時(shí)間：2023-05-29 17:44:22
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇虛擬教學(xué)，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
1虛擬技術(shù)及其特征
虛擬現(xiàn)實(shí)（VirtualReality）即將本來不存在的事物和環(huán)境，通過各種技術(shù)虛擬為沉浸式交互環(huán)境，使人感覺如同處在真實(shí)世界一樣，又稱為靈境技術(shù)或臨境技術(shù)。沉浸性、交互性、想象性是虛擬技術(shù)的三個(gè)突出特征，三者就像三個(gè)頂點(diǎn)，構(gòu)成了虛擬技術(shù)的三角形，使參與者能夠沉浸于虛擬世界之中并直觀而自然地實(shí)時(shí)感知和交互。1）沉浸性：是指使用戶感覺到好像完全置身于虛擬世界中一樣，被虛擬世界所包圍。虛擬技術(shù)的主要技術(shù)特征就是讓用戶由被動(dòng)的觀察者變成主動(dòng)的參與者，覺得自己是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所創(chuàng)建的虛擬世界的一部分，沉浸于其中并參與虛擬世界的各種活動(dòng)。視覺沉浸、聽覺沉浸、觸覺沉浸、嗅覺沉浸的感知技術(shù)目前己較為成熟，身體感覺沉浸、味覺沉浸還有待進(jìn)一步開發(fā)。2）交互性：是指用戶從過去只能通過鍵盤、鼠標(biāo)與計(jì)算環(huán)境中的單維數(shù)字信息發(fā)生交互作用，到能用多種傳感器，借助于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)殊的硬件設(shè)備，以自然的方式與多維化信息的虛擬世界進(jìn)行交互，實(shí)時(shí)產(chǎn)生在真實(shí)世界中一樣的感知，甚至連用戶本人都意識(shí)不到計(jì)算機(jī)的存在。3）想象性：是指虛擬環(huán)境是人想象出來的，同時(shí)這種想象體現(xiàn)出設(shè)計(jì)者相應(yīng)的思想，可用來實(shí)現(xiàn)一定的目標(biāo)，如從定性和定量綜合集成的環(huán)境中得到感性和理性的認(rèn)識(shí)，進(jìn)而使人能深化概念、產(chǎn)生新意和構(gòu)想，主動(dòng)地尋求探索接收信息，而不是被動(dòng)地接收等，更有創(chuàng)意。
2虛擬技術(shù)在學(xué)科教育領(lǐng)域中的關(guān)鍵技術(shù)
VRML（VirtualRealityModelingLanguage）虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言是在Internet上廣泛流行的一種圖形建模語言，用它可以在Inter-net上創(chuàng)建三維的虛擬場(chǎng)景。許多互聯(lián)網(wǎng)上創(chuàng)建的具有可導(dǎo)航、超鏈接等功能的三維虛擬現(xiàn)實(shí)空間都是用這種技術(shù)創(chuàng)建的，其中網(wǎng)上虛擬大學(xué)用的主要技術(shù)就是虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言技術(shù)，它已經(jīng)成為在互聯(lián)網(wǎng)上創(chuàng)建三維虛擬場(chǎng)景的事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。
2.1虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言的場(chǎng)景描述
在虛擬場(chǎng)景建模的時(shí)候，一般把整個(gè)場(chǎng)景進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆指睿瑢?duì)分割的小場(chǎng)景再進(jìn)行渲染。虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言定義的三維場(chǎng)景由一個(gè)節(jié)點(diǎn)樹表示，場(chǎng)景中的每個(gè)對(duì)象由一個(gè)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)描述。從理論上來說，節(jié)點(diǎn)可以包括任何東西———3D幾何體、MIDI數(shù)據(jù)、JPEG圖像。虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)集中定義了許多不同類型的節(jié)點(diǎn)，多數(shù)節(jié)點(diǎn)分為以下幾類：1）外形類節(jié)點(diǎn)（shapenode），唯一一類能被繪制的節(jié)點(diǎn)。2）屬性類節(jié)點(diǎn)（propertiesnode），這類節(jié)點(diǎn)的處理通過影響外形類節(jié)點(diǎn)進(jìn)行。3）組節(jié)點(diǎn)（groupnode），組節(jié)點(diǎn)把其它節(jié)點(diǎn)收集在一起，允許把節(jié)點(diǎn)的集合當(dāng)作一個(gè)節(jié)點(diǎn)來處理。其他的節(jié)點(diǎn)諸如材質(zhì)節(jié)點(diǎn)（material）節(jié)點(diǎn)、紋理（Textual）節(jié)點(diǎn)、燈光節(jié)點(diǎn)（分為DirectionalLight節(jié)點(diǎn)和SpotLight節(jié)點(diǎn)）、背景（background）節(jié)點(diǎn)。