介紹如何去找書，但在具體的找書、借書的整體過程無法形象地呈現在學生面前，學生只是被動聽，沒有主動參與到這個借閱過程來，這樣比較難記得住，到最后還是知道如何檢索、借書。借助虛擬現實技術，根據實際圖書館樣貌建立虛擬圖書館環境，讓學生在虛擬圖書館環境中漫游，模擬借還過程，這樣，讓學生能對圖書館的資源和圖書借還過程有一個形象的了解。

2.在《大學計算機基礎》實驗上的應用

《大學計算機基礎》課程需要做的有些實驗可能會破環計算機實驗室設備的本身的組成和配置，比如前面提到的計算機組成章節的實驗，需要把計算機進行拆解組裝，還需要把系統重新分區格式化等重新設置，這樣會容易造成實驗室的管理混亂，增加實驗室管理難度。利用虛擬現實技術，把需要實驗的設備虛擬化，學生虛擬地進行實驗操作而不破化實際計算機設備，既不增加管理成本、減少學校對實驗設備的資金投入又能讓學生的實驗操作效率和效果得到提高，而且還能減少學生在試驗中可能造成的意外人身傷害，保證學生安全。

四、結語

虛擬現實技術作為一個新的技術，在醫學、工業、房地產等領域越來越受到重視，在教育領域也有著廣泛的應用，其沉浸性、交互性、構想性的特點能在高校教育中有著很好地發揮，相信在不久的未來，虛擬現實技術將在高校的教育中發揮著越來越重要的作用。

參考文獻

[1]方程.虛擬現實技術在國家開放大學計算機專業課程教學中的應用[J]. 電腦知識與技術，2016，（15）：147-148.

[2]朱偉.對大學計算機基礎中硬件部分教學方法的探討[J]. 辦公自動化，2012，（02）：54-55.

[3]陳春. 虛擬現實技術在計算機教學中的應用研究[J]. 軟件導刊，2011，（09）：159-160.

[4]陳芝芬.《大學計算機基礎》教學改革探索[J]. 科技信息，2010，（33）：194+178.

[5]李敏杰，曹青，杜宏宇.大學計算機基礎課程教學方式的研究[J]. 中國電力教育，2009，（21）：75-76.

[6]王靜蕾.淺談虛擬現實技術在計算機教學中的應用[J]. 太原城市職業技術學院學報，2014，（10）：118-119.