虛擬現實在計算機實驗中的應用研究

尹進

摘要：虛擬現實技術的出現是信息技術、人工智能發展到一定階段的產物，它處于計算機應用技術的頂尖，是最先進的計算機應用技術。目前虛擬技術與各行各業相互融合，包括飛行訓練、工業裝配等，展現了其強大的生命力，備受關注。廣大教育工作者也積極將虛擬現實技術引入到計算機實驗教學中，利用虛擬現實技術打造仿真實驗環境，在教學創新中有效提高了計算機實驗的教學有效性，值得教育工作者加以重視并且在教學中有效應用。

關鍵詞：虛擬現實? 計算機實驗? 教學應用

計算機實驗內容豐富，是學生計算機素養提升的重要方法，他包括芯片電路設計實驗、游戲動畫開發實驗等。在過去這些實驗的開展需要一定的設施設備做支撐，如電路板、交換機、示波器等，這加大了學校的資金壓力，許多計算機實驗活動也不能夠有效開展。

而虛擬現實技術的出現有效地解決了計算機實驗教學面臨的問題，它在于計算機實驗教學相融合的過程中能夠開發一個虛擬的計算機實驗環境，滿足計算機實驗教學需要，需要教育工作者充分認識。

一、虛擬現實技術

虛擬現實技術（Virtual Reality，即VR）是一種先進的多媒體數據融合處理技術，它能夠將電子信息、GNS3、3D建模、虛擬機技術等多種計算機技術融合在一起，為人們呈現出一個相對真實、交互性好、沉浸感強的虛擬環境。同樣該技術能夠可以集成感知信息模型，能夠同步系統的各個邏輯業務組件，具有極大的應用價值，目前已經被廣泛應用在社會的多個領域。

在廣泛應用中虛擬現實技術也被賦予了新的色彩，更先進技術的出現，如實時三維圖形渲染技術、動態環境建模技術，這極大的減輕了人們的勞動強度，推動了社會工業產業的進一步發展。

二、虛擬現實技術在計算機實驗中的應用

目前虛擬現實技術被引入到了計算機實驗中，為實驗開展到實驗教學活動落實等多個環節提供了有力支撐。

（一）虛擬現實技術計算機實驗中的應用類別

（1）系統基礎實驗：該類計算機實驗主要是指執行DOS命令，進行磁盤格式化、注冊表維護實驗等，通過靈活利用Ghost、PQmagic軟件，安裝使用Linux、Netware等操作系統，實現系統基礎實驗的虛擬開展。

（2）計算機網絡實驗：該類計算機實驗主要是指進行局域網的組網、進行局域網的配置。在進行該實驗活動時教師可以利用Netmeeting桌面共享和遠程控制、Telnet以及FTP實驗等進行實驗模擬。也可以通過機群搭建實驗、DNS副武器配置與訪問實驗等方式進行網絡實驗的開展。

（3）信息安全實驗：該類計算機實驗主要是指Windows基本攻防類實驗以及病毒木馬攻防類實驗。利用虛擬現實技術可以開展Windows基本攻防類實驗模擬，如入侵檢測攻防、sniffer實驗、DOS攻擊等。也可以開展病毒木馬攻防類實驗，例如遠程控制、后門植入、防火墻殺毒軟件使用等。

（4）網絡設備配置實驗：該類計算機實驗主要是指交換機的配置與測試實驗。可以通過虛擬現實技術的利用進行配置、測試交換機TRUNK、BTP、VLAN參數等，還可以實現對路由器的實驗，可以進行遠程訪問實驗等。

（5）網絡協議實驗：即利用NS2in性多種協議實驗活動，它包括底層協議、以及高層網絡應用。例如底層協議如傳輸層UDP和TCP過程模擬;高層網絡應用則包括應用層的FTP、Web協議等。此外它還可以模擬不同數據的傳輸方式，如DropTail。或模擬靜態路由、動態路由由等路由算法，達到網絡協議實驗虛擬實驗的目的。

（二）虛擬現實技術在計算機實驗課堂教學的應用

計算機專業課程具有很強的實踐性和邏輯性，需要學生通過實驗實踐、直觀學習等方式才能夠有效。而虛擬現實技術的出現不僅能夠提供上述計算機實驗的開展，也能夠輔助教師更好的開展計算機實驗教學。

