芻議計算機教學中虛擬現實技術VR的應用

◆趙 炎

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芻議計算機教學中虛擬現實技術VR的應用

◆趙 炎

（江蘇省宿遷經貿高等職業技術學校 江蘇 223600）

虛擬現實技術作為近些年來信息技術領域的一項熱點技術，在人們的生活日常中漸漸得到廣泛應用，尤其是在教育上的應用，開創出了新的教學模式。對此，本文結合筆者實際工作經驗，首先分析了虛擬現實技術的基本特征，然后簡要論述了當前計算機教學現狀，最后就高職院校計算機教學中虛擬現實技術VR的應用，展開了進一步探討。

虛擬現實技術；計算機教學；教學課件

0 前言

虛擬現實技術即Virtual Reality簡稱VR，又稱作靈境技術，這是隨著科技迅猛發展而出現的一項全新技術，伴隨這些技術的持續發展，當前已在航天航空、軍事訓練、建筑設計以及醫學實習等眾多領域廣泛應用。此種技術，在教學方面也隨著新課改進程的不斷深入，而被持續推廣。

1 虛擬現實技術VR的基本特征

利用多傳感交互技術、高分辨顯示技術及三維圖形生成技術，生成三維逼真的虛擬環境，是虛擬現實技術的本質。使用者通過佩戴傳感設備，如數據手套、特殊的頭盔，或是借助鼠標、鍵盤等輸入設備，便能夠進入到虛擬空間內，感知、操作虛擬世界內的各種對象，成為虛擬環境之中的一員，從而得到身臨其境的體驗。虛擬三維能夠隨著需要交替更迭，用戶是融合到其中，交互性地感受、體驗虛擬現實世界中的三維多媒體內容，不再是被動地觀看。所以，虛擬現實技術具有如下幾點基本特征：沉浸性、交互性及多感知性。其中交互性及沉浸性是虛擬現實技術最重要的兩個基礎特征，現如今的虛擬現實技術根據所傾向的特征差異，可主要分為四個層次：桌面式、增強式、沉浸式以及網絡分布式虛擬現實。

桌面式虛擬現實技術，是指將中、低檔工作站或是PC機，作為虛擬環境的產生器，單投影墻或計算機屏幕則是使用者進行虛擬環境觀察的窗口，但由于其較易被周圍真實環境干擾，沉浸感相較弱，不過其所需成本不高，仍較為普及。而沉浸式虛擬現實技術，主要是通過各種高性能圖形家屬卡、高檔工作站與交互設備，通過力、觸覺以及聲音等方式，將周圍現實環境有效地屏蔽掉，從而讓參與者能夠充分、完全地沉浸在虛擬世界之內。增強式虛擬現實技術，則能讓使用者在看到現實環境中物體的時候，還可將虛擬環境中的圖形在真實的物體之上疊加，穿透型頭戴式顯示器能把使用者實際的環境與計算機所產生的圖形重疊起來，此系統主要是依靠于虛擬現實位置跟蹤技術，從而實現精確的重疊。網絡分布式虛擬現實技術是由上面幾種類型所組成的大型網絡系統，在更為復雜的任務研究中得以應用。

2 計算機課程教學現狀

2.1計算機課程教學特點

伴隨信息化建設地持續推進，和計算機相關的專業技術占據愈加重要的地位，關于計算機的教學也已成為教學熱點，基于計算機課程內容所具有的特殊性，筆者認為計算機教學有著如下特點：

（1）計算機課程有著極強的操作性，是一個工具；

（2）計算機課程內容會隨著現代科學技術的發展，而進行不斷更新，不是一成不變的；

（3）計算機課程在不同領域的應用是具有區別的，并且應用十分廣泛。因此，新課改背景下的高職院校計算機課程教學，不僅要能與時代始終緊密相聯，還要針對專業技能的不同采用多種多樣的教學模式。

2.2計算機課程教學存在的不足

很多學生在剛接觸到計算課程的時候，對于相關知識都是不熟悉感到較為陌生的，覺得計算機學習不容易。這是由于學生們之前并未系統的學習過這些，再加之他們來自于五湖四海，教育水平也存在差異，這就使得教師在教學的過程中，較難將課程的教學方式準確把握住。與此同時，計算機教學的不少內容都對抽象思維有著一定要求，不是那么直觀，實際的操作和理論知識兩組間存在有差距，使得不少學生難以對所學內容做到完全理解，或者內容理解了，但不能實際展開操作。在過去，教師授課時所采用軟件模擬或是在計算機上直接操作，如此來讓學生對所學知識有一個直觀的印象，但由于不是學生自己親身操作，缺乏整體的實踐經歷，不可避免會存在理解上的偏差，且這些知識都是片段的。在新形勢下，這些教學方式已然不能有效地適應新要求。

