基于VR 的開放式計算機網絡虛擬實驗室的研究與實踐

付凡成 南昌理工學院

前言

“開放式計算機網絡虛擬實驗室”是當下我國實驗教學創(chuàng)新重要模式之一，具有較大的意義影響。然而現階段有關我國基于VR 的開放式計算機網絡虛擬實驗室的研究與實踐研究相對較少，基于該問題現狀，要求行之有效的方法對其進行分析研究，如注重結合性、注重技術性、采用小組實驗模式等，本次研究對基于VR 的開放式計算機網絡虛擬實驗室的研究與實踐進行分析，有十分重要的理論意義。

一、VR 技術及開放式網絡虛擬實驗室概述

虛擬現實技術，即VR 技術。該技術主要融合了計算機圖形技術、計算機仿真技術、傳感器技術、顯示技術等多種科學技術，它在多維信息空間上創(chuàng)建一個虛擬信息環(huán)境，能使用戶具有身臨其境的沉浸感，具有與環(huán)境完善的交互作用能力，并有助于啟發(fā)構思。隨著我國教育體制改革逐漸完善，教學理念與教學模式也日益突破更顯。其中，網絡教學與實驗教學作為當下較為新穎的教學方法，對提升教學質量、教學效率十分重要。如何將網絡教學與實驗教學進行結合應用，一直是廣大教學者急需研究問題之一。因此，一種新型的實驗教學模式，即開放式網絡虛擬實驗室。開放式網絡虛擬實驗室不是單一片面的簡單流程，而是更為科學、合理的系統(tǒng)布局。需要從硬件設備、軟件部分、管理層面等進行多方協(xié)調、作用發(fā)揮。該實驗室主要包括：實驗對象、實驗環(huán)境、實驗儀器、實驗信息資源等，且這些設備資源都是基于虛擬現實技術之上。首先，在硬件設備方面，在對硬件設備進行配置中，主要以互聯網、校園網、局域網三方對接為重點。包括計算機、網絡電聯、服務器、媒體屏幕等；軟件方面主要是指相應網絡教學軟件、數據庫軟件及安全保障軟件等。從實驗室建設方面，軟件的作用發(fā)揮十分關鍵，它是構建實驗平臺的重要基礎核心。最后，管理層主要面涉及對該實驗室教學過程、信息、安全的控制、管理。例如：實驗指導、實驗報告、實驗儀器維護、網上答疑、實驗成績統(tǒng)計分析等。同時，管理層面也負責對實驗平臺的實時監(jiān)控、安全維護等。

二、開放式網絡虛擬實驗室建設的積極作用

通過對部分學校教學走訪調查發(fā)現，針對當下實驗教學需求及問題現狀，對其進行開放式網絡虛擬實驗室建設十分重要，且作用性較為積極。具體如下：第一、對設備滯后進行問題解決。很多學校在實驗教學中都面臨設備老化、設備傳統(tǒng)等問題，根本無法適合其應用教學。開放式網絡實驗室的建設可以有效解決此問題，主要是通過采用虛擬現實技術，對硬件設備進行虛擬化營造，將實驗教學的效果性進行大幅度提升。第二、對學生實驗時間不夠用進行解決。當下學生學習任務繁重，且時間上往往多為緊湊，這樣就造成了學生實驗時間的嚴重缺乏。傳統(tǒng)實驗室教學需要學生、教師在特定的時間內進入實驗環(huán)境進行教學學習，具有一定的局限性、控制性。而開放式網絡虛擬實驗室的建設，將學生實驗時間進行變向延展，只要通過計算機與網絡實驗教學平臺就可以進行學習，對學習時間、地點、環(huán)境等進行自由選擇。第三、對培養(yǎng)學生自主學習能力十分重要。當下我國已經由應試教育向素質教育全面轉變。從教育本身角度來講，提升學生發(fā)現能力、探索能力、動手能力、解決能力十分關鍵。開放式網絡虛擬實驗室對提升學生綜合素質及核心素養(yǎng)十分關鍵，將傳統(tǒng)的等候式學習轉變?yōu)樽灾鲗W習。讓學生可以在自主學習過程中不斷提升對問題的探索、解決能力，將實驗目的、實驗步驟等進行自主性設計，鍛煉了學生的分析與應變能力。

三、基于VR 的開放式計算機網絡虛擬實驗室的實踐要點

（一）注重結合性

在開放式計算機網絡虛擬實驗室應用中，一定要注重其結合性。實驗教學不是單一片面的簡單流程，而是更為科學、合理的系統(tǒng)布局。在對計算機網絡虛擬實驗室應用中需要對學生情況、教學目的、實驗儀器設備定進行掌握了解，對各方實驗信息資源進行結合利用，而不是肆意設計、盲目進行。利用虛擬現實技術可以為學生營造一種“現實”氛圍，讓學生通過虛擬實驗平臺完成其學習任務，在該過程中教師需要結合虛擬環(huán)境與實驗情況，將實驗教學內容進行選擇設計，讓學生可以更為清晰、立體的了解及掌握學習任務。

（二）注重技術性

虛擬現實技術是計算機網絡虛擬實驗室建設及作用發(fā)揮的重要保障，在對其進行應用中一定要注重其技術性。開放式網絡虛擬實驗室主要包括：虛擬實驗室管理系統(tǒng)、課程實驗室仿真系統(tǒng)兩大部分。首先，課程實驗仿真系統(tǒng)主要是滿足學生自主學習需求，通過對實驗案例、實驗環(huán)節(jié)的虛擬化營造，讓學生可以在平臺上進行實驗器材自由搭建來完成學習任務。例如：開放式計算機虛擬實驗平臺主要采用一個“器材欄”，以便于對各種實驗器材的虛擬管理。在實際操作過程中學生可以將該器材從器材欄中進行提取，當然也可以將該器材進行拉回。其次，虛擬實驗室管理。在虛擬實驗室管理中教師需要對教學任務、教學目的、學生成績及學習現狀等進行全面分析，并按照虛擬實驗教學規(guī)定，對其可能存在的諸多問題風險進行規(guī)避。

（三）采用小組實驗模式

建議采用“小組學習”模式，讓學生在虛擬網絡實驗平臺中可以互相溝通，在分組過程中教師需要進行認真分析，即科學分組、合理分組。然后教師可以對實驗任務通過網絡平臺進行小組下發(fā)，各小組通過網絡實驗平臺進行內部討論，其后可以進行實驗開展，并由該小組成員做逐一陳述，將實驗結果及自我想法通過平臺網絡進行上傳。通過小組學習方式與虛擬網絡實驗平臺結合應用，提升了學生自主學習意識、促進了學習興趣，讓原本枯燥、乏味的實驗學習變得立體活躍。因此，在進行開放式計算機網絡虛擬實驗室應用過程中，應采用與時俱進、緊跟時代的理念觀念，結合實驗教學實際情況，對其進行分析研究，這樣才能構建及研發(fā)出更為科學、合理的教學方案。

四、結論

綜上所述，通過對基于VR 的開放式計算機網絡虛擬實驗室的研究與實踐進行分析研究，主要包括：開放式網絡虛擬實驗室概述、開放式網絡虛擬實驗室建設的積極作用、基于VR 的開放式計算機網絡虛擬實驗室的實踐要點，其包括注重結合性、注重技術性、采用小組實驗模式等，從多方面、多角度對基于VR 的開放式計算機網絡虛擬實驗室的建設應用進行闡明，為下一步教學工作開展打下重要基礎。