大連東軟信息學(xué)院VR物理實(shí)驗(yàn)室課程建設(shè)

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教育不但要有內(nèi)容上的更新，更要有形式上的進(jìn)步。所以在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，為了更好地滿足教學(xué)要求，響應(yīng)國家號召，引入虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)建設(shè)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程是非常有必要的。

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)；虛擬現(xiàn)實(shí)；（VR）技術(shù)；課程建設(shè)

物理學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)學(xué)科，通過物理實(shí)驗(yàn)可以幫助我們更清晰地認(rèn)識客觀的物質(zhì)世界。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的相關(guān)課程建設(shè)是理工類高校的基礎(chǔ)課程建設(shè)的重要組成部分。學(xué)生通過大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)可以加深理論認(rèn)識，調(diào)動(dòng)其對自然科學(xué)學(xué)習(xí)的積極性，在學(xué)習(xí)過程中培養(yǎng)自主創(chuàng)新能力和批判性思維。然而條件所限，目前高校開設(shè)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程基本以演示驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)為主，有難度有意義的實(shí)驗(yàn)往往不能引進(jìn)課堂。這就給了我們一種啟發(fā)：能否將物理實(shí)驗(yàn)課程與虛擬現(xiàn)實(shí)（VR技術(shù)）結(jié)合起來呢？在這方面的工作也有了一定的基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上本文也給出了一些對關(guān)于建設(shè)VR物理實(shí)驗(yàn)室的重要性初步想法和思路：

一、 建設(shè)物理VR實(shí)驗(yàn)室的必要性

通過學(xué)習(xí)教育部司局函件【2013】94號和教育部辦公廳文件【2017】4號，說明國家擬于2020年建成20個(gè)物理學(xué)類示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，同時(shí)停止傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室對國家優(yōu)秀實(shí)驗(yàn)室的申報(bào)工作，這都突出了國家對VR虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)決心和支持力度。遼寧省高校于2017年1月29日在東北大學(xué)舉辦了“遼寧省高校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)交流討論”會議，重點(diǎn)討論了VR虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)方向和階段性成果，并由華中科技大學(xué)熊永紅教授和東北大學(xué)王旗副教授做了關(guān)于“虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心建設(shè)新思路”和“未來物理實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ降臅诚搿钡膱?bào)告。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目作為高校開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本單元，其建設(shè)水平直接決定實(shí)驗(yàn)教學(xué)的整體質(zhì)量。VR虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)完善了基礎(chǔ)教學(xué)部物理課程組的教學(xué)資源建設(shè)，對于類似我校的其他學(xué)校甚至其他雙一流大學(xué)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)起示范性作用。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目應(yīng)具有：

（一） 以學(xué)生為中心的實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念

堅(jiān)持一切從學(xué)生的需求出發(fā)，注重對學(xué)生社會責(zé)任感、創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力的綜合培養(yǎng)，注重知識傳授、素質(zhì)提高、能力培養(yǎng)的協(xié)同實(shí)施，調(diào)動(dòng)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的積極性和主動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和潛能，增強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)造能力。這也與我校的宗旨——OBE—TC教育理念不謀而合，也指明了我們的發(fā)展方向。

（二） 準(zhǔn)確適宜的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

堅(jiān)持以問題為導(dǎo)向，重點(diǎn)解決在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中因?yàn)闂l件不具備或?qū)嶋H運(yùn)行困難，涉及高危或極端環(huán)境，高成本、高消耗、大型綜合訓(xùn)練等問題。堅(jiān)持以需求為導(dǎo)向，緊密結(jié)合經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展對高校人才培養(yǎng)的需求，緊密結(jié)合我校獨(dú)有的專業(yè)特色與相應(yīng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最新成果，緊密結(jié)合我校創(chuàng)新型應(yīng)用型大學(xué)的定位和人才培養(yǎng)特點(diǎn)，采用現(xiàn)代信息技術(shù)、內(nèi)容緊湊、難度適宜、時(shí)長合理的VR實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目。

（三） 創(chuàng)新多樣的教學(xué)方式方法

應(yīng)始終關(guān)注信息化時(shí)代背景下對學(xué)生的需求，重點(diǎn)實(shí)行基于實(shí)際問題和相關(guān)案例的互動(dòng)式、研討式教學(xué)，倡導(dǎo)自主式、合作式學(xué)習(xí)。通過文字、圖片、視頻等各種媒介促進(jìn)教學(xué)準(zhǔn)備、線上討論、線下交流。加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)化條件下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)規(guī)律研究，探索提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的方式方法。

