虚拟现实教学技术

虚拟现实教学技术（通用12篇）

虚拟现实教学技术 篇1

现在经常能通过各种媒体听到虚拟现实这一名词。虚拟现实的应用范围非常广泛并己延伸到教育领域，一场包括教学内容，教学结构，教学模式及整个教学过程在内的巨变正在悄然发生。虚拟教学就是传统教学适应信息技术和现代人才培养观的一种新型教学，是人类进入虚拟空间进行受教育的一种教学形式。

一、虚拟现实技术简介

虚拟现实（Virtual Reality），简称VR，是系统仿真中新兴技术之一，实际上是一种可创建和体验虚拟世界的计算机系统。它是以仿真的方式给用户创造一个实时反映实体对象变化与相互作用的三维虚拟世界，使用户可直接参与并探索仿真对象在所处环境中的作用与变化，产生沉浸感。

二、VR系统的构成

VR系统包括VR环境系统及相关的软硬件。

VR环境系统中最重要的部分是建模。常见的几何建模技术是虚拟地景仿真中最为重要的研究领域之一。此外基于图像的建模技术近来发展迅速，它采用一组采样图像来建立VR环境的模型，从而使VR技术能在个人计算机上得到应用与推广。

VR系统的硬件部分主要包括计算机系统、计算机网络、立体显示等设备。VR系统的软件部分包括各种数据库和软件支撑环境。数据库中应包括地形地貌、地理信息、图像纹理、背景干扰及通用模型等信息，专用的VR系统中还应包含其它特定的内容。

软件支撑环境包括建立起VR系统的开发工具软件并在输入输出传感器等硬件支撑下，建立起人机交互图形的界面。例如常用的Vizard虚拟现实工具可以用来制作你需要的任何东西，比起其他的软件更容易上手，它为不具备编程经验的人提供了制作3D交互内容的机会。Vizard提取了常用3D图形领域的简单的脚本语言Python的强大的功能，可以让你快速的地制作你需要的内容。Vizard支持VRML和一些其他的3D格式，因此宜于使用大量的3D数据库。

与传统的信息系统相比，VR系统属于一种新型多维化人机和谐的信息系统。在此种VR系统内，人们感受到的最突出的特点是其沉浸性、交互性和构想性。为实现这种新型的信息处理系统，满足人们对沉浸性、交互性和构想性日趋增高的需求，在众多技术难题中至少应重点提高3项关键技术的水平。

（一）提高"身临其境"的沉浸感

（二）开发高性能的传感器

（三）研制高性能的计算机

三、VR技术应用

（一）仿真和虚拟实验

美国波音公司曾以实弹试验为例，对系统仿真作了一次效能分析：在同等的条件下，如果用3000发实弹试验，需2年的时间，耗资1亿多美元；而做同样次数的仿真试验，只需3周时间，耗资10万美元，即可达到同样的效果。另外，在航空装备研制中使用仿真技术，其成效也十分明显。

虚拟实验可避免真实实验或操作所带来的各种危险。虚拟实验与真实环境中的实验相比，有以下几个方面的特点：

1、实验设备的虚拟性。

在虚拟实验中操作的设备虽然能看到、感觉到，但它们事实上并不存在，而是由计算机所模拟的设备，依赖的是对实物的模拟，是虚拟的。实验设备的虚拟性在很大程度上能减少实验设备与空间，节约资金，改善实验条件。

2、实验环节的多目标、多层次性。

只有当虚拟实验环境能针对具体的实验者提出有针对性的实验要求、并能满足不同层次实验者的需要时，虚拟实验的生命力才能得以充分地体现，才更具吸引力。虚拟实验环节的多目标、多层次性有助于学生把科学的理性与逻辑、想象力与创造性相结合起来，有效地发挥自身的能动性，借助于实验更好地理解知识，为探索未知领域做准备。

3、实验过程的灵活性。

主要表现为：在虚拟实验的过程中，学生能方便地改变事物的条件以观察所发生的变化，有利于学生获得丰富的感性认识，便于学生根据自己的假设分析实验数据。实验过程的灵活性使得学生能从实验过程中学习，不仅知道实验的结果，而且能体验知识的发现过程，激发学生进一步提出问题与寻求解决问题的兴趣。另外，在虚拟实验中，评价的侧重点不仅仅是实验数据的处理和实验结果，更重要的则是学生是否发展了相关领域的概念、解决问题的基本技能以及从虚拟向真实情境迁移的能力。

虚拟实验的出现有助于培养学生的学习兴趣，拓宽学生的知识面，有效地支持理论学习。在虚拟实验中如果学生能把虚拟环境与真实的相比较、在合作的基础上进行探究等，必将产生很大的教育价值。

例如：南通航运职业技术学院根据船舶驾驶专业的特点，总结出了实践教学的三段式教学模式：第一阶段进行单项训练，把实践性教学目标要求分成若干项，对每一项都落实可操作的环节；第二阶段进行虚拟现实的综合性模拟训练，利用现代高新技术，在虚拟环境中进行技能训练（例如，借助NT-PRO3000型大型操船模拟器，学生通过操纵杆、开关、按钮、键盘、鼠标、触摸屏等界面装置输入，接受系统提供的各种感官信息，经过判断和决策对系统进行操纵和控制）；第三阶段进行实际岗位的综合性训练。

虽然虚拟仪器、虚拟实验具有传统仪器、传统实验无法比拟的优势，但是，也存在一些不足，如虚拟环境一个理想化的环境，它没有考虑分布参数的影响及抗干扰问题。此外，虚拟实验还必须与实物实验、制作及调试相结合，通过优势互补，才能够达到更好的实验教学效果。

（二）虚拟教学

为能满足学习者不受时空限制进行终生学习，以网络技术、虚拟现实技术为它的技术支撑的虚拟教师，虚拟实验室，虚拟研讨等教学活动应运而生了。这种虚拟教学与传统的定时定点教学相比拓宽大量无限的空间。

虚拟教师可指导和帮助学习者获得所需要的学习资源，防止出现"信息过载"和"资源迷向"。根据网络教学资源回答学生有关的问题，对教学课件，教学方案，教学计划进行补充、修订、整理，进行因材施教。

学生的概念得到了广泛的拓展，不同年龄阶段，不同身份，不同区域的人可以走进同一堂课进行讨论、学习。学生的虚拟化使教学面对的对象复杂化，同时对虚拟教学的因材施教提出了更高的挑战。

另外虚拟教学中的教学资源不是一本书，一个道具，一盘磁带等实物资源，而是信息资源，比如一段文本内容，一次虚拟实验，一个多媒体课件等，它是有形与无形，有限与无限的结合。

运用VR技术可使虚拟教学环境变得更加逼真，更重要的是VR技术结合具体学科，促进学生主动探索能力的培养。最普遍的运用就是虚拟实验，如纽约达顿中学六年级学生上历史课，孩子们被带进了一个虚拟的考古环境中。逼真的场景，甚至挖土时都能听到铁锹声，使孩子完全进入角色，难怪一个12岁的孩子会说："计算机上的遗址就像属于我们自己的一样，如果挖出了一个新文物，我们觉得就好像我们在这个世界上第一个发现它。"

虚拟教学的发展潜力是巨大的，显而易见的就是教学费用的降低，学习者学习主动权的提高，涉及教学过程的所有人员之间的联系的增强，自定学习进度及终身学习。虚拟教学不仅仅是告诉学生知识的结果，更重要的是让学生去体验发现知识的过程。同时现今知识和技术更新迅速，人们只有不断的学习才能使自己保持竞争能力。显然，传统的、单一的课堂教学己远远不能满足这一社会化的要求，不能满足不同年龄、不同种族、具有不同文化背景学生的需要。

但是虚拟教学也有其局限性，课堂传授教学通过面对面的交流，增进了师生的情感，减少了人与人之间的误解。同时班级授课制有利于培养学生的集体主义精神，在学生之间容易形成互相帮助，互相竞争的关系。

在未来的教学中，虚拟教学与传统教学将并驾齐驱，并进一步趋于融合。虚拟化的程度如何都必须依据现实条件而定，其中包括VR技术的成熟，网络技术的完善，网上课件的优化及参与者的具体情况。虚拟教学将运用新的技术不断克服其局限性，最大限度的展现传统教学的优势，达到与传统教学的良好兼容。

四、结束语

VR是信息科学领域中的新兴技术，它具有广泛深入研究的内涵和宽阔的应用前景。目前，尽管虚拟现实系统的硬件设备还比较昂贵，虚拟现实技术尚未能普及。但是，随着虚拟现实技术的不断发展和完善，以及硬件设备价格的不断降低，我们相信，虚拟现实技术作为一个新型的教学媒体，以其自身强大的优势和潜力，将会逐渐受到教育工作者的重视和青睐，最终在教育领域广泛应用并发挥其重要作用。

参考文献

[1].林京彤虚拟现实技术漫谈http://www.images.com.cn

[2].郭建才虚拟现实技术及其在远程教学中的应用中国高职高专教育网

[3].虚拟现实技术在教育领域的应用电脑学习网 (http://www.why100000.com)

[4].http://www.86vr.com/index.html

虚拟现实教学技术 篇2

一、引言

虚拟现实技术是本世纪末迅速兴起的一门高科技应用技术。该技术使计算机三维图形生成技术、智能数字图像处理、人机接口技术以及多传感交互技术等高科技技术融会贯通，让体验者通过传感辅助设施得到交互式的浏览、考察和操纵系统预设的虚拟世界。因为计算机和网络技术不断取得成就，虚拟现实技术广泛的应用在各个领域，对人们的生活和生产起到了更加重要的作用。虚拟现实技术有感知性、交互性、沉浸性和构想性的特点，能够通过视听、触觉的传感及反映装置带给使用者更多的感受，使其沉浸在虚拟的环境中，带给使用者身临其境的感受。使用虚拟现实技术可以帮助使用者逐步的接受知识，使其掌握更多的知识，帮助使用者构建新的观念，掌握一种全新的学习过程。

二、虚拟现实技术与酒店管理教学的契合度

第一，虚拟现实技术在酒店管理教学中的应用可以使教学过程得到优化，使教学模式得到创新。首先虚拟现实技术的存在有助于构建虚拟现实酒店场景，因为虚拟现实技术的应用结束了以往的通过图片和视频这样二维平面展示的方式，能够促进学习者通过虚拟酒店进行漫游，这样可以使学习者自由的对酒店环境进行欣赏，能够使学习者多角度多维度的对酒店的各个功能区进行浏览，学习者可以根据自己的需要来自由改变视角，如此达到身临其境的感觉。