每個(gè)小場(chǎng)景都可以形成虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言文件，由多個(gè)小場(chǎng)景構(gòu)成的多個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言文件用內(nèi)聯(lián)節(jié)點(diǎn)（Inline）之間的嵌套技術(shù)合并成一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言文件，這個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言文件完成了整個(gè)場(chǎng)景的建模。這種場(chǎng)景的建模基本有兩點(diǎn)好處：1）虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言的小場(chǎng)景文件可以有機(jī)的整合，不會(huì)因?yàn)槊總€(gè)小場(chǎng)景的文件太大而不利于調(diào)試、檢查。2）用戶瀏覽的時(shí)候不用把整個(gè)場(chǎng)景文件都讀入本地客戶機(jī)中，這樣就適應(yīng)了網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制，提高了在虛擬空間中瀏覽的速度。
2.2虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言的文件組成
虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言文件主要包括四個(gè)主要成分：虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言文件頭、原型、造型節(jié)點(diǎn)和腳本、路由。在這四個(gè)要素中，只有文件頭部分是必須的，它用來告訴瀏覽器虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言文件符合的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)以及使用的字符集等信息。原型定義了創(chuàng)建帶有指定名稱、接口和整體的新節(jié)點(diǎn)類型，一旦成功地定義了原型，它就可以在虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言文件的其他地方隨意使用。造型節(jié)點(diǎn)是虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言中的基本建造模塊，它構(gòu)成了虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言文件的主體部分，正是由于造型節(jié)點(diǎn)的定義而產(chǎn)生了虛擬的虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言空間。腳本可以看作是一個(gè)節(jié)點(diǎn)的外殼，它有域值、eventIn事件、eventOut事件。事件本身不能產(chǎn)生任何動(dòng)作，但它可以通過程序腳本來賦予腳本節(jié)點(diǎn)值來產(chǎn)生各種動(dòng)作。這里的程序腳本是一種簡(jiǎn)化了的應(yīng)用程序，一個(gè)典型的腳本是由JAVA或JavaScript編程語言寫成的程序。路由（Route）是一種文本描述消息，一旦在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間創(chuàng)建了一個(gè)路由，第一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以順著路由傳遞消息給第二個(gè)節(jié)點(diǎn)，這樣的消息被稱為事件。虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言還可以包含下列條目：注釋、節(jié)點(diǎn)和域值、定義的節(jié)點(diǎn)名、使用的節(jié)點(diǎn)名等。
2.3虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言語言的編譯
設(shè)計(jì)虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言虛擬場(chǎng)景時(shí)，最簡(jiǎn)單的方法是直接使用文本編輯器來編輯描述文本。這種方法類似于程序設(shè)計(jì)，它簡(jiǎn)單方便，但不是很直觀，對(duì)設(shè)計(jì)者的空間想象能力要求較高，設(shè)計(jì)的效率也不高。現(xiàn)在有很多可視化的虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言設(shè)計(jì)工具，如CosmoWorld和HomeSpace等，這些工具將虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)都做成可視的組件，用戶設(shè)計(jì)時(shí)，只需要將這些組件組合成自己需要的虛擬場(chǎng)景就可以了，而且設(shè)計(jì)的效果在設(shè)計(jì)時(shí)就可以看到。設(shè)計(jì)完畢后，系統(tǒng)自動(dòng)將這個(gè)可視的虛擬場(chǎng)景生成標(biāo)準(zhǔn)的虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言描述文本，這樣，這些文本傳送到用戶的瀏覽器后，便會(huì)在用戶的屏幕上重現(xiàn)這個(gè)虛擬場(chǎng)景。虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言在各方面都展現(xiàn)出強(qiáng)大的應(yīng)用潛力，蘊(yùn)藏了無限生機(jī)。
3虛擬現(xiàn)實(shí)在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用
