計算機虛擬仿真技術在教學中的應用

肖霞

摘要 虛擬仿真技術是隨著計算機技術的發展而逐步形成的一類試驗研究型新技術。隨著社會的發展和科技的進步，傳統教學已難以滿足現實教育的需求，在現代教學中引入以計算機技術為基礎與核心的新興技術已是勢在必行，尤其是計算機虛擬仿真技術在教學中發揮的作用越來越突出。本文首先介紹了計算機虛擬仿真技術及其在教學中的作用，并重點分析了其在教學中的應用，以推動現代教學質量的提升，為社會培養更多的具有創新精神與創造能力的高素質人才。

[關鍵詞]計算機虛擬仿真技術 教學 作用應用分析

1 計算機虛擬仿真技術及其在教學中的作用

所謂計算機虛擬仿真技術，就是基于計算機、多媒體、虛擬現實以及網絡通信等技術，將虛擬現實技術與仿真技術相結合的一種技術，可以說是一種更高級的仿真技術。虛擬仿真技術旨在構建全系統統一、完整的虛擬環境，并以此來集成與控制數量眾多的模擬器、其他虛擬仿真系統甚或簡單的數學模型等實體。這些實體與虛擬環境通過交互或者它們相互作業，來表達客觀世界的真實特征。

1.1 虛擬仿真技術的基本特性

1.1.1 沉浸性

人們可在虛擬仿真系統中獲得多種感知，如視覺、聽覺、嗅覺、觸覺、運動感覺等，從而有身臨其境、沉浸其中之感。

1.1.2 交互性

人與虛擬仿真系統能夠進行交互，即人能以近乎自然的行為（如語言、動作等）控制虛擬環境，虛擬環境也能夠對人的操作進行實時反應。

1.1.3 虛幻性

虛擬仿真系統中的環境是人們通過計算機等工具為實現某一目標或用途而模擬出來的，因此是虛幻的。

1.1.4 逼真性

虛擬仿真系統中的環境與所模擬的客觀世界十分相像;同時，虛擬環境對人所做的自然行為能給出符合客觀世界規律的反應，因此給人的各種感覺十分逼真。

1.2 虛擬仿真技術在教學中的作用

1.2.1 能夠促進教學觀念的改革

教師要通過學習、研究、使用虛擬仿真技術及平臺，在教學中設計合理的教學策略，幫助學生建立互助互學團隊，鼓勵學生進行自主創新，以培養學生的團隊精神、探索精神和創新能力等。

1.2.2 能夠促進教學內容的更新

教師可通過虛擬仿真技術及平臺，解決教學中由于時空不允許、設備不齊全、地域不合適、資金不充裕等一系列因素所引起的問題，進而有助于完善教師的教學目標、計劃，促進教學內容的更新換代，使學生更深入、清晰、形象地理解問題，使整個教學過程更加科學、專業以及更有影響力。

1.2.3 能夠節省實驗教學的投資

虛擬實驗室（或虛擬仿真實驗平臺）具有集成性與重復性等，因此利用虛擬仿真技術軟件不但可以使學生獲得更好的教育，還能減少建設實驗室或購置實驗設備的投資。

1.2.4 能夠激發學生學習的興趣

教師利用虛擬仿真技術可以將教學中的重難點輕易地化抽象為具體、化晦澀為明晰，并能夠充分調動學生的課堂注意力，使學生沉浸其中，還能充分發揮學生的想象力，使課堂極有趣味性。

2 計算機虛擬仿真技術在教學中的應用分析

計算機虛擬仿真技術己廣泛應用于各個學科、各個專業的教學之中，如機械加工、醫療實驗、汽車設計等等，但不論如何細分，計算機虛擬仿真技術在教學中的應用基本都可歸入以下三類。

2.1 虛擬學校

利用計算機虛擬仿真技術，可以建立各種新型的虛擬學校，如虛擬醫務學校、虛擬體育學校、虛擬駕駛學校、虛擬軍事學校等。在這些虛擬學校中，學生可通過虛擬環境接受各種傳統學校由于時空、設備、資金等限制而難以實現的課程或訓練，如醫務人員、運動員、駕駛員、交管人員等可通過由虛擬仿真技術所支撐的學習或訓練平臺，在科學、安全的虛擬環境中獲取相關的感性知識與實際的操作經驗。

虛擬學校有以下幾種特殊的優勢與魅力：

（1）虛擬學校的培訓系統是對真實的培訓設施與平臺的仿真，具有相同的操作方法與系統反應;

（2）虛擬學校的培訓系統既能模擬過去或現在的客觀環境，也能模擬未來可能出現的未來世界，還能模擬僅存在于人們幻想中的奇幻世界，還能對不停世界中存在的物體或事件進行有機組合或單獨呈現，總之表現出超時空性。

（3）虛擬學校的培訓系統能通過傳感器等設備，對學生用自然技能所做出的操作做出反應。

（4）虛擬學校的培訓系統能針對學生的基礎知識與潛在能力等各種復雜情況提供個性化學習方案，使教學內容與學生實際一一對應，從而提高教學效果。

2.2 虛擬課堂

利用計算機虛擬仿真技術可以建立一個突破時空限制、能夠通過網絡實時互動的虛擬課堂。在虛擬課堂上，通過音視頻等多媒體技術進行授課，不僅能夠有效提升學生的學習效果，而且能滿足網絡上大規模學習的需求，擴大虛擬課堂的受益群體，還能通過網友廣泛的互動與交流，逐步完善虛擬課堂系統，建立起先進且具有競爭力的虛擬直播課堂體系。例如，基于虛擬仿真技術建立虛擬網絡教室，不但能有效實現對虛擬機的隔離，增強其獨立性，進而更好地解決資源分配問題，還能提高計算機系統的運行效率。

2.3 虛擬實驗

利用計算機虛擬仿真技術，可以將實驗相關的數據輸入相關程序，并做出各種實驗物品模型，并基于計算機平臺實現組合與集成，進而實現真實的實驗中中進行實驗的效果，即虛擬實驗。通過虛擬實驗，可以盡可能地規避實際實驗操作中的不安全因素，避免實驗器材的損耗與浪費，解決實驗教學設備缺乏與資金投入的問題。例如，基于虛擬仿真技術構建便攜式計算機，則能使學生在任何有物理計算機的環境中，通過安全虛擬仿真軟件，就可有效模擬真實的實驗室環境，為師生打破真實實驗室的時空限制，提供了很大便利。

3 結束語

總之，在教學中引入計算機虛擬仿真技術，對進一步提升教學質量，培養社會所需的高素質人才意義重大。對于計算機虛擬仿真技術及其相關設備在教學中的應用，教師要與時俱進，加強學習，對待不同教學內容，要合理、科學地進行應用，使其成為現代化教學的一種重要手段，來實現教學質量、教學效率的提高。

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