第二，有助于改革传统的教学方法，职业教育的主要教学目的就是要培养生产、建设、管理服务第一线技术应用性人才，使教育更加贴合行业和产业的氛围，能够给予学生一种实际的行业和产业情景。而虚拟现实技术的融入可以给予学生具有针对性的工作场景，能够使学生更具感情色彩的融入到真实的工作境况中。如此能够打破时间和空间的限制，能够刺激学生的好奇心，使其对教学充满热爱，进而帮助学生们更好的进行学习。

第三，虚拟现实技术有助于创新人才培养模式。如今酒店管理专业通过校企合作的方式对人才进行交叉式的培养，但是这样的合作只是通过一些简单的参观和短期见习来实现，如此不利于学生更加深刻的认识酒店管理工作。而虚拟现实技术可以使学生们了解和认识到星级酒店的实际场景，同时还可以利用远程教学来打破空间的限制，这样酒店中的高级领导就会通过远程教学来对学生们进行教育，如此使学生们的专业性变得更加扎实可靠。

三、酒店管理教学中虚拟现实技术的实际应用领域

酒店管理教学中对虚拟现实技术应用还不够成熟，在这个方面酒店管理专业的学校并没有取得多大的成绩。追其原因就是因为虚拟现实技术的发展初期具有更大的技术难度，而且需要投入更多的成本。我们可以根据参与虚拟现实的程度和不同形式将虚拟现实技术分为四种类型。而桌面虚拟和分布式的虚拟现实技术具有更广的应用范围和更大的推广价值。其中桌面虚拟现实技术简单，而且投入也不高。分布式虚拟现实技术更为广泛的应用于教育领域。虚拟现实技术通过下面几个方面来展现出其在酒店管理教学中的应用。

第一，利用虚拟现实技术开发教学课件。软件设计师和酒店方共同合作，使交互技术更好的运用在交互场景的设计上。通过软件对各类型的酒店建筑进行设计，并且详细的`把控内在格局的三维模型设计，其次就是将文字、声音、图片、动画等媒体表现形式进行交互合成，进而产生真实的情景。之后对虚拟酒店漫游系统进行建立，设置具有三维演示空间的教学课件。于是在授课的时候，学生便可以利用漫游系统在各个角度对酒店进行了解和熟悉，如此来使学生们对虚拟现实技术产生兴趣，最终更好的帮助学生完成教学目标。

第二，要利用虚拟现实技术构建模拟实训系统。技术技能型人才培养的平台是通过职业院校的实训基地。而酒店管理专业的学生因为专业的影响，这样对客服务生产和消费的同时性产生限制，如此便成为了经营的特点，而酒店专业的学生不能随时参观酒店，不能切实的了解到现实的场景，也不能亲自进入到酒店的实际经营管理中。虚拟现实技术可以构建一个系统，使学生能够进入到模拟的宏观和微观环境中，帮助学生们更好的去认识和了解酒店的管理。这样学生就会根据餐饮管理知识来合理的安排餐位，还可以根据前厅管理知识合理安排住房，如此构建一种内在的知识结构体系，使学生们能够更加深入的学习，提升自己的能力，使自己具备强大的岗位操作技能。

第三，利用虚拟现实技术开展远程教学。以前的远程教学往往因为技术的原因锁定在教学视频上，这样师生之间就没有进行更好的沟通和交流，老师不能准确的掌握学生的理解情况。而分布式虚拟现实技术可以借助网络通讯技术来构建一个虚拟真实的教学课堂，最终使学生们可以借助网络参与教师的讲解，而且学生们也可以在课堂上发表言论。教师能够得到学生们的实时状态，监控学生们的学习情况，运用这种教学方式可以提升学生们的学习效率，实现更加理想化的教学现状。

四、结束语

综上所述，如今有多个领域受到了虚拟现实技术的影响，比如说教育、管理、生活等领域，伴随着虚拟现实技术的融入，高科技也在飞速的迈动着自己的步伐，它被更好的运用在教育领域。虚拟现实技术在酒店管理教学中应用可以使教学过程得到优化，使教学方法得到革新，使人才培养模式得到创新，因为和传统教学方法的完美结合，最终帮助酒店管理教学更快更好的达成目标，进而使教学的质量得到更好地提升。

参考文献：

[1]姚永聪.虚拟现实技术在高职实践教学中的应用研究[J].职教通讯,(06).

[2]刘敏.虚拟现实技术在教学改革中的应用探索[J].信息技术教学与研究，2015(04).

虚拟现实教学技术 篇3

介绍

虚拟现实是从英文Virtual Reality一词翻译过来的，简称VR技术。Virtual是虚拟的意思，Reality是真实的意思，合并起来就是虚拟现实。这一词是由美国VPL公司创建人拉尼尔（Jaron Lanier）在20世纪80年代提出的，也称灵境技术或人工环境，国内也有人译为“灵境”或“幻真”。虚拟现实技术综合了计算机图形技术、计算机仿真技术、传感器技术、显示技术等多种科学技术，它在多维信息空间上创建一个虚拟信息环境，能使用户具有身历其境的沉侵感，具有与环境完善的交互作用能力，并有助于启发构思。随着虚拟现实技术的发展，做为一种新的管理方法和技术，虚拟系统在项目管理进程中正发挥着越来越重要的作用。首先，由于硬件设备投入非常昂贵，虚拟系统通常被用于那些在现实生活中比较危险的教学活动诸如军事、医疗、工程等等。随着技术的更新和发展，在基础教学中，越来越多人使用虚拟现实技术来讲授科学、物理、艺术等等学科。

虛拟现实技术长期以来被用于教育和培训工作。Hratman进一步的使用虚拟现实环境来检测学生的空间认知能力。Park et al发现虚拟现实技术制作的地图能够进一步提高学生的空间想象能力。美国芝加哥大学的电子可视化实验室和交互计算环境实验室设计出了一个名为“美妙（NICE）”的儿童教育作品，它是“叙述性、身历其境感、合作互动环境”的简称，其宗旨是“让我们在虚拟世界里一起学习和成长”。因此，我们非常有必要开发一个教育系统，它能够帮助教师减少教学压力。同时这个教学系统还能够提高学生的学习积极性，激发学生的学习动力，给学生提供一种直观的交互学习环境，进而能很好的完成我们的最终教育目标。

研究目的

在传统的素描教学中，有很多相互影响的因素。教师通常需要去发现并纠正学生的种

种问题，这会增加教师的工作量。同时因为学生经常被动的接收建议，这也会降低他们主动发现问题的能力。为了有效的解决上述问题，我们研究应用3D虚拟现实技术开发了此款交互式素描学习系统。

在本次研究中，我们希望通过开发素描学习系统最终达到下列研究目标：

（1）通过应用素描学习系统的实时交互技术，有效减少教师的教学压力，也能够在一定程度上弥补中学美术教师短缺的问题。

（2）通过展现素描学习系统的趣味性和交互教育功能，能够有效的吸引学生的注意力，提高学生的学习积极性。

（3）素描学习系统的在线学习功能能打破时间和空间的限制，同时虚拟现实技术在空间、阴影、材质表现等方法具有很大的优势，这些都能有效弥补传统媒体在互动交流方面的不足。

系统构建

本系统由以下三部分组成：

1.第一部分：模型

根据课程目标和课程内容的需求，为了训练学生基础的素描造型能力，我们通常将各种各样的物体细分成一个个基本的单元。这些虚拟模型通常由平面和曲面构成。例如圆锥体、球体、圆柱体是由曲面构成的三维物体，而正方体、四棱锥、六棱柱是由平面构成的三维物体。众所周知，这两类物体是最基本的几何体。使用几何体的目的在于将复杂的物体分解成简单基本单元，比如人头就可以看做是由球体、圆柱体、长方体等基本单元构成的复杂对象。

学生依靠所学到的经验，将真实生活的物体分解成简单的几何体并进行重构。这种训练可以增强学生在素描绘画中的观察和分析能力。

2.第二部分：构建虚拟现实交互操作环境

为了顺应在线学习的新趋势，我们可以将素描学习系统开发成网络学习平台，学生可以通过因特网或局域网进行在线学习，它可以弥补传统学习方法在时间和空间方面的不足。我们希望通过消除学生在自然观察过程中所遇到的各种相互干扰的因素，同时给学生提供互动的学习环境，以此提高学生的学习积极性。

我们所开发的系统属于桌面虚拟现实系统，这套人机交互系统的硬件设备是屏幕、鼠标、键盘。在软件方面，虚拟现实技术能特供特殊的空间概念，实时三维图片的灯光/阴影计算功能、纹理贴图计算功能能够为素描教学提供一种非常真实的交互学习环境。

3.第三部分：纸质练习

我们的研究采用探究式的学习策略：研究者通过纸上练习获得种种经验，同时他们按照每次课程的主题练习纸上绘画的技巧，最终研究者慢慢获得了更好的素描绘画能力。

学习功能

虚拟现实产品是向人们，尤其是青少年提供生动的课堂和娱乐手段的好途径，它具有三维声像效果，能进行交互操作。虚拟现实技术通常需要用到种种元素来构成三维空间体系，比如：光源、视角、几何形体、动物、材质、贴图等等。尽管它只是一个虚拟现实场景，但是我们需要创建家具、墙上的画、桌布、以及其他各种物体才能构成一个真实的素描教室。

结语

虚拟现实素描学习系统对于素描课程的教学有着积极的影响。虚拟现实教学学习活动，通过将虚拟现实技术的独特性和教学方法有机融合，增强了素描教学的可操作性和趣味性。这是一种新的视觉艺术课程教学方法，本次研究的研究成果将对我们进一步的研究提供指导作用。

（作者单位：湖南信息学院人文艺术学院）

作者简介：周增辉（1982-），男，讲师，硕士，研究方向：动画。

基于虚拟现实技术的机械制图教学 篇4

随着新技术的迅猛发展, 为培养适应新形势的高级技能型人才, 许多高等院校各学科的教学改革在如火如荼地进行着。《机械制图》课程是高等院校理工科学生必修的一门实践性较强的专业基础课, 如何优化《机械制图》课程的教与学, 是值得研究的重要课题[1]。近年来, 始于军事和航空航天领域的虚拟现实技术, 已大步走进工业、建筑设计、教育培训、文化娱乐等方面, 并且在许多领域中表现出了强劲的势头, 越来越被各界所重视, 具有广阔的应用前景[2]。本文将虚拟现实技术运用于机械制图教学中, 这是教育领域应用信息技术的一种创新。

