虛擬現(xiàn)實技術(shù)在遠(yuǎn)程教育的實驗環(huán)節(jié)的研究

徐東海 徐紅穎

摘要：開放教育的發(fā)展勢頭正猛，遠(yuǎn)程教育面臨的問題也是逐漸增多，試驗場地和實驗環(huán)境的問題尤為突出。而虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展，很大程度上滿足遠(yuǎn)程教育對實驗環(huán)境的要求。本文從遠(yuǎn)程教育發(fā)展遇到瓶頸，虛擬實驗技術(shù)的基本原理，探討虛擬現(xiàn)實技術(shù)在遠(yuǎn)程教育中實踐教學(xué)的意義，滿足遠(yuǎn)程教育在虛擬實驗教學(xué)環(huán)節(jié)的要求。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實技術(shù);實驗環(huán)境;遠(yuǎn)程教育

1引言

虛擬現(xiàn)實技術(shù)“Virtual Reality Technology”發(fā)展已經(jīng)日益完善[1]，其中代表性的國家是美國的國家，還包括部分歐洲國家。1960年伊恩.司徒蘭德教授提出了“The Ultimate Display”概念，到1994年“Virtual RealityTechnology”的出版，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展逐漸完善。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教學(xué)實驗領(lǐng)域的嘗試是在曲折中前進，由于理論和實踐存在一定的差距，尤其是國內(nèi)虛擬現(xiàn)實技術(shù)的教育研究，話語權(quán)較低，實驗?zāi)M的效果遠(yuǎn)不如實際的實驗環(huán)境。

2虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

虛擬現(xiàn)實技術(shù)最早起源于美國，最開始是訓(xùn)練飛行員和航天員聯(lián)系操作技能，最早開始于上世紀(jì)40年代。先后經(jīng)歷了四個階段：1963年以前，有聲形動態(tài)的虛擬現(xiàn)實思想階段;1963年-1972年萌芽階段;1973年-19 89年產(chǎn)生虛擬現(xiàn)實概念和理論階段;1990年至今，理論進一步完善階段[2]。隨之IT的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)逐漸的向其他領(lǐng)域發(fā)展，集中體現(xiàn)在VR眼鏡、VR游戲等軟件、硬件等方面。美國經(jīng)過這么多年的發(fā)展，逐漸建立了航天、空間站、衛(wèi)星等方面的VR訓(xùn)練，美國的教育系統(tǒng)也建立了一套成熟的VR體系;例如喬治大學(xué)的流體實時仿真系統(tǒng)、波音公司的真實環(huán)境疊加虛擬環(huán)境、施樂公司的虛擬辦公室技術(shù)等等[3]。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在我圍的發(fā)展起步較晚，和歐美等發(fā)達(dá)國家還存在一定的差距，但是隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，我國各大研究所、公司對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的關(guān)注也越來越高，研究也越來越深入，逐漸加大對虛擬環(huán)境、虛擬場景等方面的開發(fā)。

3遠(yuǎn)程教育實驗環(huán)節(jié)問題分析

近年來，學(xué)生提升學(xué)歷的情況越來越多，開放遠(yuǎn)程教育的學(xué)生也是越來越多。隨之帶來的問題是實驗環(huán)節(jié)和實踐環(huán)節(jié)出現(xiàn)了若干問題，學(xué)生在遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)的過程中，沒法將理論應(yīng)用到實踐當(dāng)中去。學(xué)生在實際的工作中，應(yīng)用的都是各種大型設(shè)備、綜合性的設(shè)備，而學(xué)生往往不能勝任本職工作，主要原因是不能將每個細(xì)小的知識轉(zhuǎn)化為實際動手能力。所以一種適合開放遠(yuǎn)程教育的實踐、實驗教學(xué)環(huán)境的要求迫在眉睫。

另外一個就是課程與虛擬現(xiàn)實技術(shù)的融合問題。開放教育開設(shè)多門課程，尤其是汽車、機械、橋梁、藥學(xué)等方面，這些學(xué)科的研究主要是采用定量分析，通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)呈現(xiàn)課程內(nèi)容，主要側(cè)重實踐性和操作性。而現(xiàn)在的虛擬現(xiàn)實技術(shù)課程的開發(fā)無法覆蓋這么多的課程，技術(shù)難度較大。

4虛擬現(xiàn)實技術(shù)在遠(yuǎn)程教育實驗環(huán)節(jié)的研究

4.1虛擬現(xiàn)實的定義

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一種計算機仿真系統(tǒng)，通過對三維世界的模擬創(chuàng)造出一種嶄新的交互系統(tǒng)。它利用計算機生成模擬環(huán)境，是一種多源信息融合的交互式三維動態(tài)視景和實體行為系統(tǒng)仿真，并使用戶沉浸到該環(huán)境中[4]。虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有3個特性，即沉浸性、交互性、構(gòu)想性，是一個學(xué)科高度綜合交叉的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域[5]。

