高校計算機教學中虛擬現實技術的應用

馬風貴

（博爾塔拉職業技術學院信息工程學院，新疆博樂 833400）

《教育信息化2.0 行動計劃》指出：構建與國家經濟社會和教育發展水平相適應的教育信息化體系，支撐引領教育現代化發展。信息技術作為信息時代的新技術，能夠在與教育教學的深度融合中，有效促進我國教育的現代化發展。各級教師均應重視信息技術與教育教學的融合，合力推進我國教育現代化。高校計算機教學中虛擬現實技術的應用，是以上理念的重要體現。教師應在高校計算機教學中，正確認識虛擬現實技術應用優勢，然后通過科學的教學實踐，讓虛擬現實技術促進高校計算機教學，培養適合信息時代的高素質人才。

一、虛擬現實技術概述

虛擬現實技術，英文名稱為Virtual Reality，縮寫為VR。虛擬現實技術是信息時代的產物，是在20 世紀發展起來的一項新型計算機實用技術，具有感知多樣性、互動性、沉浸感等特點。在使用虛擬現實技術時，人們一般需要佩戴特定的頭盔與傳感器，隨后借助鼠標、鍵盤等工具，獲得來自虛擬場景的感官和認知反饋。隨著社會的信息化發展，各行各業對虛擬現實技術的需求不斷擴大，虛擬現實技術正在將高校信息化教學推向新的高度。

二、高校計算機教學中虛擬現實技術的應用優勢

虛擬現實技術在教育領域的應用，彌補了傳統教學條件的不足，營造了自主學習環境，帶給學生身臨其境的真實學習體驗，同時對教師專業能力提出挑戰，從而在多個方面發揮優勢，使教育成果得到質的飛躍。接下來，筆者將基于高校計算機教學領域，說明虛擬現實技術應用優勢。

（一）完善教學條件

基于虛擬現實技術形成的實驗室與場景，是完善高校計算機教學條件的重要元素。雖然在信息時代下，計算機已經成為各個高校的熱門專業，但是調查不同高校的計算機教學條件，由于經費等現實因素的限制，一些高校不能為學生提供完善的計算機學習環境，制約了學生對計算機應用技術的深層探究和模擬應用。將虛擬現實技術應用在高校計算機教學中，能夠對此問題進行解決。教師可以發揮專業優勢，通過虛擬現實技術搭建計算機實驗室，同時為學生提供豐富的計算機探究和應用場景，從而完善教學條件，讓學生在更加廣闊的學習空間中實現更加自由的學習和成長。

（二）節約教學資源

傳統教學模式中，高校計算機教學依托于計算機設備展開，因此需要不斷維護計算機，在無形中增加高校教學成本投入。而若維護不當，高校計算機設備逐漸被淘汰，容易浪費教學資源，如何節約教學資源成為一個難題。而在虛擬現實技術的應用中，該難題能夠迎刃而解。高校計算機教學中虛擬現實技術的應用，以創設虛擬學習空間為主線，而在虛擬空間中，設備維護與淘汰問題不再存在。教師可以在虛擬現實技術中，通過不斷更新系統優化學習空間，一邊滿足學生動態變化的學習要求，一邊節約高校計算機教學資源。

（三）提高學生興趣

興趣是最高級的學習動力。學生對計算機與信息技術的興趣，是推動高校計算機教學的根本。但是在傳統教學環境下，教學多以“教師講解、示范，學生聽課、模仿”為主，學習氛圍相對沉悶，不利于學生提高計算機興趣。虛擬現實技術的應用有助于改善此情況。通過虛擬現實技術，教師可以在高校計算機教學中打破傳統教學結構，為學生提供沉浸式的學習場景，并且使該場景具有變化性，促進學生自主學習。學生由此進入創新、生動、自主的學習氛圍，提高探究計算機的參與感，優化信息技術體驗，能夠順利提高學習興趣，進而使高校計算機教學形成良好生態。

（四）更新教師觀念

高校計算機教學結果取決于教學條件與學生狀態，更取決于教師觀念與能力。教師若建立前瞻性的教學觀念，自覺提高專業能力，自然能在學生的學習與實踐過程中，不斷為學生提供最關鍵的指導，最終促進學生成長，保障教學效果。虛擬現實技術的應用是更新教師高校計算機教學觀念的關鍵一環。教師在高校計算機教學中應用虛擬現實技術，第一應全面把握高校計算機教學特征，第二應充分認識虛擬現實技術特點。這要求教師在信息時代背景下，關注計算機與虛擬現實技術發展動態，加強現代化教研。而在這樣的教研中，教師不僅可更新觀念，還能提高專業能力。長此以往，高校計算機教學相長得以實現。