1. 虚拟现实技术简介。

虚拟现实技术也称灵境技术或人工环境, 是一种以沉浸性、交互性和想象性为基本特征的, 可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统。它综合利用实时三维计算机图形技术、广角立体显示技术、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术等一系列先进技术, 模拟人的视觉、听觉、触觉等感觉器官功能, 使用者戴上特殊的头盔、数据手套等传感设备或利用键盘、鼠标等输入设备, 便可以进入虚拟空间, 成为虚拟环境的一员, 进行实时交互, 可以及时地、没有限制地观察三维空间内的事物, 获得对虚拟事物的感性和理性认识, 让使用者如同身临其境一般, 从而深化概念和构建新的构思和创意, 创建了一种以人为中心的多维信息空间[3]。

2. 虚拟现实技术的特点。

虚拟现实技术以其基本的“3I”特征, 特别是以人为中心的人机交互特征在国内外的各领域得到了广泛应用。“3I”即沉浸 (Immersion) 、交互 (Interaction) 和想象 (Imagination) , 这三个“I”反映了虚拟现实系统的关键特性, 就是系统与人的充分交互, 它强调人在虚拟现实环境中的主导作用[4]。

“沉浸性”使用户全身心地投入到计算机创建的三维虚拟环境中, 一切看上去是真的, 听上去是真的, 动起来是真的, 甚至闻起来、尝起来等一切感觉都是真的, 如同在现实世界中的感觉一样。“交互性”是指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度 (包括实时性) 。例如, 用户可以用手去直接抓取模拟环境中虚拟的物体, 这时手有握着东西的感觉, 并可以感觉物体的重量, 视野中被抓的物体也能立刻随着手的移动而移动。“想象性”强调虚拟现实技术应具有广阔的可想象空间, 可拓宽人类的认知范围, 不仅可再现真实存在的环境, 也可以随意构想客观不存在的甚至是不可能发生的环境。

3. 虚拟现实制作常用软件。

虚拟现实制作常用的软件包有3DMax、Virtools、Quest3D、Open GL等[4]。“3DMax”是集造型、渲染和制作动画于一身的三维制作软件。通过3Dmax软件能够制作出真实的立体场景与动画, 是在个人PC机上最优秀的三维动画制作软件, 受到了全世界无数三维动画制作爱好者的热情赞誉。“Virtools”是功能非常强大的游戏和虚拟现实开发工具, 是一套整合软件, 可以将现有常用的档案格式整合在一起, 如3D的模型、2D图形或是音效等。“Quest3D”是一个容易且有效的实时3D建构工具, 能在实时编辑环境中与对象互动, 轻松实现虚拟现实的效果。“Open GL”是个专业的图形程序接口, 是一个功能强大、调用方便的底层图形库, 主要是用来读入标准3D模型, 然后处理漫游等动画效果的。

4. 虚拟现实技术常用硬件配备。

完备的虚拟现实系统需要配备许多硬件设备:如数据手套、数据衣、立体眼镜、传感器、头盔显示器、BOOM显示器和声学硬件等[4]。

数据手套是最常见的输入装置。人机交互时, 可以看到虚拟手随着真手在虚拟环境中活动, 可进行物体的抓取、移动、装配、操纵和控制等。数据衣是一种穿在用户身上, 把他的整个身体中各个部位运动的数据输入到计算机的装置。立体眼镜以其简单的结构、轻巧的外形和便宜的价格成为目前最为流行和经济适用的虚拟现实观察设备。

二、虚拟现实技术应用于机械制图教学

由于学生缺乏空间想象力, 在校接触零部件的机会不多, 无专业工作经验, 当他们在书本或课件中见到一些机器和零件的二维视图时, 无法勾勒出物体的正确轮廓, 感到学习枯燥没吸引力, 因此, 在机械制图教学中, 首先要解决的是学生的感性认知问题。对此, 我们可以在机械制图教学中引入虚拟现实技术。利用虚拟现实技术对机械制图中一些典型机构进行模型的创建, 并采用虚拟仿真和动态演示的方式, 学生可清楚认识机械零件的结构, 机构运动规律及其工作原理, 更容易理解机械零件的二维设计图, 这样就大大提高了学生的接受水平, 激发了学生学习的热情和主动性, 为后续课程的学习打下了基础。

当学生戴上数据手套和头盔显示器等设备时, 可以对虚拟环境中的模型进行移动、翻转等动作, 如同手中拿着真实的物体从不同的角度充分地观察, 使学生完全沉浸在虚拟环境中, 从而在脑海中准确地建立各模型的空间概念。这样就把学生感到头疼难以理解的内容形象、生动、直观地展现在他们眼中, 从而解决了由于抽象思维能力不强引起的感性认知不足的问题, 帮助学生迅速掌握所学内容。

1. 虚拟现实技术在组合体读图中的应用。

在机械制图组合体的教学中, 已知两个视图求作第三个视图是教学中的重点和难点, 它考查了学生的空间想象力和作图技巧。通常对于一些叠加、挖切多处的形体, 且图形中线条的交叉重叠而且虚线较多, 求作第三个视图时, 学生作图速度会很慢, 甚至无从下手或完全想象不出形体的形状。利用虚拟现实技术对组合体进行实体模型仿真, 学生可以将虚拟实体和二维视图进行反复对照, 培养学生将各个视图联系起来的读图能力和分析能力, 使学生对图中的线框和图线的含义有直观的印象, 提高学生对组合体的综合分析能力。

表达零件内部结构常常采用剖视图, 但在讲解剖视图时, 如果形体结构复杂, 学生则很难想象出零件的内部形状, 甚至弄不清剖视图的形成过程、剖切平面的剖切位置, 不知道哪些部分被剖切平面剖切, 图中哪些地方要画剖面线。为此, 我们用虚拟现实技术制作零件模型, 利用“剖切”功能, 通过设置好的剖切位置和剖切平面, 对零件进行全剖、半剖或者局部剖。学生戴上立体眼镜和数据手套后, 可以对剖开的两部分模型进行分合、旋转等动作, 更直观地观察剖切体。这样, 就可以清楚地看到零件的内部结构, 进而可以清楚地分辨出在视图中各线条所代表的意思。这对教师讲课和学生学习剖视图有很大的帮助, 不用费很多课时就能很好地完成教学任务, 达到事半功倍的效果。

2. 虚拟现实技术在零件结构方面的认知。

机械制图的教学通常是针对大一学生来开设的。大一的学生对机械零件的接触很少, 对于零件结构, 尤其是零件的工艺结构知之甚少, 很多工艺结构学生不认识、不理解。例如倒角、倒圆、铸造圆角、拔模斜度、键槽、砂轮越程槽等, 学生光看二维工程图或者三维模型图很难理解并记住这些画法, 如果采用虚拟现实技术将这些结构直观地展现在学生眼前, 并让他们带上立体眼镜和数据手套触摸这些结构, 必然会加深对这些结构的认识和理解。

除此之外, 对于各种标准件、常用件以及轴套类、轮盘盖类、叉架类、箱体类零件, 学生难以把实际中的物体与之对应上, 会出现张冠李戴的现象。利用虚拟现实技术创建一些标准件、常用件和各类零件的模型库, 在教学中, 当讲到什么零件时就从库里调出该零件, 让学生直接观察该零件的结构, 分门别类地记忆, 这样既节约经济, 可以省去了购置大量实体模型的费用, 又可以让他们印象深刻, 掌握得更扎实, 从而加强学生绘制并阅读零件图的能力。

3. 虚拟现实技术在装配结构方面的认知。

对于装配图部分的教学, 不仅教师觉得比较难教, 而且学生也普遍觉得难以掌握。学生对于装配体的结构、工作原理、零件间的装配连接关系等都缺少感性的认识, 无论是阅读还是绘制装配图, 学生都感到非常吃力。为此, 可以利用虚拟现实技术构建虚拟装配系统, 将机构中的各零件装配在一起形成装配体, 并对装配体进行模拟装配和动画演示。在装配过程中不仅可以验证设计和装配的可行性和工艺性, 还能定出最优的装配工艺与路径, 还可以利用虚拟现实技术的硬件装备, 让学生自行完成虚拟装配。这样, 学生就可以轻松地掌握装配体各零件间的装配关系和装配体的工作原理以及运作过程等, 提高了学生阅读并绘制装配图的能力, 并且为后续机械原理和《机械设计》课程打下基础。

三、结语

虚拟现实技术在《机械制图》课程的教学中, 其直观、形象、生动的模式易于教师的教授和学生的学习, 有利于学生全方位感知组合体的内外部结构、零件的工艺结构和装配结构等, 使抽象的投影关系与直观的视觉印象能相互转换, 有助于提高学生阅读和绘制二维工程图的能力, 同时培养了学生现代设计的意识和创新思维, 适应当前卓越工程师教育的培养方针, 随着虚拟技术的发展, 将在机械制图教学中发挥更大的作用。

摘要：随着新技术的迅猛发展, 机械制图的教学在不断的革新。本文简介了虚拟现实技术, 并将虚拟现实技术运用于机械制图的课堂教学中。采用虚拟现实技术进行机械制图教学有利于学生感知组合体的内外部结构、零件的工艺结构和装配结构等, 有助于提高学生阅读和绘制二维工程图的能力。

关键词：虚拟现实技术,机械制图教学,组合体内外部结构,零件的工艺结构,装配结构

参考文献

[1]陈敏, 王国勇, 伍胜男.虚拟现实技术在机械创新实验教学中的应用[J].中国教育技术装备, 2011, (21) :114-116.

[2]朱凤艳, 赵维信.运用Solidworks软件, 建立机械制图虚拟模型库[J].科技资讯, 2009, (10) :53.

[3]李洁, 陈林.虚拟技术在机械制图教学中的应用研究[J].职业教育研究, 2012, (2) :12-14.

