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虚拟现实技术在国家开放大学计算机专业课程教学中的应用

来源:用户上传      作者: 方程

  摘要:虚拟现实技术是一种受科技快速发展而成的全新技术手段,它的教学方式决定了它与新的教学模式的不断契合。本文通过介绍虚拟现实技术在国家开放大学计算机专业课程教学中的应用来体现其科学技术的教学特点,并结合这些特点,进行完美的应用,解决传统教学方式直观性差,交互能力弱的问题。
  关键词:虚拟现实技术;计算机教学;直观性;交互能力
  中图分类号:TP393 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2016)15-0147-02
  虚拟现实技术是一种受科技快速发展而成的全新技术手段,随着这些技术的不断发展,它在生活中也不断被应用,在教学方面,这种模式也随着新的课改需求不断地被推广。虚拟现实的教学特点决定了它与新的教学模式的不断契合,通过介绍虚拟现实技术在国家开放大学计算机专业课程教学中的应用来体现其科学技术的教学特点。
  国家开放大学是在教育部下,以现代信息技术为支撑,共同进行学历教育与非学历教育,通过远程开放教育的新型高等学校[1]。它以建立面向地区的高等学府为目的,将地区经济与社会发展和高等教育尤其是高等职业技术教育的需求相联系,深化高等教育改革。国家开放大学实行普职成渗透、职前职后沟通、学历与非学历教育并举的人才培养。
  虚拟现实(Virtual Reality,以下简称VR)具有多感官、可视化、三维立体空间和可交互等重要特征[2]。本文主要分析了国家开放教学过程中VR技术的应用现状,并对其未来发展趋势进行了简单的探索,以期为相关教育学者提供一定的研究资料。
  1 虚拟现实技术的概述
  1.1虚拟现实技术介绍
  随着信息技术的飞速发展,虚拟技术也应运而生。作为高新技术飞速发展的产物早在20世纪60年代,就已经面世,但是受到当下计算机技术和产品应用场景的局限,VR技术的发展相对比较缓慢。直到20世纪80年代随着相关技术的不断发展,才逐渐进入大众的视野得到人们的关注,目前已经作为热门技术成为计算机科学,信息科学和教育中多个领域中得到广泛的应用。VR是一门综合技术学科,它涉及计算算法、计算机图形图像、人工智能、人机交互和物联网等技术以及人类行为学和工程学等关键技术。综合这些技术后向更高层次的渗透和发展,为用户提供更加逼真的体验,克服了传统视觉技术不能直接观察事物和它们运动变化规律的问题,这是多媒体技术发展的一个很重要的环节。
  一直以来,人们在感知事物进行学习的方法主要是通过现实世界的实践和知识资源的学习。前者通过现实社会的接触进行感知获取信息资源,后者通过他人的经验间接的了解知识。VR技术从发展至今能够为人类提供一种全新的视觉概念,即虚拟世界,它能够通过一定比例完全模拟现实社会的状态,使人们能够更加方便的接触和感知世界。
  VR技术能够通过三维建模功能创建多感知的虚拟世界,虚拟世界包含人体视觉、听觉、感觉、触觉等多重感知,通过相应比例模拟现实,从而让人们在这种虚拟的环境中产生同等的视觉、听觉和触觉,让人处在“实中有虚,虚中有实”的环境中。VR的交互设计需要人们VR技术能够具有强大的计算机处理能力和实时的人机交互环境,通过这些技术保证用户的沉浸感。
  1.2虚拟现实技术应用
  美国作为VR技术的发源地,从起源至今不断的技术发展使得他们在虚拟空间领域获得了遥遥领先的成绩。虚拟技术目前已经应用在虚拟校园、虚拟游戏和虚拟购物等多个领域。在教育方面美国的辛辛那提大学、斯坦福大学很早就通过虚拟现实技术创建了虚拟校园的教学方式,通过远程技术实现在线教学,避免了教学资源的浪费。在我国虚拟现实技术在航空航天技术、军事科技和建筑设计等专业方向也得到了广泛的应用。目前国内的哈尔滨工业大学、上海交通大学和清华大学也通过虚拟现实技术制作了一批虚拟高校的教学教程。同样的在虚拟校园的建设中,通过虚拟漫游技术创建了多所虚拟图书馆的应用。研究这些VR技术在这些方面的应用可以帮助VR技术在目前大学教学中的使用,加速和促进VR技术在学校教学的普及。
  1.3虚拟现实技术在教学中的应用
  在教学过程中,随着Internet互联网环境技术的不断发展,利用数字图书馆的网络化特征使普通用户的使用越来越方便,在此基础上加入VR技术,可以使其更加的具有可视化和交互性的能力,增加数字图书馆的在功能上的服务特色。数字图书馆没有传统图书馆的馆舍场地的限制。将图书馆与VR的人机交互、生成虚拟空间技术相结合并引入到数字图书馆中,让读者能够亲临其中[3]。VR技术能够模拟模拟虚拟的图书馆馆舍,使数字图书馆真实地呈现在读者面前,在更通过三维虚拟技术增加互动,给读者带了数字传统图书馆的亲近感。
  在教学课程的过程中一个功能完善的虚拟漫游系统,不仅可以使用户通过平台在虚拟教室中学习,还可以获得直观的进行学习互动,了解教学内容的推进过程,充分体现数字课堂超越传统视频教学的优势。这也恰到好处地弥补了视频教学在描述教学课程时真实性、形象性的缺点,目前采用的视频技术来对教学内容和关键知识点进行展示,既存在片面性,又缺乏连续性。