三、高校計算機教學應用虛擬現實技術的實踐要點

（一）搭建虛擬教室

高校計算機教學對實踐要求較高，傳統教學環境下，學校通過建設計算機教室落實此要求。而在信息時代，計算機設備更新速度較快，學校計算機教室設備更新速度難以與其保持一致，學生通過幾乎淘汰的計算機設備進行學習，不能在畢業后順利融入社會計算機環境。教師應當應用虛擬現實技術搭建實驗室，克服此教學障礙［1］。首先，教師可以向學校提交教室、技術與資金申請，在保留傳統計算機教室基礎上，單獨開辟虛擬教室。其次，教師可以在該教室中，持續引入先進的虛擬現實技術，為學生制造虛實結合的學習空間。最后，教師應對該空間進行合理規劃，如全景視頻區、VR 互動區等，確保每個區域的高效利用。每個區域特點不同，功能不同，故而適應學生在不同階段的學習需要。教師合理劃分區域空間，可使學生進入虛擬教室后準確選擇學習區域，進而提高教學效率，避免浪費教學時間。教師應加強虛擬現實技術相關學習，根據學校資金與學生學習情況，努力將信息時代最新虛擬現實技術應用在虛擬教室，讓教學水平與社會發展水平高度一致，進而有效培養社會化的計算機人才。

（二）根據教學內容應用虛擬現實技術

教學內容是在“教”與“學”的相互作用過程中教師有意傳遞的主要信息，其特征是決定教學方法的關鍵因素。宏觀層面上，高校計算機教學內容可劃分“硬件”與“軟件”兩個領域，向學生傳遞截然不同卻又密切相關的知識內容。教師有必要根據這兩個領域的高校計算機教學內容，靈活應用虛擬現實技術，從而針對性地加強學生硬件理解與軟件水平。

1.在硬件教學中應用虛擬現實技術。硬件是計算機系統中各種物理裝置的總稱，也是學生認識計算機的基礎。高校計算機教學中，教師首先應使學生認識計算機的基本構成，學會安裝、拆解和維修計算機。但是若直接使學生對真實的計算機設備進行相關操作，學生可能因技能水平問題，使計算機設備受到不可逆損害。教師可以通過虛擬現實技術，為學生提供虛擬的計算機設備，一方面滿足學生掌握計算機硬件知識的學習條件，另一方面保護學校計算機設備［2］。教師可以應用虛擬現實技術，制作計算機硬件的安裝、拆解和維修系統，先使學生通過虛擬情境正確認識計算機硬件，再引導學生進行相關模擬操作。學生可以在虛擬計算機中，用同樣適用于現實計算機設備的方法進行自主實踐，充分鍛煉專業技能，奠定計算機學習與實踐的堅實基礎。之后，教師可以深化軟件教學，根據計算機在當今社會的多元應用，在虛擬現實技術的幫助下，努力培養學生對各種計算機軟件的開發和使用能力。

2.在軟件教學中應用虛擬現實技術。高校計算機硬件教學中虛擬現實技術的應用，目的是避免學生因不當操作損壞計算機設備主體。而在軟件教學中應用虛擬現實技術，為的是保護計算機系統。高校計算機軟件教學，以計算機系統中的各種程序和文檔為載體，要求學生在計算機系統中進行軟件的開發、使用、維護等操作，學生一旦出現錯誤操作，便可能使系統出現故障或癱瘓。教師有必要應用虛擬現實技術避免此情況。首先，教師應調查社會最前沿的計算機系統，使教學內容符合當前社會特征。其次，教師可將該系統復制在虛擬計算機上，為學生提供虛擬學習與實踐平臺。最后，教師需要針對性指導學生，使其進入軟件的虛擬安裝、運行、調試、維護等情境。教師通過在虛擬計算機復制社會最前沿的計算機系統，努力為學生提供接近當前計算機真實系統狀態的學習環境，能促使學生深刻認識計算機軟件，提升軟件水平。

（三）根據教學流程應用虛擬現實技術

高校計算機教學步驟緊湊，由此形成一個動態的過程。在這個動態的過程中，教師唯有時刻對學生進行有效引導，才能最大限度地發揮每個教學步驟的積極作用，促進學生對計算機相關知識的深層探究和模擬應用。《中庸·第二十章》中“博學之，審問之，慎思之，明辨之，篤行之”是對教學過程的最早概括。教師可以借鑒此思想，根據高校計算機“博學”“審問”“慎思”“明辨”“篤行”教學流程，彈性應用虛擬現實技術。