虚拟现实教学技术 篇5

（武警石家庄士官学校 河北 石家庄 050061）

【摘 要】虚拟现实技术可以广泛应用在教学活动中，并且可以带来切实可观的效果。以虚拟现实技术为发展趋势的信息技术日新月异，当它被应用到教育领域时，能够提供逼真的实验环境和事件场景，内容组织安排特别强调学生主动参与来构建知识结构，使学生由“被动听讲”转变为“主动学习”。文章旨在分析探索以虚拟现实技术为基础、以交互式为导向的数字教学模式。

【关键词】数字教学；虚拟现实技术；交互式；教学模式

虚拟现实技术具有超越现实的虚拟性。它是伴随多媒体技术发展起来的计算机新技术，虚拟现实技术的发展和应用，使人机交互更好地与日常生活经验相契合，为交互式的教学方法提供了技术支持。通过研究人的行为，运用交互式的教学方法，探究以虚拟现实技术为代表的先进技术在未来数字教学模式中的应用。

1.虚拟现实系统的构成 虚拟环境 它由虚拟环境发生器所产生，且可让使用者通过传感器件和作用器件与之交互，这种交互的结果是使用者有全身心进入这一环境的感觉。

传感器件 它将虚拟环境中的物体的形、动作、声音等进行转换，使人能获得视觉、听觉、触觉等多方面的感觉。这些感觉与他以往在实际环境中的感觉一致。

人 虚拟现实实质上是一内含反馈的闭环系统，只有人的存在才能使这一反馈环路有效成立。所以人是VR系统中不可缺少的成分。人通过传感器件感受虚拟环境的存在.又通过作用器件去影响虚拟环境，使其作出相应的变化。

虚拟环境发生器 它能产生使用者所需要的虚拟环境，且能通过作用器件传来的作用信息。了解使用者的位置和动作。并对已产生的虚拟环境作出相应的修改。

虚拟现实所建立的虚拟环境是基于真实数据数学模型组合而成的，技术标准严格遵循项目设备的标准和要求，建立一个逼真的三维场景，对设施进行真实的“再现”，可以使学员在虚拟场景中人机交互，同时可以减少理论或实践知识掌握不周全造成的设备损坏和安全事故，提高了项目任务的学习质量。

2.虚拟现实技术与交互式教学分析（1）人机交互。人机交互的方式可以分为数据交互、图像交互、语音交互和行为交互四类，其中行为交互是当今社会研究的重点，它是指通过身体的姿态和动作来表达意思。计算机通过用户行为能够预测用户想要做什么，并以此来满足用户的需求。现代教学，教的内容趋于多样化，学生的需求也趋于多样化、多层次，每个学生的个体差异也更为突出，怎么针对这些新的特征，利用更好的交互技术，使教与学的内容在数字化的平台上，更好地照顾学生的个性化特征和需要，更好地实现教师个体与学生个体之间以及学生群体之间的相互交流、互动学习就变得尤为重要。

（2）现代教育与数字教学。数字教学是指教师和学习者在数字化的教学环境中，遵循现代教育理论和规律，运用数字化的教学资源，以数字教学模式培养适应新世纪需要的具有创新意识和创新能力的复合型人才的教学活动。随着计算机和互联网技术的日益发展及应用，数字教学模式主要应用于多媒体教学和网络教学领域，并逐渐深入到学习的方方面面。

3.交互式数字教学模式构建 基于虚拟现实技术的交互式数字教学模式，能够通过虚拟现实技术，以文本、图片、影像、声音、数据采集及感应技术、影像及数字感知内容为主要交互媒体，以自然式的交互方式，配合可互动操作的动态信息、仿真模拟、各种感觉与知觉的数字反馈技术，多维度、多媒体、多人互动式地展示IM及时通讯、留言板等多种形式的数字内容，以教学的核心内容为课程组织的基础，构建适应当下以数字信息为主要教学内容的互动式教学模式。基于虚拟现实技术的交互式教学模式的构建主要从以下几个方面入手：

（1）提供多维度的丰富教学资源。有效传播多种媒体的多样化信息，提高学生对于教学内容的注意力。虚拟现实的技术能够为交互式数字教学模式设计立体的教学模式效果，将课堂理论教学、实验室教学、企业基地等实地教学相结合，理论专题研讨、案例教学、技术实践小组协作等多种教学方法交叉，利用虚拟现实技术呈现理论公式。实现教学的开放性、时效性、针对性和实战性，提供多维度的丰富的教学资源。

（2）实现交互式因材施教的个性化教学。参与式教学的交互教学模式能够充分调动学生的积极性，构建虚拟现实的实验学习环境，根据每个学生的个性特点及专长，搭建适合学生的个性化教学实验环节，模拟搭建实验环境，让学生充分展开想象，模拟仿真其实验效果，预演实验结果，有助于提高学生对于课程内容的参与度和认知程度。另外，学生还可根据自身的兴趣点，专项选择适合自己发展特点的学习内容，个性化地定制学习内容。教师可根据每个学生的学习情况，跟踪分析其学习结果，对症安排辅导及进一步深入学习的内容，提高学习效率，增强交互式学习的效力。

（3）建设富有特色的网络教学平台，提供丰富多彩的专题知识和扩展的学习资源。由于当前各学科发展变化都比较大，各学科间相互交叉，学生的知识涉及面也越来越广泛，综合性强，新兴交叉学科与原有学科之间的传承变化都面临着很大的挑战。由于教学的具体内容和对象变化非常迅速，很多问题在课堂上只能点到为止。因此，充分利用虚拟现实的技术，搭建交互式的数字教学平台，可以有效管理丰富多样与不断发展变化的教学资源，为学生提供进一步了解相关知识的课余辅导材料，有效整合、分享国内外各名校的免费教学资源，提供学校各学科教师间、各届学生间以及校企之间的有效沟通平台，形成分享式与定制式结合的学习资源库。

4.总结 随着三网合一以及云计算等信息技术的发展成熟，基于虚拟现实的网络学习资源库也变得更为可行。专题知识由各教师提供最新的相关领域的理论、实践方法等内容，并要随时更新。这些资源库能够有效地传承文化，整合教学资源，为师生及校企、社会提供帮助。总之，基于虚拟现实技术的交互式数字教学模式，必将全面推动教学质量的提升。

参考文献

[1] 《通用分布式虚拟现实软件开发平台的研究》邓志东，于世良。系统仿真学报，2008，20（12）

虚拟现实教学技术 篇6

关键词：虚拟现实技术；VRML；虚拟实验室；计算机基础

【中图分类号】G712

0.引言

随着国家信息化步伐的加快和高校教学改革的深入发展，传统的教学模式已经无法满足学生的创新学习的需要。因此，改革教学模式、培养学生的计算机应用能力，是高校计算机基础课教学的一项重要任务。虚拟现实技术应用于教育是教育技术发展的一个飞跃，虚拟现实技术能形象、生动、逼真地表现教学内容，有效地营造一个发展的教学环境。学生可以通过自身与信息环境的相互作用来得到知识、提高技能。

1.虚拟现实技术

1.1虚拟现实技术概念

虚拟现实（VR-Virtual Reality），是涉及计算机图形学、人机交互技术、传感技术、人工智能等领域的一项综合集成技术，是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统，它利用计算机技术生成一个逼真的、具有视、听、触等多种感知的虚拟环境，用户通过使用各种交互设备，同虚拟环境中的实体相互作用，使之产生身临其境感觉的交互式视景仿真和信息交流，是一种先进的数字化人机接口技术。

1.2虚拟现实系统组成

一个完整的虚拟现实系统由虚拟环境、以高性能计算机为核心的虚拟环境处理器、以头盔显示器为核心的视觉系统、以语音识别、声音合成与声音定位为核心的听觉系统、以方位跟踪器、数据手套和数据衣为主体的身体方位姿态跟踪设备，以及味觉、嗅觉、触觉与力觉反馈系统等功能单元构成。

（1）虚拟境界生成设备

虚拟境界生成设备，即高性能图像生成及处理系统，通常为高性能的图形计算机或虚拟现实工作站。虚拟环境生成设备是整个虚拟现实系统的核心部分，负责整个虚拟现实场景的开发、运算、生成。同时连接和协调整个系统的其它各个子系统的工作和运转，与他们共同组成一个完整的虚拟现实系统。

（2）虚拟现实显示设备

在虚拟现实应用系统中，通常有多种显示系统或设备，比如：大屏幕监视器、头盔显示器、立体显示器和虚拟三维投影显示系统。

（3）拟虚拟现实交互系统

多自由度实时交互是虚拟现实技术最本质的特征和要求之一，也是虚拟现实技术的精髓，离开实时交互，虚拟现实应用将失去其存在的价值和意义，这也是虚拟现实技术与三维动画和多媒体应用的最根本的区别。

（4）虚拟现实集成控制

一个大型的虚拟现实系统包括很多组成部分，这些都需要方便的控制和管理,每个部分又包括很多产品和设备，这些产品设备之间需要相互连接、相互依赖，彼此之间协同工作。然而，这样一个复杂的系统要顺利地运行并能够协同工作，就需要进行管理，集成控制系统便是承担该项工作的载体，有了集成管理控制系统，上述一系列工作通过简单的遥控器就可完成整个操作过程。

1.3虚拟现实建模语言VRML

VRML（Virtual Reality Modeling Language）即虚拟现实建模语言。是一种用于建立真实世界的场景模型或人们虚构的三维世界的场景建模语言。

VRML的对象称为结点，子结点的集合可以构成复杂的景物。结点可以通过实例得到复用，对它们赋以名字，进行定义后，即可建立动态的VR（虚拟世界）。VRML文件是以扩展名.wrl或.wrz等结尾的，是一种用来描述几何形体的简单的ASCII文本文件，VRML的编辑工具可以是任意一种文本编辑器。VRML文件不需要任何编译，直接由浏览器解释执行，可以方便的实现桌面虚拟现实。VRML浏览器一般是作为Web浏览器的插件使用的，因而又称为浏览器插件。当学习者通过Web浏览器请求一个VRML文件时，服务器端接收到请求，并将VRML文件代码传输到客户端，客户端浏览器通过VRML浏览插件对代码进行解释，将VRML语言中的信息解释成空间中目标的几何体描述，如长方体、球体、不规则的其它三维物体等等，同时它将提供实时显示，一秒显示多次，这样在学习者的计算机上就会有一个活动场景的感觉。而学习者只需用简单的2D鼠标，通过切换不同的浏览方式即可遨游于整个虚拟境界，与境界中的物体进行交互。

2.虚拟现实技术在计算机基础教学中的应用

2.1虚拟现实技术在计算机基础课堂教学中的应用

教学效果的提高很大程度上取决于教学观念和教学方法的不断改进。将虚拟现实技术引入计算机基础教学的过程中，可以通过设计VRML课件来表现一些空间立体化的知识，如介绍微型计算机系统的基本组成、计算机组装过程或者讲解网络建设过程时，利用VRML可以将文字、声音、图片、动画等几种媒体表现形式有机地结合，制作出一些三维的、交式的、具有沉浸感的内容，满足学习者从各个角度观察和学习，仿佛身临其境。

2.2虚拟现实技术在计算机基础实验教学中的应用

计算机基础教育的实践性非常强，硬件资源有限，目前门类繁多的硬件实验教学体系课程，特别是实验中心全面开放导致的学生数量猛增，硬件设备无法保证人均占有率，同时，由于设备的长时间运转，也无形中增加了设备的磨损和维修频率，对于实验室的整体教学资源是一种负担。在这样的强势需求下，利用虚拟现实技术搭建虚拟实验教学中心可以减少实验室资金的投入及建设的个数，而且采用仿真软件的方式进行实验教学又可以在很大程度上减少实验过程中的硬件损耗，提高实验室的利用率。