虛擬技術(shù)能夠?yàn)閰⒓咏逃膶W(xué)生提供生動(dòng)、逼真的學(xué)習(xí)壞境，學(xué)生能夠成為虛擬環(huán)境的一名參與者，這對(duì)調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，突破教學(xué)的重點(diǎn)、難點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生的技能都將起到積極的作用。虛擬技術(shù)在遠(yuǎn)程教學(xué)中的應(yīng)用主要有以下四個(gè)方面：
3.1探索學(xué)習(xí)
虛擬技術(shù)可以對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過程中所提出的各種假設(shè)模型進(jìn)行虛擬，通過虛擬系統(tǒng)便可直觀地觀察到這一假設(shè)所產(chǎn)生的結(jié)果或效果。如在虛擬化學(xué)系統(tǒng)中，學(xué)生可以按照自己的假設(shè)將不同的分子組合在一起，虛擬出組合的物質(zhì)來。真正對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境的研究是對(duì)分布式真實(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)感的教學(xué)環(huán)境的開發(fā)與應(yīng)用進(jìn)行研究，通過人體模型或者化合物等分子結(jié)構(gòu)演示的虛擬體驗(yàn)，教育者和學(xué)習(xí)者之間，或者學(xué)習(xí)者和同伴之間可以在一個(gè)虛擬的現(xiàn)實(shí)空間中，進(jìn)行虛擬人之間的面對(duì)面的情感交流。#p#分頁標(biāo)題#e#
3.2技能訓(xùn)練
利用虛擬技術(shù)，可以做各種各樣的技能訓(xùn)練。由于這些虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)無任何危險(xiǎn)，學(xué)生可以不厭其煩地反復(fù)練習(xí)，直至掌握操作技能為止。如虛擬飛機(jī)駕駛訓(xùn)練中，學(xué)員可以反復(fù)操作控制設(shè)備，學(xué)習(xí)在各種天氣情況下駕駛飛機(jī)起飛、降落，通過反復(fù)訓(xùn)練，熟練掌握駕駛技術(shù)。虛擬技術(shù)在教學(xué)中應(yīng)用幾乎最成功的案例就是模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的開發(fā)與研制。由于空間探索和軍隊(duì)?wèi)?zhàn)爭(zhēng)訓(xùn)練需要高昂的費(fèi)用，以及這些領(lǐng)域需要極高的安全性與可靠性，使得虛擬技術(shù)最早應(yīng)用在了這個(gè)領(lǐng)域，并且發(fā)揮出了巨大的使用價(jià)值和商業(yè)價(jià)值。隨著社會(huì)的進(jìn)步，虛擬技術(shù)也延伸到的一般的醫(yī)學(xué)教學(xué)、汽車駕駛以及電器維修等需要培養(yǎng)各種操作技能的領(lǐng)域。在動(dòng)作技能的學(xué)習(xí)中，學(xué)習(xí)者只有從虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中接受到操作或動(dòng)作的反饋才能起到積極的學(xué)習(xí)作用。因此在運(yùn)用虛擬技術(shù)研發(fā)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)時(shí)應(yīng)該具體考慮學(xué)習(xí)產(chǎn)生的條件以及教學(xué)的效果，這種模擬訓(xùn)練系統(tǒng)應(yīng)該能夠提供真實(shí)的模擬訓(xùn)練的情景，校正學(xué)習(xí)者的錯(cuò)誤以及跟蹤學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程等功能。
3.3虛擬實(shí)驗(yàn)
利用虛擬技術(shù)，還可以建立各種虛擬實(shí)驗(yàn)室，如地理、物理、化學(xué)、生物實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生可以自由地做各種實(shí)驗(yàn)。利用虛擬技術(shù)建立的各種虛擬實(shí)驗(yàn)室（Virtuallab）在教育上應(yīng)用前景廣闊，尤其在物理、化學(xué)、生物等需要實(shí)驗(yàn)的學(xué)科中更是如此。創(chuàng)建這種虛擬環(huán)境的演示物體可以擺脫真正實(shí)驗(yàn)室所需要的昂貴的設(shè)備，減少了教育部門的實(shí)驗(yàn)開銷，教學(xué)的效果基本接近運(yùn)用真正的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)所能達(dá)到的教學(xué)效果。虛擬實(shí)驗(yàn)室基本上分為兩類：一種是由編程者設(shè)計(jì)只能插入并操作實(shí)驗(yàn)中有限的實(shí)物，這是現(xiàn)今大多數(shù)虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)的工作環(huán)境；另外一種是基于廣泛學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。
虛擬樣機(jī)理念及對(duì)課程教學(xué)的意義