（1）利用虛擬現實技術，講解重難點：教師可以利用3d虛擬現實技術為學生展示課件，讓學生從直觀的角度理解課程知識的重難點，從而為學生打造交互性學習課堂，讓學生在虛擬現實技術的加入下進一步理解知識，深化知識。

如在學習《數據結構》時，該知識內容相對抽象，學生很難理解。教師可以利用3d虛擬現實技術為學生直觀展示具體內容，如遞歸算法利用隱性調用堆棧實現，3d技術可以將堆棧內部情況的變化動態、直觀的呈現，幫助學生理解。

（2）利用虛擬現實技術，建立虛擬機房實驗：虛擬現實技術能夠滿足教師的計算機教學需要，在沖破原有的計算機系統束縛下模擬機房的環境，能夠有效豐富計算機實驗的相關儀器設備、軟件等資源，為學生進行計算機實驗活動提供準備。這樣不僅能夠減輕學校計算機實驗設備費用與資源的消耗，還能夠在及時轉變及實驗活動中確保實驗變得更直接、更方便、更有效。

如在進行數字電路的實驗教學課程時，教師利用VR技術能夠創造出與實驗要求相關的虛擬電子器件來幫助學生進行電路設計。倘若當某位學生在實驗過程中出現了一些電路設計的錯誤，也能夠通過虛擬技術重頭再來，不會造成資源的浪費和作業的損壞。

再如在利用虛擬現實技術能夠創造出虛擬的計算機，滿足學生的學習需要。這種虛擬的計算機它與真正的電腦模型完全一樣，它具備自己的CPU、主板，也可以在應用過程中安裝與學習相關的各種操作系統如DOS、Windows、UNIX等。這樣在進行一些計算機應用實驗學習活動時教師就可以利用虛擬計算機來進行實驗活動，避免在試驗過程中造成的對計算機系統的影響。

（3）利用虛擬現實技術，開展小組實驗合作：教師可以利用虛擬現實技術為學生提供多種多樣的計算機實驗，并且在虛擬實驗的基礎上通過開展小組合作的方式讓學生相互溝通、相互配合，在小組內部任務完成中利用虛擬現實技術完成計算機實驗活動。這一活動既能夠提高學生的學習效果，有能夠豐富學生的實現學習成果。學生之間在小組配合過程中對虛擬現實技術有了更深的認識，思維得到了有效的發展，在虛擬現實技術的輔助下也成功達到了計算機實驗教學的目的，虛擬現實技術也發揮出自身的積極作用。

（4）利用虛擬現實技術，建立課程教學課件：虛擬現實技術造型語言，即Virtual Reality Modeling Language，VRML，是一種描述虛擬場景的標準語言。它支持創建場景和三維造型的需要，其交互功能作用明顯。且它支持C、C++、數據庫等語言的接口，具有強大的編程能力。將其應用在計算機實驗課件制作過程中能夠為學生展示一個全新的網絡界面，課件會變得更為逼真、更為具體，學生在聽講過程中也更容易被吸引，更容易對計算機實驗的相關知識所理解。

如教師可以利用虛擬現實技術將課件中的文字與動畫改變成三維交互的形式，這樣教學課件不再僵硬，而“動”了起來。學生們能夠在學習過程中從多個角度認識課件，與課件內容產生交互，這種交互包括輸出也包括反饋，學生的學習理解也更到位。

（5）利用虛擬現實技術，輔助信息資源建設：計算機實驗教學的最終目的是讓學生掌握實際操作性的基礎知識，并且將與之相關的計算機實際操作性知識應用到實際計算機應用中。因此教師可以利用虛擬現實技術來構建網絡環境下的計算機數據庫，這些數據庫能夠對學生所學的計算機實際操作的基礎知識以及其他相關聯的數據資料進行整合，它能夠保存信息，同時又方便學生深層次的查閱和利用。能夠在建設信息資源的過程中滿足學生的計算機實驗信息的獲取，讓學生能夠隨時隨地的進行資源的利用，進而提升計算機實驗的教學有效性。

三、結束語

總而言之是虛擬現實技術利用仿真的方法為計算機實驗教學開辟了新天地，它的出現打破了傳統實驗教學的時空限制，更在一定程度上拓展了實驗內容的深度與廣度，能夠支持計算機實驗教學的深度開展。計算機教育工作者應當以積極的姿態認識虛擬現實技術，在計算機實驗教學的多方面引入虛擬現實技術，這樣才能夠打造現代化、科技化、高效化計算機實驗課堂，在提高效率中實現對學生計算機素養的有效培養。

參考文獻

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