与传统的实验教学相比，虚拟实验操作功能强大，安全性强利用虚拟现实技术进行虚拟实验，更加有助于学生实验能力和实验设计能力的培养。例如它可以虚拟计算机硬件，学生可以像使用普通的计算机一样对它们进行分区、格式化等操作，而所有的这些操作都不会对真实主机进行操作，不影响真实硬盘的数据。

3.结束语

虚拟现实技术能够为学生提供生动、逼真的虚拟学习环境，在广泛的科目领域提供无限的虚拟体验，从而加速和巩固学生学习知识的过程。随着虚拟现实技术的不断发展和完善，以及硬件设备价格的不断降低，我们相信，虚拟现实技术以其自身强大的教学优势和潜力，将在高校计算机基础教育领域广泛应用。

参考文献

[1]岳宝华,于东云,李素梅.高校计算机基础教育改革探讨[J]．科技经济市场，2010,(4)

[2]钟毅.浅析虚拟现实技术在计算机专业教育中的应用[J].江西教育学院学报,2007,(6)

[3]段新昱.虚拟现实基础与VRML编程[M].北京:高等教育出版社,2012

虚拟现实技术与计算机、网络教学 篇7

●虚拟现实技术概述

虚拟现实技术是指利用计算机生成一种模拟环境, 并通过多种专用设备使用户“投入”到该环境中, 实现用户与该环境直接进行自然交互的技术。它是一种高逼真度地模拟人在自然环境中视觉、听觉、动感等行为的人机界面技术。这种模拟给用户提供了一种身临其境的体验, 为用户提供最佳的人机通信方式。

综观众多学者的研究, 一般认为虚拟现实有三个特征: (1) 交互性。指用户对虚拟环境中对象的可操作程度和从虚拟环境中得到反馈的自然程度 (包括实时性) 。主要借助于各种专用设备 (如头盔显示器、数据手套等) 产生, 从而使用户以自然方式如手势、体势、语言等技能, 如同在真实世界中一样操作虚拟环境中的对象。 (2) 沉浸性。又称临场感, 是指用户感到作为主角存在于虚拟环境中的真实程度。 (3) 构想性, 指用户在虚拟世界中根据所获取的多种信息和自身在系统中的行为, 通过逻辑判断、推理和联想等思维过程, 随着系统的运行状态变化而对其未来进展进行想象的能力。对适当的应用对象加上虚拟现实的创意和想象力, 可以大幅度提高生产效率、减轻劳动强度、提高产品开发质量。

这些特征决定了其在教育领域的独特优势。沉浸性虚拟现实技术可以调动学习者。全部感觉器官, 达到身临其境的感觉;交互性使得用户能以接近自然的习惯, 用常规的输入输出设备对虚拟环境中的物体或场景进行操作和得到反馈, 更为高级的交互则是运用头盔数据手套等高级虚拟现实设备进行;构想性则是从定性和定量综合集成的环境中得到感性和理性的认识, 从而产生认识上的飞跃。

●虚拟现实技术在计算机、网络教学中的应用分析

计算机硬件和网络硬件课程要求培养学习者对计算机硬件设备和网络硬件设备的认识、对各部件功能和特征的理解能力以及动手组建计算机设备及网络搭建的实践能力, 从实践、知识、视觉和心理等角度实现技术学习与实践应用的有机融合。而目前计算机硬件和网络知识教育主要是以教师列举单个实物为主线, 以口耳相传的方式辅以多媒体教学软件教学以及有限的学生实践, 来实现计算机网络理论与组网技术的传播。其中多媒体教学软件只是用来展示现有的网络组建模式和已安装完成的计算机实物图片, 或演示设备的使用, 已经无法满足现代教学活动发展的新要求。因此, 如何使学生在计算机硬件、网络硬件组建的课程学习中获得更多的动手机会, 需要通过教学手段的改革来满足学习者对相关技术的学习需要。虚拟现实技术为人们提供了一种理想的教学手段, 目前在国外已被广泛应用在军事教学、体育训练、医学实习和一些学校的实际教学中。虚拟现实技术辅助教学作为一种较好的教学手段同样可以引入到计算机硬件, 网络技术的教学过程中, 利用虚拟现实建模语言VRML构建三维场景, 教学过程中根据教学内容的不同可以随机控制场景的角度、景别;可以随意移动场景内计算机硬件及网络硬件各部件的实物, 使每个学生都有机会亲手组装一台计算机设备, 或把已有的网络部件按照不同的需求组建成不同规模的计算机网络。虚拟现实技术的应用, 使计算机硬件和网络的教学有了更好、更完善的发展机会。

●虚拟现实技术在计算机、网络教学中应用的意义

虚拟现实对教育领域的全方位渗透, 从根本上改变了人们的思维习惯和对传统学习环境的概念, 逐渐走向由虚拟教师、虚拟学习伙伴、虚拟实验、虚拟图书馆、虚拟辅导、虚拟测验等构成的虚拟学习环境。应用虚拟现实中三维实时渲染技术开发的教育软件系统, 能够营造逼真直观的学习环境, 给人以身临其境之感, 让学习者沉浸在虚拟世界里对学习目标进行实时观察、交互、参与、实验漫游等操作, 给予学习者充分的体验和想象空间, 学习者由传统学习环境的观察者转变为参与者, 学习时具有控制权和主动权。另外, 虚拟现实系统多维度呈现信息, 如用图形、图片、动画等方式说明问题, 学习者学习时能够同时调动视觉、听觉等多感官的参与, 对学习者全身心投入到学习过程起到十分重要的促进作用。桌面虚拟的三维学习环境的设计容易实现以学生为中心的教学环境, 调动学生的参与性, 能通过设计灵活多样的交互方式, 采用探索法、发现法等要求学习者主动参与同虚拟对象的互动以完成学习任务, 提高学习者学习的主动性。通过创设有意义的情境, 可以锻炼学生的发散思维, 提高其观察能力和运用知识解决问题的能力;也能够使学习的外在动机和内在动机统一起来, 促进学习者智商和情商的协调发展。

虚拟现实技术及其在教学中的应用 篇8

“欢迎参加故宫游览”, 一声甜美的声音从你耳边传来, 你骑上自行车, 你看到了天安门城楼, 然后你踩着脚踏板, 你就会感到自己骑车来到了午门前的大道上, 飞快地穿过午门, 越过金水桥、越过太和门, 来到太和殿广场。由于你的自行车太快, 一下子破墙而入, 到了太和殿。金銮殿内庄严的殿堂和真实的景像一模一样。这不是科幻电影的片段, 而是一个旅游者真实的经历, 只要你戴上特制的头盔, 骑上不动的白行车, 你就能见证刚刚所说的情景。刚刚经历的就是杭州大学所开发了虚拟故官游玩系统。而这, 正是虚拟现实技术带给人们的感受。

2 什么是虚拟现实

虚拟现实技术 (Virtual Reality, 简称VR) , 是由美国VPL Research Ine.公司的J.Lainer在1989年创造的一个名词, 通常是指用头盔显示器和传感手套等一系列新型交互设备构造出的一种计算机软硬件环境。事实上虚拟现实技术已不仅仅是那些戴着头盔显示器和传感手套的技术, 而且还应包括一切与之相关的具有自然模拟、逼真体验的技术与方法。它要创建一个酷似客观环境又超越客观时空、能沉浸其中又能驾驭其上的和谐人机环境, 也就是一个由多维信息所构成的可操作的空间。它的最重要的目标就是真实的体验和方便自然的人机交互。能够达到或部分达到这样目标的系统统称为虚拟现实系统。

3 虚拟现实的特点及相关技术

从本质上来说, 虚拟现实就是一种先进的计算机用户接口, 它通过给用户同时提供诸如视觉、听觉、触觉等各种直观而又自然的实时感知交互手段, 最大限度地方便用户的操作。虚拟现实具有以下三个基本特征:沉浸 (Immersion) 、交互 (Interaction) 和构想 (Imagination) , 即通常所说的“3I”如图1所示。

(1) 沉浸是指用户借助各类先进的传感器进入虚拟环境之后, 由于他所看到的、听到的、感受到的一切内容非常逼真, 因此, 他相信这一切都“真实”存在, 而且相信自己正处于所感受到的环境中。

(2) 交互是指用户进入虚拟环境后, 不仅可以通过各类先进的传感器获得逼真的感受, 而且可以用自然的方式对虚拟环境中的物体进行操作。

(3) 构想是由虚拟环境的逼真性与实时交互性而使用户产生更丰富的联想, 它是获取沉浸感的一个必要条件。一般来说, 一个完整的虚拟现实系统由虚拟环境、以高性能计算机为核心的虚拟环境处理器、以头盔显示器为核心的视觉系统、以语音识别、声音合成与声音定位为核心的听觉系统、以方位跟踪器、数据手套和数据衣为主体的身体方位姿态跟踪设备, 以及味觉、嗅觉、触觉与力觉反馈系统等功能单元构成。虚拟环境处理器是VR系统的心脏, 完成虚拟世界的产生和处理功能。各种输入设备给VR系统提供来自用户的输入, 并允许用户在虚拟环境中改变自己的位置、视线方向和视野, 也允许改变虚拟环境中虚拟物体的位置和方向。而输出设备是由v R系统把虚拟环境综合产生的各种感官信息输出给用户, 使用户产生一种身临其境的逼真感。虚拟现实是多种技术的综合, 包括实时三维计算机图形等多项技术。

4 虚拟现实技术能做什么

VR技术的应用极为广泛, 目前在工业制造、教育、娱乐、军事等领域发挥重要作用。下面简要介绍其教育方面的应用。

在教育与训练领域VR技术有非常令人鼓舞的应用前景。利用虚拟现实技术, 可以彻底打破空间的限制。大到宇宙天体, 小至原子粒子, 学生都可以进入这些物体的内部进行观察。如虚拟技术可以突破时间的限制, 一些需要几十年甚至上百年才能观察的变化过程, 通过虚拟现实技术, 可以在很短的时间内呈现给学生。生物中的孟德尔遗传定律, 用果蝇做实验往往要几个月的时间, 而虚拟技术在一堂课内就可以实现。数字星球系统 (多媒体球幕投影演示仪) 是目前国内先进的实现三维立体动态展示的教学仪器。它具有实时互动演示及屏中屏功能, 能瞬间将天文、地理等现象和过程展示在学生面前, 具有很强是视觉冲击力, 能充分激发学生的探知欲。

摘要：虚拟现实是一项广泛应用于影视娱乐和科研的技术, 早期硬件设备的昂贵使得其无法应用于实践教学中来, 随着技术的发展, 现在通过软件就能简单的实现虚拟现实, 为教学实践提供了一种新的辅助手段。虚拟现实技术充分利用了高校多媒体教学的优势, 在有限的资源利用下实现了教学资源的合理配置, 解决了多专业教学辅助资源的不足, 不仅能展示实物的状态、质地也能模拟某些特殊条件下如:分子碰撞、化学反应、精密构造等利用一般方法无法实现的甚至危险状态的模拟, 使学生对专业知识有更直观的理解, 加速知识的积累、沉淀和掌握, 大提高教学的质量和效率, 是一种先进的教学辅助手段。

关键词：虚拟现实技术,教学应用,设备

参考文献

[1]张涛.多媒体技术与虚拟现实.清华大学出版社, 2012.2.