4_2虛擬現(xiàn)實技術(shù)在遠(yuǎn)程教育實驗中的應(yīng)用研究

在遠(yuǎn)程教育的教學(xué)過程中，試驗場所的投資是巨大的，尤其是現(xiàn)階段招生情況不太理想，生源數(shù)量降低，如果每個學(xué)校都投資去建設(shè)實驗室，那么必然造成資源的浪費。我們認(rèn)為建立虛擬實驗室，和其他遠(yuǎn)程教育學(xué)校進行共享，實現(xiàn)合作共贏。

開放教育的遠(yuǎn)程教學(xué)中，開始多種實際操作的課程，比如化學(xué)、機械工程、橋梁、藥學(xué)、護理、計算機等課程。如果每個學(xué)校都去搭建相應(yīng)的實驗室，資源浪費、重復(fù)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)無疑滿足了這方面的需求。對技能操作的虛擬演示，我們在201903這批學(xué)生的培訓(xùn)過程中發(fā)現(xiàn)，虛擬場景下訓(xùn)練出來的學(xué)生和在實際環(huán)境下培訓(xùn)出來的學(xué)生，效果是一樣的，甚至還更加熟練。同時，我們還探討了虛擬現(xiàn)實在化學(xué)實驗中的應(yīng)用，認(rèn)為虛擬現(xiàn)實技術(shù)的引進，會大大的降低教學(xué)成本，也解決了藥學(xué)實驗造成的身體傷害和降低了實驗的危險性[7]。

5結(jié)束語

虛擬現(xiàn)實技術(shù)的引進，可以很大程度上節(jié)約成本，降低實驗的危險性，突破實驗教學(xué)的限制，有利于培養(yǎng)學(xué)生的主動性和創(chuàng)造性。我們遠(yuǎn)程教育應(yīng)當(dāng)充分的發(fā)揮計算機領(lǐng)域發(fā)展的優(yōu)勢，結(jié)合傳統(tǒng)的教學(xué)模式，開發(fā)一種全新的教學(xué)模式。利用計算機圖形技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)等可視化實驗環(huán)境，減少了昂貴的實驗設(shè)備的投入，降低類似化學(xué)、藥學(xué)、化工等專業(yè)的危險性，使學(xué)生能夠更好的融入學(xué)習(xí)、學(xué)以致用，畢業(yè)后更快的加入到實際工作當(dāng)中，提高我們遠(yuǎn)程教育的深度和廣度。

參考文獻(xiàn)

[1]高嵩.國外虛擬現(xiàn)實（VR）教育研究存在的問題與啟示[J].中國電化教育，2018，3（374）.

[2]百度百科一虛擬現(xiàn)實技術(shù)https：//haike.haidu.com/itemWe E8 %99%9A% E6% 8B% 9F% E7% 8E% BO% E5% AE% 9E/207123？fromtitle=%E8% 99% 9A% E6% 8B% 9F% E7% 8E% BO% E5% AE% 9E% E6% 8A%80%E60/09Co-/o AF&fromid= 171 8968&fr=aladdin.

[3]楊江濤.虛擬現(xiàn)實技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展[J].2015（ 01）.

[4]虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書5.0[J].中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院，2016，6.

[5]戰(zhàn)略前沿技術(shù).趙沁平院士：VR進入爆發(fā)前夜，“VR+”將產(chǎn)生大量行業(yè)顛覆性應(yīng)用[DB/OL].（ 2016-5-20） [2016-12-23].http：//mp.weixin.qq.com/s？一hiz=MzA3NDQyNzYyNw==&mid=2650613898&idx=3 &sn=fOaaf47e82 36c26caaa5d4964c4429f7&mpshare=l &scene=2 3&srcid=0l Ol pavIUz5 9hxP2D5 RcLxFp#rd.

[6]杜一寧.虛擬實驗的研究現(xiàn)狀以及在教學(xué)中的意義[J].浙江海洋學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），29（04）：391.

[7]丁楠.虛擬現(xiàn)實在教育中的應(yīng)用：優(yōu)勢與挑戰(zhàn)[J].XDJYJS，V01.27No.2 2017.

通訊作者：徐東海（19 84-），男，漢族，講師，碩士，專業(yè)：計算機技術(shù)，研究方向：計算機科學(xué)與技術(shù)。

基金項目：虛擬現(xiàn)實技術(shù)在遠(yuǎn)程教育中的應(yīng)用研究，項目編號：2018LXB0280.教育部職業(yè)院校信息化教學(xué)指導(dǎo)委員會基金項目。