1.虛擬場景導入課堂教學。“博學”即“廣博的學習”。高校計算機專業發展迅速，社會信息技術也進步飛快，故而決定了計算機知識的廣博性。教材不能完全呈現這樣廣博的知識，如何帶領學生進入計算機的魅力世界值得教師進一步思考。情境始終是高校計算機教學的一種手段，情境具有時空跨越性與內容豐富性，教師精心創設的教學情境既能向學生展示廣博的知識，又能點燃其學習熱情［3］。由此切入，教師可以在高校計算機教學中，應用虛擬現實技術完善情境。教師可以利用虛擬現實技術顯示功能與感知多樣性，優化課堂教學導入步驟，借助虛擬場景實現課堂情境的升級。虛擬場景中，教師可以為學生提供主題相關的豐富內容，如先進的計算機理念、前沿的計算機發明等，讓學生認識到計算機知識在信息時代的進步性，對課堂內容充分好奇。如在計算機指令工作機制教學中，教師可以借助虛擬的計算機運行場景，使計算機指令取指、譯碼等工作機制三維立體化，讓學生直觀感受計算機指令的運行邏輯，進入計算機內在世界，在虛擬場景增強學習興致，促進課堂后續教學。

2.虛擬場景促進課堂互動?！皩弳枴奔础皩徤鞯脑儐枴薄９湃苏J為，沒有什么事件具有高于學習的嚴謹性，不學則已，既然敲開學習的大門，就要始終保持審慎的態度，不放過每一個知識細節。而在傳統的高校計算機教學流程中，由于課堂時間有限、學習資源不足等原因，師生互動不能達到“審問”狀態。教師可以應用虛擬現實技術，創設促進課堂互動的虛擬場景，從而讓師生實現“審慎的詢問”，讓學生實現超越知識表層的深度學習。具體操作方面，教師首先應分析教學內容特征，確定虛擬場景特性。如教學內容為計算機結構組成，教師可圍繞顯卡、CPU 等專業術語創設虛擬場景。其次，教師可根據場景內容，靈活設計互動問題，如：“場景體現了計算機CPU 的哪些特點和功能？”等。最后，教師鼓勵學生參與課堂互動，使其根據虛擬場景內的真實信息和體驗回答問題。教師引領詢問，學生由此展開思考，將虛擬場景的重要信息串聯成線，形成更加系統的學科認知，提高課堂學習質量。再者，“詢問”可以由學生引起。學生可根據虛擬場景還原的真實計算機現象詢問教師相關內容，從而以質疑的方式引起課堂互動，在教師釋疑中增強思維與學習深度。

3.虛擬場景解釋核心理論。“慎思”即“慎重的思考”。以往的高校計算機教學，思考的對象以問題居多，這固然能促進學生學習與實踐，但不能全面優化教學。從高校計算機教學內容來看，教師在指導學生解決常規問題的基礎上，還應帶領學生解釋核心理論。核心理論是學生模擬應用計算機的關鍵，如結構化程序設計核心理論、算法核心理論等。學生只有深刻領會這些理論，掌握相關技能，才能在之后的計算機實踐活動中，正確應用理論手段，實現知行合一［4］。而與上述互動問題相似的常規問題，不能對學生解釋核心理論起到顯著的促進作用。教師可以應用虛擬現實技術繼續創設虛擬場景，輔助學生解釋核心理論。虛擬場景中，教師可以重用現實案例。例如，針對結構化程序設計核心理論，教師可以立足于學生生活，選擇學生身邊常見的計算機應用程序為案例，在虛擬情境中還原案例形成過程。這樣的案例還原便是對案例核心理論的最佳解釋。學生可以進入虛擬情境，直接與案例進行對話，慎思案例生成過程，把握對應核心理論。

4.虛擬場景輔助課堂實驗。“明辨”即“明白的辨別”。教學流程對應學習過程。通過“博學”“審問”“慎思”的教學過程，學生基本完成指向計算機知識內容“是什么”的學習過程，正確認識計算機的組成與應用要素。而在信息時代，學生的這一學習成果遠遠不夠，還應清楚明確計算機知識內容“怎么用”。而在“怎么用”的學習過程中，學生應通過實驗明辨具體操作。一些實驗對課堂環境要求較高，教師不能在短時間內創造相關課堂環境，但是可以應用虛擬現實技術創設虛擬場景，讓學生在虛擬實驗中經歷與現實操作相同的過程，學會計算機的具體應用方法。如局域網、城域網、廣域網的網絡建設，教師如果依托現實情境組織實驗，需要耗費大量的時間與精力。因此，教師可以獨辟蹊徑，創設虛擬實驗場景。虛擬場景中，學生無須構建真正應用于當前生活的局域網、城域網、廣域網，但是同樣能練習其網絡建設技巧，提高計算機應用技能，形成更加良好的“行動力”。