[2]贺雪晨, 等编著.虚拟现实技术应用教程.清华大学出版社, 2012.6.

虚拟现实技术在临床教学中的应用 篇9

虚拟现实技术是一种全新的智能互动教学方法,是在计算机模拟技术的基础上发展起来的。虚拟现实技术具有沉浸性、交互性、构想性等特点[1],是推进临床教学的重要方法之一。

目前,国内外很多医学院校对虚拟现实技术应用于医学教育领域展开了广泛的研究和实践,通过构建医学虚拟教学系统改善了传统教学方式和教学手段的不足,取得了较大的成果。由于这是一种省钱、安全、有效的培训方法,除在医学教育领域应用广泛以外,还被推广、应用于疾病诊断、手术模拟、远程医疗等方面。虚拟现实技术在临床医学科研领域的应用也很广泛,在虚拟环境中,它可以建立虚拟的人体模型,借助跟踪器、感觉手套,可以很容易地了解人体内部各器官结构[2]。在医患之间矛盾日益增加的医疗环境中,虚拟教学系统在临床医学教育中体现的无创伤、无事故、无医疗纠纷等优点,优化了日益紧张的医患关系,增加了医学生的实践操作机会,提高了低年资医师的医疗业务水平,虚拟现实技术的出现无疑将对现代临床教学产生了深远的影响。

2 虚拟现实技术

虚拟现实技术主要分为2个部分:(1)硬件部分,由高性能计算机组成虚拟现实工作站;(2)软件开发平台,承担着三维图形场景驱动的建立和应用功能的二次开发等任务,是整个虚拟现实系统的核心部分。虚拟现实技术是一个多技术的综合体,其关键技术主要包括环境建模技术、立体声合成和立体显示技术、触觉反馈技术、交互技术、系统集成技术等。

3 虚拟现实技术在临床教学中的应用

虚拟现实技术在医学教育领域具有重要的作用和影响。我院主要应用于3个教学项目:(1)本科生临床教学项目,培养对象为本科生,针对本科生的教学特点主要为感性体验,使其熟悉和了解虚拟系统操作的整个过程,为临床服务做基本知识准备;(2)研究生临床教学项目,培养对象为研究生,针对研究生的教学特点主要为掌握性教学,要求研究生必须熟练掌握虚拟系统操作的全部过程,培养合格的临床手术执行者;(3)临床住院及专科医师培训项目,培养对象为临床低年资医师,为培养医师的高难度手术技巧作准备。我院已将购置的内窥镜虚拟培训系统、腹腔镜虚拟培训系统、血管介入手术模拟器以及虚拟临床思维培训系统软件等投入到临床医学教育中。

3.1 内窥镜虚拟培训系统

内窥镜虚拟培训系统是唯一的集支气管镜手术和上消化道、下消化道于一体的触觉反馈虚拟训练平台,使用该系统可在节省时间和费用的同时以最快速度提升操作技能、减少操作失误、缩短教学时间。学生在虚拟的诊疗环境中,通过计算机软件与配套电子硬件载体的结合,模拟出集视觉、听觉和触觉为一体的医学虚拟系统,并配合有力的反馈技术,更加逼真地模拟诊疗环境,加深了使用者对操作感觉的体会[3]。

3.1.1 支气管镜手术模块

支气管镜手术模块能够模拟医师进行操作时的力反馈,给操作医师一个真实的手感,呼吸道的正常解剖结构以及病理状态下的肿瘤,息肉都能通过正确的操作显示在电脑屏幕上。我院ICU已经运用支气管镜手术模块,针对低年资医师及护师等20人进行了培训。培训方法:由ICU主任医师,厂家软件工程师及实验室教师作为培训教师,共对20名医护人员进行培训及考核,培训效果非常好,考核通过率达90%。

3.1.2 消化道内镜手术模块

消化道内镜手术模块主要包括食道、胃、十二指肠镜检和内镜下逆行胰胆管造影术及结肠镜检3个部分。食道、胃、十二指肠镜检模块的教学训练包括上消化道内镜检查、细胞学取样活检以及手术并发症处理等,并提供若干解剖结构和病理变化各不相同,难度渐增的手术病例;内镜下逆行胰胆管造影术模块精确再现了造影术真实操作情景、声音和感觉,学员可以看到能随内镜移动做出实时反应的真实3D模型,其触觉反馈技术可让学员充分体会手术真实操作感觉,包括内镜操作的阻力感、组织牵拉感和困难插管手感;结肠镜检可以帮助学员在真实的解剖环境中进行活检及基础的息肉切除术训练。这个模块使学员所学的医学基础知识得到了扩展,学员的手术技巧和手术中对病情的判断能力得到了提高,达到了临床手术要求。

3.1.3 内镜超声模块

内镜超声模块可为学员提供内镜超声引导下微创外科手术检查无风险技能训练,包含丰富的模块、不同难度病例、多个实时监测窗口、各种操作器械和辅助工具。专利力反馈技术、双屏幕液晶监视器和多种操作器械使得学员完全沉浸于高度逼真的训练环境,在短时间内快速实现内镜超声的多项训练目标,收到良好的学习成效。

3.2 腹腔镜虚拟培训系统

腹腔镜操作虚拟培训系统采用了最新的技术,通过使用外科模拟器的基本模块:基本操作技能训练模块、手术操作技能训练模块、普通外科手术训练模块、妇产科手术训练模块、培训管理模块,提供给临床医生和医学生一个反复实践的平台,在微创外科的实践教学中发挥着重要作用。腹腔镜操作虚拟培训系统将真实解剖和生理特点的案例相结合,准确模拟了真实操作中的三维模型,学员通过反复练习,手术技能得到全面提高。我院医学模拟教学中心于2008年底引进了美国依默森公司生产的腹腔镜操作虚拟培训系统。2009年3月至2011年10月,我们已对42批307名学员进行了腹腔镜虚拟训练考核,收到了较好的教学成效,考核通过率达81%。

3.3 血管介入手术模拟器

血管介入手术模拟器可以模拟血管介入治疗中所遇到的各种情况,使受训的学员不但可以学习到各种手术技能,还可以进行完整的手术操作。其模拟成像技术使荧光透视下的人体解剖图像和医疗器械可视化;触觉感知技术令操作模拟导管和血管造影装置的视野和感觉与真实的手术相同。通过模拟训练,学员可以提高介入性经皮血管内手术所需的各种技巧,例如:针对性血管造影、血管成形术、血栓溶剂治疗等。另外,学员还可以学习如何处理各种并发症。目前,我院血管介入手术模拟器已准备投入使用,为提高心血管内科以及介入科的研究生、进修生、低年资医师的手术技能精细度、准确度创造了优越的条件。

3.4 虚拟临床思维培训系统软件

虚拟临床思维培训系统软件可以让学生利用虚拟的工具,对一个拥有真实资料的虚拟患者进行临床诊疗工作,训练学生正确的临床诊疗步骤及观念。该软件的病历及临床诊断资料夹记载虚拟患者初期的评估资料,包括脉搏、呼吸、体温、血压等数据,医疗病历,药物及心理状态。提供虚拟患者各式的检验报告资料及数据。学生可以利用系统所提供的虚拟工具对虚拟患者进行检查。让学生对最后的各种临床诊断结果建立对应的治疗计划。学生完成临床诊断治疗结果之后还可显示虚拟患者的病情进展状况。目前我院本科生105人已经分批完成了多项病例的实践,对以后进入临床接触真实患者打下了一个坚实的基础。

4 虚拟教学系统在临床教学中应用的必要性

随着医患矛盾的日益加深及实习医师的逐年增多,在患者身上实践的模式已经不能适应现有的医疗环境,虚拟教学系统应运而生。启用虚拟教学系统,对住院医师的基础知识、临床操作技能、医学论文实践均能有效提高。合格的临床医师都是经过多年的实践操作和经验积累,才能出色完成各种临床技能操作。在患者身上进行实践操作的旧教学模式,具有不可重复、风险大、纠纷多的缺点,以虚拟教学系统为主的新教学模式具有可重复性、零风险、多人操作性等优点,在临床教学中起着不可或缺的作用。从以人为本的角度出发,虚拟教学系统不会对患者造成伤害,减少和避免了医疗纠纷和事故的发生,改善了目前日益紧张的医患关系,也增加了医学生及低年资医师的实践操作机会,提高了医疗业务水平。

5 结语

虚拟现实技术的培训系统作为一种新的教学方法在我院已推广应用于医学教育,为医学生在校早期接触临床,研究生及住院医师的临床操作技能训练提供了良好的条件,激发了他们的学习热情和潜力,使他们能够运用临床理论知识较快地掌握临床诊疗实践规律。近几年,虚拟现实技术在医学教育中的运用得到了广泛的关注,特别是西方各国的医学院校,相继建立了临床技能中心,使用各种虚拟设备对学生、专业人员进行培训[4]。我院于2005年也成立了医学模拟教学中心,通过6 a的摸索及努力,建设成了一个比较完善的实践技能教学中心,在实践教学中获得了一定的优秀成果。目前,虚拟现实技术在我院临床医学教学方面的应用虽然已经取得了较大的进步,但仍存在着一些不足之处,技术上还有很多问题亟待解决,例如,视觉图像质量、手感真实性、空间声学及非语音听觉方面的改善,虚拟现实内建模的软件工具的开发,多用户虚拟现实的支撑软件的研制等。当然,随着虚拟技术的发展以及国内外对虚拟技术运用于临床教学的日益重视,这些问题一定会得到解决,相信虚拟现实技术在医学教育上的应用定会培育出新一代卓越的医学人才。

摘要：介绍了虚拟现实技术的应用现状及发展趋势,阐述了腹腔镜虚拟培训系统、内窥镜虚拟培训系统、血管介入手术模拟器以及虚拟临床思维培训系统等虚拟设备在临床教学中的应用优势,指出了虚拟现实技术在医学教育领域中应用的重要性。

关键词：虚拟现实技术,虚拟培训系统,临床教学

参考文献

[1]Wexeblat.A VR Applicatio n and Explorations[M].Cambridge:Acadamic Press Professional,1995:5-12.

