虚拟现实技术在计算机教学中的应用
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作者: 张海燕
摘 要 虚拟现实技术作为新型的教学媒体已广泛应用于教育领域，并发挥了重要作用。本文从虚拟现实技术的特点和应用出发，阐述了虚拟现实技术在教学中的作用，重点论述了虚拟现实技术在计算机教学中的应用。
关键词 虚拟现实技术 教育教学 计算机教学
中图分类号：G424 文献标识码：A
1 虚拟现实的类型
1.1 桌面虚拟现实系统
一种在普通PC机上实现的综合立体图形、人机交互等技术，以构造与现实环境类似的逼真虚拟环境的应用系统。用户通过计算机屏幕观察虚拟境界，并操纵其中的物体，但这时用户会受到周围现实环境的干扰，不能获得完全的沉浸感，但由于其成本也相对较低，应用面仍比较广。
1.2 投入型虚拟现实系统
这种高级虚拟现实系统给用户提供完全投入的功能，使用户产生一种置身于虚拟境界之中的感觉。通常利用头盔式显示器和数据手套等其它设备，把用户的视觉、听觉和其它感觉封闭起来，并提供一个虚拟的感觉空间，使用户产生一种身临其境、沉浸其中的感觉。
2 虚拟现实的基本特征
2.1 沉浸感
沉浸感指的是虚拟环境的真实程度，虚拟现实技术提供以假乱真的环境，使用户投入到由计算机生成的虚拟场景中，与虚拟环境中的各种对象相互作用，用户所看到的、听到的、嗅到的、触摸到的，与真实环境中感受到的一样。
2.2 交互性
反映的是用户与虚拟场景中各种对象相互作用的能力，是人机和谐的关键因素。用户可以利用键盘、鼠标及其它传感装置与虚拟环境中的对象进行交互。计算机系统能根据用户的语言或身体运动，调整系统呈现的图像和声音。
2.3 多感知性
指除了一般计算机技术所呈现的视觉感知之外，还能呈现听觉感知、触觉感知、味觉感知、嗅觉感知等，从多方面充分调动各种感官的积极性，使用户具有“真实”的体验。
2.4 构想性
虚拟现实技术不仅可再现真实存在的环境，也可以随意构造客观不存在的甚至是不可能发生的环境。使用户在体验中得到感性和理性的认识，从而萌发新意，产生认识上的飞跃。
3 虚拟现实技术在计算机教学中的应用
3.1 辅助课堂教学
计算机专业课程的实践性和逻辑性都很强，很多知识单纯地在书本上描述难免会给学生的理解带来困难。利用虚拟现实技术设计和开发的交互式三维课件可以用来解释一些复杂的、抽象的概念，是一种非常有效的工具。
用虚拟现实技术可以建立出虚拟学习环境，为学生提供生动、逼真的学习环境，在广泛的科目领域提供无限的虚拟体验，从而促进和巩固学生学习知识的过程。亲身去经历、亲身去感受比空洞抽象的说教更具说服力，主动地去交互学习与被动的灌输，有本质的差别。利用虚拟现实技术可以制作出三维的、交互的、具有沉浸感的内容，让学生从各角度来观察和学习，更好地理解学习内容。通过制作VRML课件，可以对学习过程中所提出的各种假设模型进行虚拟，通过虚拟系统便可直观地观察到这一假设所产生的结果或效果。例如在计算机组成原理教学中，部分内容具有抽象性、关联性和层次性等特点，造成学生理解困难。比如信息的存储、指令的执行等知识非常抽象，可以利用VR课件制作出动态的画面，直观地呈现出程序的流程、指令的执行过程等内容，将枯燥难懂的学习内容变得生动、一目了然，便于学生理解。在介绍计算机组件知识的时候，利用VRML造型设计和动画创建出一个可视化的三维环境，模拟出组装计算机所需的主要硬件设备，学生可以从各个角度观察计算机的内部结构，增强感性认识。
通过虚拟现实技术制作课件来辅助课堂教学，为学生提供生动、逼真的学习媒体素材和环境，使抽象的学习内容直观化、形象化，帮助学生解决学习中的重点和难点问题，提高学习的积极性。
3.2 虚拟实验室
利用虚拟现实技术，可以建立虚拟实验室，虚拟实验室拥有传统实验室难以比拟的优势。首先可以有效地节省成本，通常我们由于设备、场地、经费等硬件的限制，许多实验都无法进行。而有了虚拟实验室，学生便可以做各种实验，获得与真实实验一样的体会。在保证教学效果的前提下，极大地节省了成本。
其次，利用虚拟现实技术建立起来的虚拟实验室，其中的“设备”与“部件”多是虚拟的，可以根据教学需要随时生成新的设备。教学内容可以不断更新，使实践训练及时跟上技术的发展。同时，虚拟现实的沉浸性和交互性，使学生能够在虚拟的学习环境中扮演角色，全身心地投入到学习环境中去，有利于学生的技能训练。
在常用的计算机实训中，利用虚拟现实技术可以虚拟出各种实验设备、实训环境和操作过程，使大多数课程的实训都可以在虚拟实验室中进行，而不必购置昂贵的实验实训设备。可以解决在教学中因为实验设备、实验场地、教学经费等各方面的原因而无法进行的教学实验。虚拟实验还可以避免实验实训设备的损坏、训练材料的消耗等问题，有效节约教育成本。例如《计算机网络》教学中实验大都涉及交换机或路由器之间的物理线路连接，学生在接线过程中经常会出现线路故障，并且频繁断电重启或热插拔端口，容易造成设备损坏，由于学生排除故障的能力较差，物理设备的某些故障使得其纠缠于设备的细节，不能按要求完成实验内容。通过虚拟技术构建的网络虚拟实验环境既可以模拟路由器、交换机等网络设备的配置、分析，又不会造成教学资源的浪费，同时也不需要考虑物理线路的连接故障，是实验教学的有效手段。
虚拟实验教学有很大的经济性和方便性。使用虚拟的实验室进行实验，可以在自己现有的实验条件下，花费较少的资金就能给大量学生提供实训环境。并且学生在虚拟实验环境中可以反复操作，强化巩固基本操作技能，提高学习主动性。
3.3 虚拟校园的应用
基于网络的虚拟现实模拟（VR）可利用Web3D技术，在互联网上构建三维虚拟世界、虚拟校园及虚拟课堂。虚拟现实技术作为远程教育基础平台，可为高校远程教育教学点提供可移动的电子教学场所，通过交互式远程教学的课程资源和学习平台，对各个终端提供开放性的、远距离的持续教育，还可为社会提供新技术和高等职业培训的机会，创造更大的经济效益与社会效益。
4 结束语
实践证明，虚拟现实技术在教学中的应用给教育，特别是远程教育带来了巨大的推动力，这种新型的教学媒体必将广泛应用于教学中，发挥其重要作用。
参考文献
[1] 韩瑛，李斌.虚拟现实技术在网络教学中的研究与应用[J].现代教育技术，2006（1）：29-31.
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[3] 李海成.计算机虚拟现实技术解析及其在高校教学中的应用探究[J].计算机教育，2009（6）：124-126.
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