5.虛擬場景助力模擬考試。如何評估學生計算機應用技能與“行動力”？高校計算機教學中，教師通常選擇“考試法”。而在一些情況下，學校環境不能滿足教師高標準的考試要求。教師應另謀他法，讓考試順利進行，促進學生“篤行”［5］。虛擬現實技術的應用可為此注入動力。教師可以通過虛擬現實技術創設虛擬考試場景，使其助力模擬考試，同時消除學生對計算機專業考試的畏難心理。如網絡安全技能考試，其對學校網絡環境有較高要求，而且在考試過程中存在風險，若直接依托學校網絡展開考試，師生一旦失誤，便可能使學校網絡受到病毒攻擊。教師可以應用虛擬現實技術創設虛擬場景，建立單獨的網絡服務器，并為其設定現實存在的網絡安全背景，組織學生進行網絡安全技能比拼。學生消除虛擬場景病毒、重建防御體系后，考試結束。教師可以評價學生表現，為學生發放虛擬證書，以示鼓勵。學生也能在模擬考試中篤行致遠，達成實踐目標。

（四）根據學生需求應用虛擬現實技術

高校計算機教學中虛擬現實技術的應用以教育現代化為背景。而在教育現代化背景下，各級教學人員愈發關心學生主體地位，構建“生本化”教學模式刻不容緩。高校計算機教學中虛擬現實技術的應用還應以學生需求為切口，突出“生本”特性。經過一段時間的高校計算機虛擬現實技術教學，學生基本能豐富學習收獲，建立長遠的計算機學習目標，從而提出學習與實踐新需求。教師應尊重其需求，然后根據其需求的實現條件，適當應用虛擬現實技術，補充計算機教學。

1.以開闊視野為導向進行虛擬現實技術教學。高校計算機教學的動態前進，使學生逐漸形成開闊的計算機視野，不再滿足于當前學習內容。教師應根據學生需要拓展學習，豐富教學內容，延伸教學空間。對此，虛擬現實技術優勢顯著。教師可以通過虛擬現實技術系統整理課外資源，同時搭建虛擬學習平臺，為學生開放權限，使其能夠隨時、隨地、隨意進行拓展學習。教師還可以直接將虛擬現實技術設計為拓展教學內容［6］。虛擬現實技術是仿真技術、計算機圖形學等多種技術的集合，并且處于動態發展階段，其先進性不言而喻。教師可以在應用虛擬現實技術優化高校計算機教學前提下，將虛擬現實技術視為高校計算機教學重要的拓展內容，從虛擬現實技術起源著手，指導學生全面了解虛擬現實技術的發展歷史、基本特征、關鍵技術、應用現狀、發展障礙等。教師還可以鼓勵學生基于信息時代背景，設想我國虛擬現實技術未來發展趨勢。經過此拓展學習過程，學生開闊視野，在更高站位上把握計算機、信息技術、虛擬現實技術內在關聯，反作用于高校計算機教學。

2.以創新發展為導向進行虛擬現實技術教學。開闊視野后，學生認識到計算機與虛擬現實技術在信息時代的廣泛應用，自然而然地形成創新熱情，意圖發揮自身能力創新計算機技術，加快我國社會信息化腳步，讓虛擬現實技術取得更長遠的發展。這要求教師在高校計算機教學中，應用虛擬現實技術落實創新教學。教師應根據學生喜好找準創新切入點，培養學生創新能力。教師可以基于當前計算機領域熱門研究話題，為學生設計創新實踐任務，讓學生從中選擇感興趣的內容，整合虛擬現實技術等資源，加入話題研究。學生在校完成相關創新成果后，教師還可以鼓勵學生參與大學生計算機大賽等活動，持續促進學生創新，發散其計算機思維。學生可以根據個人喜好選擇具體的參賽內容，并對參賽作品進程創新設計，積累創新經驗，實現厚積薄發。

四、結語

高校計算機教學在信息時代舉足輕重，而在當前高校計算機教學中，虛擬現實技術的應用如日中天。虛擬現實技術為高校計算機教學改革增強生命力，教師應正確認識虛擬現實技術在高校計算機教學中的應用優勢，在搭建虛擬教室基礎上，根據教學內容、教學流程、學生需求應用虛擬技術，提升高校計算機教學整體水平，同時讓學生順應信息時代，為日后的信息化社會參與和建設儲備經驗。