[2]罗伟,李珊珊,田夫,等.虚拟现实技术在医疗中的应用[J].中华医院管理杂志,2005,12(6):33-35.

[3]霍刚.计算机虚拟现实技术在临床医学教育中的应用初探[J].继续医学教育,2008,22(2):24-27.

虚拟现实教学技术 篇10

1 项目教学法在教学中的应用

项目教学法是以一定的教学原理为依据,以学生自身对知识的探索性、自主性作为教学活动开展的基础,以学生的发展和需求为中心,将教学的过程整体分解为多个教学项目,并在教师的协助和指导下,由学生通过协作分组的方式来完成同一个教学项目,教师在进行教学的过程中通过对多种教学资源的整合利用来组织学生开展教学探究活动,进而完成教学目标,解决教学问题的一种教学方法。学生在学习过程中,能够完全融入教师创造的环境中,进而充分发挥学习积极性和主动性,并对问题进行自主分析、解决的基础上,构建起对知识的完整建构。

在设计教学项目的过程中,教师应该注意以下问题:首先,教学过程应该以学生为中心,教师为主导,学生积极主动地探究新知识,教师给予适当的指导,如帮学生完成项目组组成、解答学生疑难问题等;其次,学习项目的设计要合理,既要包含所学知识点,又要难度适中;再次,教师要注意培养学生的多种素养,如小组成员的合作能力,学生的创新能力等;然后,对学生学习结果要进行综合性评价,有行之有效的评价指标。

2 项目教学法在《虚拟现实技术》教学中的应用

虚拟现实技术是一项综合集成技术,涉及计算机技术、人机交互技术、传感技术、人工智能技术等,是利用计算机生成一种模拟环境,通过各种人机交互设备,使用户投入到该环境中,实现用户与环境直接进行自然交互的技术。虚拟现实设计制作过程中用到的建模工具有Maya、3D MAX等,虚拟现实制作工具主要有Virtools,Unity3D,VRP等,我们在上课时这几款软件都进行了相应的介绍和使用。

《虚拟现实技术》课程除了介绍当前的虚拟现实技术外,主要和学生一起使用Virtools设计制作虚拟地图导览漫游系统和虚拟产品展示系统,课程的设计针对高职学生的认知特点,设计从简单到复杂的系统化教学项目,在教学过程中突出学生的学习主体作用,营造“易学乐学”的学习氛围,使学生在掌握知识的同时,能够提高职业能力和培养,充分体现课程教学的职业性、实践性和开放性。《虚拟现实技术》在课程教学中以工作过程为导向组织教学,在实现工作过程时培养学生应具备的岗位素质。

按照项目教学法的原则,将《虚拟现实技术》课程分成相应的教学项目,并分配合适的学时。这些项目包括对象基本运动及控制制作、材质应用与文字信息处理、阵列应用与粒子应用、特效与声音处理、产品介绍系统制作、地图导览漫游系统制作等。在具体教学中,还将这些学习项目分拆成更为具体、更容易学习的小项目。

3 项目教学法在《虚拟现实技术》教学中实施的具体步骤

3.1 教学组织与实施

3.1.1 教学准备(教师完成)

1)教学目标分析

教师预先设定好教学目标,包括要求学生掌握的知识,要求学生学会的技能,以及在学习过程中需要养成的其他能力和素养。

2)学习者分析与教师自我分析

教师应分析学生学习此课程时的状态,如学生是否已系统学习过计算机基础知识,计算机常见软件的操作,是否能够利用3D,MAYA建模,学生学习积极性如何,学生是否学过编程,编程思想是否欠缺等。教师根据学生知识基础,认真研究教材和教法,优化整合可利用的教学资源,设计多种教学方法和手段,思考如何激发学生学习兴趣,如何加强与学生的沟通交流,努力提高教学质量。

3)教学重点难点分析

教师应进行课程的重点难点分析,并有针对性地提出解决方案,针对此课程的特点,一般过程为,首先讲解概念,然后小案例讲解重点难点,讲解后小作业巩固加深,重新理解概念,最后举一反三,教会学生解决同类问题。

4)布置学前任务

学前任务包括上网搜索资料,学习前的复习及预习任务等。

5)项目组组成

教师帮助学生完成项目分组,项目组包括项目经理一人,主要负责整个项目的进展进行全程监督,对质量、进度等进行把握,并协调好各成员的工作和关系;3D建模师数人,负责进行三维建模;虚拟现实工程师数人,负责将建好的模型导入虚拟现实软件,并进行虚拟现实功能的添加;项目测试师,测试完成项目是否正常运行,如不能正常运行,提出修改意见;项目文案,撰写项目设计的创意,制作过程,总结项目制作的经验教训等,并提交一份项目制作的报告。

3.1.2 学习准备(学生完成)

1)完成学前任务

学生按照教师要求,对于前面学过的建模知识和虚拟现实技术知识进行复习,以便进行本课学习。学生根据学习内容进行资料的查找,并完成教师布置的其他学前任务。

2)完成项目组组成

3.2 教学过程

1)确定项目任务

师生共同分析学习任务,分成相应学习模块。然后教师进行范例讲解,学生学习后进行练习,教师在此过程中进行指导。

2)制定项目计划

为细分的各个练习模块预估需要的时间,并分配给相应的组内成员。

3)项目实施

组内成员根据计划进行项目制作,教师给予相应指导。

4)项目评价

评价方式:学生展示作品,由教师和项目经理等根据评价指标作出评价。评价内容包括:课堂出勤及表现、协作学习表现及作品质量等,根据学生的得分情况分成相应的等级。

5)项目拓展

本课学习完成后,学生可以挑战与本课类似的任务,完成后可自行设计制作功能更高更全的项目,进行设计制作,达到更好的学习效果。

4 项目教学法为《虚拟现实技术》教学带来的改变

项目教学法应用在《虚拟现实技术》教学过程中,为教学方式和教学效果带来了很大的改变。教学过程中,教师为学生虚拟一个准职业环境,以项目设计和制作过程为导向设置教学项目,以职业行动来获得知识和技能,按工作过程来序化教学内容,引导学生完成多项工作任务,提高了学生的学习能力、社会能力和职业素养,并对学生的学习效果进行了科学的评价。

本课程的实训采用项目组方式,加强了学生团队合作意识和创新精神。增强了学生的职业素养。在教学过程中,我们还采用联合授课与实训,三维建模由专业教师指导,虚拟现实部分由《虚拟现实技术》教师指导,提高了建模的质量,保证了虚拟现实部分的实现,并加强了各科学习联系的紧密性。

摘要：文章从职业技术学院学生的特点出发,根据职业技术学院的人才培养要求,在《虚拟现实技术》课程中使用项目教学法。该文主要介绍了项目教学法在教学中的应用,以及项目教学法在《虚拟现实技术》教学中实施的具体教学过程,实践证明,将项目教学法应用于《虚拟现实技术》教学,有利于提高学生的学习积极性和主动性,有利于提高学生学习知识和建构知识的能力,有利于学生的协作能力和创新能力,还有利于学生养成了良好的职业素养。

虚拟现实教学技术 篇11

虚拟现实技术是由高速计算机系统创建的一种令人感到身临其境、可以获得与环境交互体验的虚拟世界。它综合了计算机图形学、图像处理与模式识别、职能技术、传感技术、语音处理与影响技术、网络技术等多门科学，将计算机处理的数字化信息变为人们所能感受的具有各种表现形式的多维信息，通过视、听、触觉等作用于使用者，对使用者的控制行为做出动态的交互反应。

就教育理论而言，虚拟现实实现人的临场化，参与者与虚拟环境是相互作用、互相影响的一个整体的两个方面，它能创造“自主学习”的环境，由传统的“以教促学”的学习方式变为学习者通过自身与信息和环境的相互作用来得到知识、技能的新型学习方式。生物学是研究生物的形态特征、生理特点、进化方面等知识的学科。引入虚拟现实技术可以改善生物教学的环境，扩大学校的承载能力，有利于挖掘学校的潜能。同时，虚拟现实所需的超高速、多媒体的数据传输，大容量的数据存储，以及数据处理的分布式与并行化将有力地推动数字化校园的发展。

二、虚拟现实技术带来生物教学观念的变化

传统生物教学中，教师是整个教学过程的主宰者，学生则成了客体和附庸，成了被教师牵着鼻子走的顺从者，或是被强制服从的逆反者。现代化的生物教学要求改变传统的课堂讲授式为启发引导式，追求教与学的统一，赋予学生学的主动性。虚拟现实教学有利于创造这样的环境，使以学生为中心的个别化教学、合作化教学和环境得以真正实现。从多媒体虚拟现实的组织形式看，虚拟现实是非线性的网络结构，逼真的虚拟环境可提供良好的人机交互功能，在这基础上教学内容的组织安排将特别强调由学生主动参与来构建知识结构，变“被动听讲”为“主动学习”。在这种情况下，教学内容外在形式的生动化与内在结构的科学化将更紧密地结合起来，这种环境将极大地促进生物教学观念发生变化。

三、虚拟现实技术引起生物教学内容的变化

1.外在形式的变化。随着教育技术的发展，教师从原来只用录音、录像来辅助文字教材进行教学发展为使用具有人机交互的多媒体技术。多媒体信息表现形式多样，对抽象的概念和原理，除了用文字和语音协同描述外，还可以利用三维实景虚拟现实过程，对不可视的变化和无法触摸的物体，还可通过虚拟现实技术展现。

2.内在结构的变化。传统的教材是以线性结构组织学科知识结构的，知识内容的结构和顺序都是以教为主。教学顺序性很强，学生只能在教师的讲授下获得正确的生物学概念、原理及逻辑关系，学生对教师的依赖性很大，教材也只是一种传授材料，学生利用它学习的自由度不大，灵活性不强，难以促使学生从已建立的知识结构向新的知识结构迁移。引入虚拟现实技术后，多种媒体的信息通过网络化超链接，就可以接近人类认知特点的方式去组织和展示教学内容、构建知识结构，这种网状的信息组织方式是一种非线性结构。虚拟现实技术与普通多媒体信息处理的高度集成，把信息的组织形式与信息内容呈现的多样性、复杂性结合起来，为学生提供了一种动态、开放的结构化认知形式，它既包括学科的基本内容，又包括学科内容之间的逻辑关系，既注重知识的形成过程，又注重知识的结构，凭视觉、听觉、触觉信息的协调作用使教学内容的统一与灵活性得到完善的结合。虚拟现实技术的这种非线性结构有利于学生发散思维，联想原有的知识，获得新知识。