3 高職院校計算機教學中虛擬現實技術VR的具體應用

3.1課件的制作

我們知道，計算機專業課程具有較強的邏輯性及實踐性，學生在學習相關理論知識的時候，往往對相關概念與原理的理解較為吃力，而借助VR技術進行3D課件制作，能使這個問題得到有效的解決。如此一來，學生便可從不同角度進行觀察，例如，教學《計算機組裝》一課，在過去利用傳統多媒體課件，只能夠讓學生們對電腦中各個元器件的功能與特性有一個片面了解，而通過利用虛擬現實技術所制作出的課件，則能以3D形式將各種元器件直觀地表現出來，同時還可將組裝的過程通過動畫演示。同時，通過軟件制作的交互的、3D的虛擬系統，學生們還能通過對相關軟件的操作進入到該系統內，與虛擬對象交互，觀察對象的整體結構、細節。這樣一來，不僅能加快學生知識的接收、消化速度，也使其學習興趣得到很大程度提高。

又比如，在學習《計算機網絡技術》之時，以往所采用的都是教師在課堂上講解，學生在下面聽、記筆記，然后再根據所學知識到機房進行實驗的教學模式。這種教學模式，顯然已無法滿足現在高職院校學生的發展、成長需要?，F如今，高職院校的學生都具有自身的個性，學習情緒化的情況比較普遍，對枯燥、無趣的內容學習效率較低，而對感興趣的東西有著較高的積極性。再比如，教學《數據結構》之時，常用的數據算法較為抽象，學生不容易掌握，傳統的教學模式較難直觀地把隱形調用堆棧展現出，不利于學生的理解、認知。因此，要想學生在課堂上的學習興趣得以有效提升，作為新時期的教育工作者須在教學方法上多下功夫，使用VRML技術制作出于課程相適合的交互課件，在降低課程內容學習難度的同時，增強學生的學習興趣。

3.2建設基于虛擬儀器的虛擬實驗室

眾所周知，計算機專業是走在科技前端的，課程有著很強的實踐性，儀器設備的更新換代也十分快，尤其是處在當前這種創新教育引領學生發展的環境下，配置的設備平均在三兩年左右，就開始滿足不了學生創新實驗的需求。而購置這些儀器設備的所需經費是高額的，這就給許多高職院校實驗教學的穩定發展形成阻礙。投資建設一套相應的虛擬現實系統的所需經費，與建設實際實訓場所相比較，無疑要少很多。并且，采用VR技術的實訓基地，面對設備更新換代，在原有基礎上完善和改進的投入也能得到較低程度降低。所以，高職教育走出實驗困境的一條有效路徑，就是從科學技術上尋求實用的、新型的方法，來建設基于虛擬儀器的虛擬實驗室。

虛擬實驗室可以是虛擬構想的實驗室，也可以是再現某一現實實驗室。例如，在建設廣域網與城域網的網絡之時，不用將網絡真正地構建起來，便能夠如同進行現場的操作，親身體驗。此外，我們知道計算機組裝和軟件維護，是一項較為基礎但又不容易做好的實驗，而通過VR技術創建標準的虛擬計算機，則能使操作過程中學生破壞電腦軟硬件的情況得到有效避免。學生們能夠在虛擬機上展開系統參數的設置、進行硬件的裝卸，或是軟件的升級、安裝、維護等等操作。在實驗結束之后，教師也不用為了準備下一批次學生所需進行的相關實驗，而花費過多的時間去恢復設備、操作。

3.3輔助信息資源的建設

向學生們提供有著實際操作性的基礎知識，是計算機教學的主要內容，教學資源的收集、整理及演示不僅是計算機教學體系不可或缺的組成部分，也是教學工作中的基礎。通過應用虛擬現實VR技術，能夠在網絡環境下創建出新的數據庫，計算機課程教學的基礎知識及與之相關的數據資料，則是這些信息資源的來源。應用虛擬現實技術對教學資源進行形式化、網絡化，及對于教學資源本身展開分布式存儲管理，不僅使信息得到了有效保存，還有助于及時地查閱和更新。正是虛擬現實技術所具備的可交互服務特點，使學生可以隨時、真實地獲得信息資源。

4 結語

總而言之，隨著新課改地不斷深入及科學技術地不斷發展，虛擬現實技術地有效應用，能夠把最新技術所產生的大量教學信息展現在學生眼前，直接地表現出來，加快學生的理解、掌握。不僅能夠使高昂的實驗儀器費用得到很大節省，還能夠對實驗“儀器”重復使用并時常更新，更是能夠將計算機課程中較為抽象的概念形象化和直觀化，通過對學生聽覺及視覺的刺激，使學生的學習主動性與積極姓得到有效調動，從而實現教學效果的提高。

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