芻議基于網絡的現代教育技術虛擬實驗系統構建

涂偉滬

摘要：隨著科技進步和教育發展，現代教育技術中虛擬實驗系統虛擬應用前景廣闊。實驗系統是現代教育技術和實踐教學結合的產物，本文主要闡述了現代教育技術虛擬實驗系統的開發與設計，重點在于對、教學設計目標、系統內容構成及其關鍵技術進行分析討論，以供參考。

關鍵詞：網絡 現代教育技術 虛擬實驗系統

現代教育技術是指通過采用先進的信息技術融合現代教育理論，將教學中的資源進行設計、管理應用等，達到對教學理論與實踐優化的目的?，F代教育技術課程屬于學生數量較多的公共課程，首先現有條件的局限，無法滿足所有學生的實踐需求，因此其在理論與實踐方面相對不平衡。本文中所討論的虛擬實驗系統是以VRML技術為基礎，構建出逼真的桌面是現代教育技術虛擬實驗系統，從而提供給學生生動的學習環境。實驗者通過虛擬設備鏈接便可以置身虛擬環境當中，通過對瀏覽器插件的功能按鈕進行交互來達到對整個實驗環境的操作。虛擬實驗教學，能夠實現對教學中實踐性不足的彌補。

一、現代教育技術虛擬實驗系統教學設計目標

本文所討論的虛擬實驗系統的開發與使用僅限于PC端使用，技術主要涉及VRML、JAVA、ASP等。本文中所提及的虛擬實驗系統的教學設計的目的在于幫助學生掌握實驗技能，因此要體現學生的主體地位，讓學生能夠充分地動作操作，以理解和掌握學習內容;要考慮課程的特征，設計交互性操作，使實驗者有更多的操作空間;要對課程的內容進行設計，現代教育技術課程包含了多方面的知識，設計時難以將所有內容在虛擬實驗室中進行體現，因而在設計中要進行側重，將重點放在關鍵的原理及技能技巧方面，而其他內容通過其他形式進行補充。

虛擬實驗設計方案需要基于當前現有的虛擬實驗設計進行設計，并將現代教育技術的課程內容融入其中，根據需要設計出相應的場景。場景要注重寫實性，使實驗者盡可能體驗到真實實驗場景，能夠運用操作交互進行實驗學習，并增強其體驗感。一方面是體驗虛擬現實技術的先進與神奇之處，另一方面能通過這樣的技術打破線下學習的局限性，拓展學習空間。學生在學習過程中不用受時間和空間的限制，通過數據共享獲取信息，充分發揮主觀能動性，達到自主學習，自主制定學習進程的目的，提高學習效率。

二、現代教育技術虛擬實驗系統內容結構

本文所述的虛擬實驗系統以網絡為基礎，采用瀏覽器或服務器體系結構，只需要在服務端就能夠完成系統的開發與維護，使用者的客戶端僅需要安裝瀏覽器插件便可使用，因此它沒有特別的硬件要求。其中VRML文件及相關網頁儲存于web服務器中，用戶信息等都儲存在服務器當中，呈現于互聯網上，提供給實驗者使用。

虛擬實驗系統設計的重點在于對教學媒體的使用，其中系統的關鍵部分在于在線實驗模塊的設計，通過對現代教育技術課程進行結合，總共設計有8個虛擬實驗，為了使系統更加完善，又增加了具體的模塊，如圖1所示。