四、虚拟现实技术促进教学手段的变化

1.虚拟现实技术有助于互动启发式教学的开展。生物教学中应该多采用启发式教学方法，充分发挥教师的主导作用和学生的主体作用，调动学生的学习积极性和主动性。讲解结论问题时，先介绍如何探索和实验，最后归纳结论，从实验引出结论，即从实践到理论。虚拟现实技术与传统的幻灯、投映胶片和CAI课件相比都有很大的进步，尤其在演示教学内容方面能提供直观、形象的多重感官刺激，以一种直接的信息传递方式，提供生动活泼的直观形象、展现学生不能直接观察到的事物，让学生从思维、情感和行为三个方面参与教学活动，这也是互动启发式教学的基础。

2.虚拟现实技术有助于协调工作式教学的实现。虚拟现实教学不受空间位置和相互距离的限制，便于实现同步教学，通过网络把教和学紧密结合，让远距离的师生或位置分散的学生“共处于”一个虚拟空间中。这样不但师生之间可以交流，而且学生具备适应大系统协调工作学习的能力。

3.虚拟现实技术有助于情境式教学的运用。以形象、生动的画面和学生喜闻乐见的形式将知识展现于课堂之中，教师教得省力，学生学得轻松，讲授者会觉得条理清晰，听讲者也会感觉轻松流畅，在有限的课堂教学时间内赋予了教学更丰富的内容，使知识向纵深方向延伸。虚拟现实技术具有动画虚拟现实的能力，能够把教学中的抽象概念、原理及真实的实验过程形象生动地表现出来，给学生创造真实的学习情境，帮助学生获得示范性的知识，把握概念的实质，使生物教学更加直观、活泼，教师轻松，学生投入，生物教学课堂自然也就活了。

虚拟现实技术在实验教学中的应用 篇12

就目前高校教育情况来看, 实验教学可以在理工科教育中充分发挥其作用, 能够很好地培养学生的动手能力, 以及观察事物和解决问题的能力, 利用其实践性特点可以与传统教学实现真正意义上的互补。实验化教学的直观性、实践性和创造性能够有效地培养学生学习基础知识的多种方法, 与传统的理论教学相比, 其具有跨时代的意义。由于受到实验室规模、实验室开放时间、实验仪器仪表老化等各种软硬件条件的限制, 实验教学经常不能满足学生“人人齐动手, 个个有收获”的愿望, 如何充分利用现代教育技术手段, 尤其是虚拟现实技术的巨大优势来丰富完善实验教学手段, 是目前实验教学领域中的热点研究问题。

1 虚拟现实技术与虚拟实验

虚拟现实 (VirtualReality, VR) 技术[1], 也称人工环境或灵境技术, 最早由美国VPL公司于上世纪80年代推出, 起初主要运用于美军的作战模拟系统研究领域。随着计算机和网络技术的不断发展, 虚拟现实从各个方面得到了空前的发展, 如在数字图像的解译和处理、计算机图形学及多媒体技术、传感与测量技术等方面, 创造出了一个接近真实的虚拟环境, 能够对人在现实生活中的活动或操作做出实时反馈。虚拟现实技术具有“3I”[2]特点, 即沉浸性 (Immersion) 、交互性 (Interaction) 和想象性 (Imagina-tion) 。在实际应用中, 根据虚拟现实技术对“沉浸性”程度的高低和交互程度的不同, 划分了4种典型类型[3]:沉浸式的虚拟现实技术、桌面式的虚拟现实技术、增强式的虚拟现实技术、分布式的虚拟现实技术。其中, 桌面式虚拟现实技术因其技术相对简单、实用性和成本较低等优势, 在实际中应用较为广泛。

近年来, 该技术在现代教育技术领域得到了极大关注和应用。虚拟实验的实现是随着近年来计算机技术的不断发展和超级计算机的问世以及网络技术的发展而兴起的一种新型实验技术与实验方法, 有关它的技术和方法至今都还处于探索挖掘阶段, 而且这个过程也许还会维持很长时间[4]。但从技术和教学领域的运用来看, 虚拟实验是采用软件和硬件相互结合的形式, 并利用软件技术来创建基本模型, 调用相关硬件设备从而创建模拟实验系统, 形成了运行于个人计算机上的、实现了其自行设计与开发以及远程控制与协作的实验方式[5]。在教学中运用虚拟实验可大大减少实验室建设的资金投入和实验室用房面积, 节省实验消耗材料, 并可更新教学观念, 使教学由原来处于中心地位的知识权威转变为学生学习的指导和合作伙伴、设计者、教育的研究者。

2 虚拟现实技术对实验教学的影响

实验教学改革的目标是通过建设前沿的实验内容、通用的实验平台, 利用虚拟现实技术科学的实验方法和高效的技术手段, 创新并不断完善传统教学模式和教学方法, 着力培养学生独立思考能力与创造性思维, 为21世纪培养一批又一批的创新型人才。虚拟现实技术对高校实验教学的改革产生了极大影响, 从整体上来看, 虚拟现实技术对传统实验教学的影响主要体现在以下几个方面:

(1) 开发学生创造性思维。虚拟现实技术其实就是数字化中介的另外一种表现形式, 因为它的出现彻底颠覆了人类传统思维上的认知, 是人类认知与思维上的一次真正变革, 其最大的价值在于将不可见的抽象性的思维活动完全转化为一种可视化、操作性、实践性的思维, 使人类的思维不但具有了人类行为与语言符号的双重特点, 还具有了形象性和具体性。虚拟实验技术作为一种现代新型的科学研究方法, 因为它的科学性、严谨性和完整性, 使得实验人员在研究过程中充分发挥出了其理性实践和客观显化的重要作用。并将虚拟实验这一科学的研究方法引入到现代实验教学中, 与传统教学方式进行有机结合, 将实验原理、思想、方法和应用与仿真软件的虚拟实验仪器、实验环境相结合, 将理论教学与实验教学相结合, 学生可在学习概念、思想、方法的基础上, 有目的地去设计, 并完成实验, 利用仿真实验, 在同一个界面上实现理论和实验的互动学习, 有利于培养学生的开放性思维, 促进学生自主进行创造性决策。

(2) 培养学生互助合作精神。互助合作精神是个人成长成才的必要条件, 对促进社会均衡发展和良性循环起着重要作用。教育改革一直是社会的热门话题, 教育对于培养人才的作用十分显著, 所以教育质量决定一个国家的强盛衰退。虚拟教学实验和传统教育实验结合在一起, 依靠其强大的网络功能, 弥补了传统教育模式的短板, 而两者结合后形成的如此大的实验平台, 促进了学生与教师、学生与学生之间的信息沟通和知识交流, 培养了学生的团队意识

(3) 促进教学模式的多维度、多方位发展。传统实验教学模式主要包括常规模式、多媒体模式和网络模式3种。目前, 将网络技术与实验仪器结合起来可以运用成熟的Internet作为传输媒介来传输实验数据和仪器控制命令, 从中可以实现实验项目的异地实时操作和控制, 由此根据现实需要开发虚拟实验系统, 使其应用到教学中, 这样学生无论身处何地, 只要可以上网, 登陆网址注册后获取进入权限, 就可以随时随地进行实验学习, 提升了学习效率。并且, 将操作反馈给系统, 便于改进。

(4) 革新了传统的实验教学模式, 打破了传统实验教学中的时空限制。随着虚拟技术的日趋成熟, 利用其可完全摆脱传统实验教学的空间限制, 小到原子粒子, 大到宇宙空间, 学生都可以在虚拟环境中身临其境地观察, 加深学生对实验的触感。同时, 虚拟现实技术还可以突破时间的限制, 原本需要长时间才能观察到的实验中发生的变化过程, 现在通过虚拟现实技术, 可以在很短时间内呈现给学生, 在实验效率方面大有提高。

3 基于虚拟现实技术的实验教学设计要点

从虚拟现实技术的优势和实验教学的现状需求出发, 虚拟现实技术与实验教学的结合体———虚拟实验的教学设计应该考虑以下几个方面:

(1) 资源的开放程度。从虚拟实验的技术实现角度来看, 计算机的控制和协调作用以及系统的网络化传输功能能够实现包括系统软件程序模块、实验项目设计模板、数据分析与处理工具包, 以及信息资料在内的多种内容共享开放。这些实验教学中的资源全部开放给学生, 学生们可以充分利用这些模块和软件加以利用和开发。

(2) 组织形式的开放程度。虚拟实验技术是将实验的资源和项目开发及操作等网络化、平台化, 使得实验的内容、时间及地点等组织形式是较为开放的, 同时还具备了可选择性。根据当前实验教学需要的种种约束条件, 不仅要求跨学科, 还必须要求跨地域, 以及多项实验同时开展等要求, 虚拟实验技术所具有的组织形式的开放性为实验教学模式的扩展提供了足够的技术储备。

(3) 对象的开放程度。虚拟实验可以根据对象的不同而选择不同的系统身份, 其网络功能可以实现根据不同的对象设置不同权限的系统使用者, 实验的参与人员根据自己的需要各取所需, 通过相互学习和交流来达到相应的学习目的。在虚拟实验教学中, 针对教学对象的身份大致可以分成3种层次和3种身份。其中3种层次指:系统管理员、教师和技术人员、学生。3种身份依次为:针对学习者而言的实验参与者、远程实验课程学习者、实验爱好者和探索者。

4 结语

综上所述, 虚拟现实技术的多学科融合式特点, 使得将其运用于实验教学的研究有助于解决危险性实验操作等问题, 并解决目前院校普遍存在的实验经费紧张、实验设备不足、型号落后等困难, 并将对探索和发展现代教育思想、提高教育技术水平、改善实验环境、优化实验教学过程, 培养具有创新意识和创新能力的综合人才产生深远的影响。

摘要：随着科学技术和现代教育行业的不断发展和日臻完善, 虚拟现实技术在教育行业中的作用越来越凸显。阐述了虚拟现实技术与虚拟实验, 分析了虚拟现实技术对实验教学的影响, 并探讨了基于虚拟现实技术的实验教学设计要点。

关键词：虚拟现实,虚拟实验,实验教学,教育技术

参考文献

[1]胡小强.虚拟现实技术[M].北京:北京邮电大学出版社, 2005.

[2]胡塞尔.生活世界现象学[M].上海:上海译文出版社, 2002.

[3]郭玲.虚拟现实技术在通信实践教学中的应用[D].大连:大连海事大学, 2007.

[4]单美贤, 李艺.虚拟实验原理与教学应用[M].北京:教育科学出版社, 2005.