（四） 先進(jìn)可靠的實(shí)驗(yàn)研發(fā)技術(shù)

VR實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的研發(fā)要以完成教學(xué)要求和內(nèi)容為目標(biāo)，綜合應(yīng)用三維建模、多媒體、大數(shù)據(jù)、人工智能、傳感器、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、云計(jì)算等網(wǎng)絡(luò)化、智能化、信息化等技術(shù)手段，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的吸引力，提升大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)的成果。加強(qiáng)相關(guān)技術(shù)的可靠性研究，注重對學(xué)生使用VR實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的安全保護(hù)，保障學(xué)生的人身安全和健康。

二、 建設(shè)物理VR實(shí)驗(yàn)室的可行性分析

（一） 符合以學(xué)生為中心的實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念

經(jīng)過大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)及大學(xué)物理課程的授課和反饋結(jié)果，基礎(chǔ)教學(xué)部物理課程組發(fā)現(xiàn)學(xué)生對于能夠激發(fā)興趣的課程設(shè)置接受度更高，學(xué)習(xí)更積極。結(jié)合我校OBE—TC改革思想，以學(xué)生為主體，以結(jié)果為導(dǎo)向的教學(xué)理念，通過建設(shè)VR實(shí)驗(yàn)室提高學(xué)生的動(dòng)腦和動(dòng)手能力，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，提升綜合素質(zhì)。

（二） 團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)適合學(xué)校的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

團(tuán)隊(duì)擬將VR虛擬實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)分為以下三個(gè)階段：第一階段為設(shè)計(jì)1-2個(gè)簡單的演示實(shí)驗(yàn)，主要目的是激發(fā)學(xué)生的興趣，同時(shí)吸引更多的學(xué)生認(rèn)識物理，了解物理，改變學(xué)生們對物理學(xué)習(xí)的固有觀念，提高實(shí)驗(yàn)室的使用率。第二階段將現(xiàn)有的部分實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為VR實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)靈活教學(xué)的目的，使教學(xué)過程碎片化和游戲化，初步完成VR物理實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)。第三階段設(shè)計(jì)少量涉及高危或極端環(huán)境，高成本、高消耗、不可逆操作和大型綜合訓(xùn)練等實(shí)驗(yàn)。堅(jiān)持以需求為導(dǎo)向，緊密結(jié)合經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展對高校人才培養(yǎng)的需求，緊密結(jié)合專業(yè)特色和行業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展最新成果，緊密結(jié)合學(xué)校定位和人才培養(yǎng)特點(diǎn)，為各系部甚至各專業(yè)開設(shè)合適的VR實(shí)驗(yàn)課程。

（三） 突出創(chuàng)新多樣的教學(xué)方式方法

物理團(tuán)隊(duì)與學(xué)校實(shí)驗(yàn)中心和數(shù)字藝術(shù)系合作建設(shè)VR虛擬實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科合作，突出創(chuàng)新的教學(xué)方式方法，相互合作，相互學(xué)習(xí)。突出基礎(chǔ)教學(xué)部的教學(xué)優(yōu)勢，探索提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的方式方法。

（四） 學(xué)校具備先進(jìn)可靠的實(shí)驗(yàn)研發(fā)技術(shù)

經(jīng)調(diào)查表明，數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)老師參與VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)方向教學(xué)競賽多年，取得了喜人的成績，其指導(dǎo)的學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)，畢業(yè)后去向以及國內(nèi)多項(xiàng)比賽中都有良好的表現(xiàn)。目前本校每屆有數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)學(xué)生100人左右參與相關(guān)課程和項(xiàng)目的開發(fā)制作，平均一學(xué)期即可完成一個(gè)完整的項(xiàng)目設(shè)計(jì)，足以支持VR物理實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)工作。綜上所述，基礎(chǔ)教學(xué)部物理課程組認(rèn)為以國家需求和示范性文件為導(dǎo)向，結(jié)合學(xué)校現(xiàn)有條件和學(xué)科特點(diǎn)，推動(dòng)學(xué)校的OBE—TC改革為目的的虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）物理實(shí)驗(yàn)室建設(shè)室非常必要而且能夠?qū)崿F(xiàn)的。這也為我校大學(xué)物理課程的建設(shè)涂上了濃墨重彩的一筆！

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作者簡介：

申健，遼寧省大連市，大連東軟信息學(xué)院。