  2 国家开放大学的计算机专业教学现状
  2.1国家开放大学的计算机教学特点
  传统教学随着社会和科技的发展也在不断的进步。目前计算机技能在我们日常的生活工作和学习中,拥有非常重要的地位。国家开放大学也认识到其专业的重要性,基于计算机课程特点,采取合理的方式教学,提高学生计算机技能,更好地适应社会的发展。
  计算机课程特点:
  1)计算机课程具有实时性,作为一门新兴学科,其内容随着计算机科学的发展不断更新。
  2)计算机课程具有工具性。作为一个工具,方便我们日常的工作和生活。
  3)计算机课程具有应用性。在军事、经济高学科领域中得到广泛的应用,计算机学科会与其他专业进行结合。   2.2国家开放大学的计算机教学的不足
  在国家开放大学中,学生的来源是相对来说参差不齐,学生的知识层次和知识储备具有明显的差距[4],这些差异性导致教学过程的可塑性较差。另外,计算机在很多国家开放大学使用普适度较低,理论基础相当薄弱。这就给学生产生一种神秘感和畏惧感,认为计算机的学习非常困难,所以,老师在教学过程中很难把握学生的特点。
  另一方面计算机教学很多内容非常的抽象,理论知识较多,学生无法具体的理解学习的内容,在理解和接受知识的时候存在困难。传统的专业课教学,通过模拟软件展示传授计算机专业知识,对学生产生直观的印象和认识。但是这些认识是片段的,只能通过部分的知识点进行教学,不存在整体的实践印象[5]。
  3虚拟现实技术在开放大学计算机专业教学中的应用
  3.1虚拟现实与信息资源建设
  教学的主要内容是向学生提供具有实操性基础文化知识,教学资源的收集、整理和演示作为大学教学体系的一部分,是教学过程的业务工作重点。而教学资源的演示是整个教学工作的基础。虚拟现实教学是创建了网络环境下新的教育行业形态,VR技术教学利用科学技术,对教学资源的网络化、形式化以及教学资源进行分布式存储和管理,利用VR技术友好、可交互的服务特点,让人们能够真实感官的获取信息资源。与传统教学资源的建设一样,在三维立体信息资源建设也是VR教学的基础,缺乏信息资源的建设,VR技术的服务就会成为“无本之木”。
  3.2虚拟现实技术再现计算机教学的信息资源
  教学资源的本质是将信息原始化,它包括内容和形式两个方面。传统的教学方式方面,内容的原始性基于形式的原始性来证实和表达,尤其是理论性的知识,文字成为两种原始性的重要方式。而对于计算机学科的教学资源,虽然具有便于可操作性直观的特点,但其抽象化还是难以克服。目前已有一些技术可通过视频演示来还原内容的原始性,但需要学习教学资源方便的同时,希望能够提高资源形式的可交互性,使参与者能够身临其境复,与实体操作毫无两样。VR技术很好地解决了这些问题,能够通过三维建模实现仿真方便参与者交互。VR不仅可以在教学课程实现三维信息资源的建设,还可以与其他计算机技术相结合,对一些实践练习提供方便的机会。从而将信息资源的内涵再现,开拓新的教学方式。
  3.3虚拟现实技术再现了计算机教学的实验效果
  人类感知的主要来源是视觉,可视化技术将人类的感知能力充分发挥。信息可视化在教学中是一个全新的领域,信息技术的可视化就是提高主体与用户之间的交互能力。计算机将可视化技术充分发挥人类的主观能动性和灵活性。现如今计算机利用图形图像处理技术实现了复杂的可视化和虚拟化展示,VR技术结合了计算机图形图像学、多媒体、网络、分布式存储等技术,将人类带入身临其境的环境中,改变了计算机教学生硬、枯燥、被动的状态。目前在部分的高校中已经在进行了教学尝试,通过VR技术可以在学科教学、练习等方面进行利用,实现了计算机专业教学的可视化能力。
  4总结
  虚拟现实(Virtual Reality,以下简称VR)具有多视感性、可视化、三维立体和可交互性等重要特征,是一门已应用于多学科、多领域的综合技术。VR技术能够通过三维建模功能创建接近现实的虚拟世界,结合人体视据、听觉、触觉等多重感知。虚拟世界按照相应的比例再现现实世界,从而让人们在这种虚拟的环境中产生同等的视觉、听觉和触觉,让人处在“实中有虚,虚中有实”的环境中。使人身临其境,改变传统计算机教学中生硬、枯燥和被动的学习状态。VR技术在学科教学、学科练习等领域的应用,将信息资源再现,实现了计算机教学的可视化。
  参考文献:
  [1] 贺雪晨.虚拟现实技术应用教程[M]. 清华大学出版社,2012.
  [2] 肖强.商业数字图书馆信息资源建设模式[M]. 上海世界图书出版公司,2012.
  [3] (美) 张进 (Zhang,J.),著.信息检索的可视化[M]. 科学出版社,2009.
  [4] 黄梅. 上海开放大学开放教育网上教学质量保证研究[J]. 教育与职业,2016(6).
  [5] 崔静. 省域开放大学教学理念的探讨――以“6C”教学设计方法为例[J]. 河北广播电视大学学报,2016(1).
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