本系統對實驗中的所有環節提出了要求，每個知識模塊的表現不同：（1）實驗原理、目的等內容的講解和儀器的使用說明采用PPT的形式表現，并用文字和圖片進行輔助講解;（2）通過教學視頻來進行使用方法的說明;（3）通過Flash課件實現交互操作;（4）技巧性操作需要采用VRML及Java技術構建，使整個虛擬實驗環境表現能夠更真實，其交互性強，可以讓實驗操作重復呈現，使用者能夠長時間進行觀看和操作，從而熟悉實驗過程。在使用時，學生要對實驗項目進行預習，了解實驗環節和具體事項，預習測試通過后即可進入飾演環節。在實驗過程中學生遇到問題可以進行線上的提問，完成后可以通過測試系統對自己的知識掌握程度緊湊型測試，在測試后就有資格對線下的實驗進行預約。此外虛擬實驗室有強大的交互表現內容，學生通過這樣的形式豐富了教學的實時操作，增添了學習的樂趣，通過線上的討論功能，學生們能夠合作進行學習，通過聊天平臺進行資源共享等。

三、現代教育技術虛擬實驗系統虛擬場景設計

虛擬試驗系統虛擬場景設計要求有：（1）能夠在3D的場景中采用不同的視角進行觀察，并有多個焦點視角，使用者可以任意切換視角并縮放視角的遠近;（2）實驗對象需要對實際物品進行高度地仿真，并模擬出現實中的交互情景;（3）整個實驗的目標應該被重點突出，對關鍵的模型和場景進行詳細的制作繪制，其他場景應當適當進行省略，以節省資源。

文章展示的虛擬實驗環境構建主要是視覺建模，主要分為場景和實驗設備的建模。實驗中所用到的教學媒體設備造型具有規范的特征，因此采用3Dmax進行建模，導出后為VRML格式的文件[5]。對模型進行檢查，對其中出現的模型錯位、紋理丟失等錯誤進行手動修改，并倒入VRML中組合，最后確定模型在場景中的位置，使其成為系統的整體。

對虛擬場景進行構建時，要考慮到場景中光源的變化問題，因而場景的設計要將光源照射考慮其中。為了實現良好的光照效果，可以將場景設計為封閉的房間，構造簡易大小適中，以免增加加載時間。要現在平面上設計好各實體，將場景實體分解為基本形體并進行組合，然后編碼實現，將所有模型都整合在VRML場景中。此外要減少資源加載的時間，在不影響效果的前提下將紋理大小盡量處理小，場景不采用貼圖;在瀏覽器上發布的VRML文件應進行壓縮處理，節省使用者的下載時間。

四、現代教育技術虛擬實驗系統關鍵技術

（一）實時圖像獲取

投影設備所展示有光學鏡頭調焦的圖像，可以采用準備好的圖片通過實時或取得方式展現給用戶。鏡頭能夠在虛擬實驗場景中任意進行漫游，并通過Print Screen進行截圖拍攝，采用Java Applet實現。

（二）實時圖像亮度控制

在拍攝過程中，快門和光圈的調節會對圖像亮度產生影響，由于實驗者不容易發現場景的亮度情況，通過截圖拍攝的圖像難以達到預期的效果過，因此還需要進行圖像的后期處理。首先是在虛擬場景中調節快門或光圈，將具體數值傳送到Script節點，計算出相應的曝光值，并將曝光值作為圖片處理的依據。實驗者在抓屏拍攝時會觸發出事件，調用html網頁中的JS函數。當Java Applet被調用時，會首先對曝光值進行邏輯判斷，并依據數值進行圖像亮度的處理。

五、結語

綜上所述，基于網絡技術的虛擬實驗系統的構建對于現代教育技術的實驗課程有著多方面的重要意義，但需要注意的是，虛擬試驗系統只是教學中的輔助手段，不能夠代替真實的實驗流程。因此高校應當將真實與虛擬實驗兩種方式結和使用，共同服務于人才培養的過程中。

參考文獻

[1]奎曉燕，劉衛國，郭克華， 等.構建智能型虛擬實驗平臺，推進現代教育技術改革[J].計算機工程與科學，2018，40（z1）：12-15.

[2]張文增.現代教育技術在實驗空間環境設計中的應用研究——以高中理科虛擬實驗應用為例[J].中國教育技術裝備，2018，（3）：24-25，28.