虛擬樣機(jī)技術(shù)是機(jī)械產(chǎn)品開發(fā)的一種數(shù)字化設(shè)計(jì)方法，是在縮短機(jī)械產(chǎn)品開發(fā)周期、降低成本、改進(jìn)設(shè)計(jì)質(zhì)量、提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷提高的背景下產(chǎn)生的[4]。物理樣機(jī)制造和測(cè)試是設(shè)計(jì)過程中保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要一環(huán)，通過物理樣機(jī)可以發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)問題，提供設(shè)計(jì)修改的依據(jù)，樣機(jī)驗(yàn)證和設(shè)計(jì)修改往往是交替進(jìn)行的，這一過程增加了產(chǎn)品的開發(fā)周期和成本。為了解決這一弊端，可以在制造物理樣機(jī)之前，用物理樣機(jī)的計(jì)算機(jī)數(shù)字化仿真模型（即虛擬樣機(jī)）代替，在虛擬樣機(jī)上進(jìn)行各種對(duì)物理樣機(jī)而言難以進(jìn)行或根本無法進(jìn)行的模擬試驗(yàn)，觀測(cè)產(chǎn)品各組成部分的運(yùn)行狀態(tài)和預(yù)測(cè)系統(tǒng)的整體性能，快速分析多種設(shè)計(jì)方案，不斷修改設(shè)計(jì)缺陷，直至得到最佳設(shè)計(jì)方案，并且這種應(yīng)用貫穿于整個(gè)設(shè)計(jì)和制造過程中。虛擬樣機(jī)技術(shù)的可靠性和有效性已為多數(shù)成功應(yīng)用所證實(shí)，比如，美國(guó)波音公司采用虛擬樣機(jī)技術(shù)成功地進(jìn)行了波音777飛機(jī)的研發(fā)設(shè)計(jì)及制造，通用動(dòng)力公司全數(shù)字化機(jī)車虛擬樣機(jī)的使用，世界最大的工程機(jī)械制造商Caterpillar公司采用了虛擬樣機(jī)技術(shù)對(duì)大型設(shè)備進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)和試驗(yàn),降低了產(chǎn)品成本，提高了性能，等等。使用虛擬樣機(jī)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造具有下列優(yōu)點(diǎn)。（1）從整體上把握產(chǎn)品的功能特性和設(shè)計(jì)要求。（2）協(xié)同物理樣機(jī)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證。（3）可以同時(shí)對(duì)多種設(shè)計(jì)方案模擬比較分析，尋找出最優(yōu)設(shè)計(jì)。（4）貫穿于產(chǎn)品開發(fā)的整個(gè)過程，并不斷得到完善。（5）不同于簡(jiǎn)單的單領(lǐng)域仿真，其涉及的知識(shí)領(lǐng)域廣，考慮問題全面，可提高產(chǎn)品的整體設(shè)計(jì)質(zhì)量。（6）支持不同工程領(lǐng)域人員對(duì)同一虛擬產(chǎn)品并行地進(jìn)行全方位測(cè)試、分析與評(píng)估。（7）可以減少產(chǎn)品開發(fā)后期的設(shè)計(jì)更改，進(jìn)而能最大程度減小整個(gè)產(chǎn)品的開發(fā)周期，縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。（8）減少了設(shè)計(jì)費(fèi)用。基于虛擬樣機(jī)理念，在“液壓與氣壓傳動(dòng)”課程教學(xué)中，引入虛擬樣機(jī)仿真教學(xué)，對(duì)其進(jìn)行研究，具有以下幾方面的意義。1.提高課程的直觀性，使學(xué)生易于理解課程內(nèi)容，并產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣。例如，在講解液壓元件或氣壓元件的組成、結(jié)構(gòu)和工作原理的過程中，可以展示元件三維實(shí)體模型（不同組成部分用不同的透明度和色彩描述）的運(yùn)動(dòng)仿真動(dòng)畫，同時(shí)可用曲線的形式動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)地顯示與三維實(shí)體模型的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的任意參數(shù)，其直觀性和仿真性可有效化解抽象理論的教學(xué)難度，便于學(xué)生理解，并激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。2.用虛擬樣機(jī)代替實(shí)物教學(xué)，節(jié)省了大量資金，且節(jié)省了教師的大量教學(xué)時(shí)間，增加了教學(xué)的信息量，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)積極性，培養(yǎng)了學(xué)生使用新技術(shù)新手段解決實(shí)際問題的自主創(chuàng)新能力。3.虛擬樣機(jī)技術(shù)是工程領(lǐng)域中一種新的現(xiàn)代化設(shè)計(jì)手段，可以使企業(yè)縮短新產(chǎn)品的研發(fā)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量、性能，降低開發(fā)成本，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。目前國(guó)內(nèi)缺少掌握虛擬樣機(jī)技術(shù)的大量高級(jí)專業(yè)人才，造成企業(yè)許多課題只能交給科研院所或高校解決，因此，將虛擬樣機(jī)技術(shù)引入到課程教學(xué)中，使學(xué)生掌握新技術(shù)領(lǐng)域的知識(shí)，可以大大提高學(xué)生就業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。
課程虛擬樣機(jī)仿真教學(xué)的實(shí)現(xiàn)路徑
虛擬樣機(jī)仿真教學(xué)作為一種教學(xué)方法，同其他教學(xué)法一樣，在保證和提升效果的前提下，做到教學(xué)成本與教學(xué)效果的平衡[5]。當(dāng)成本高昂或存在條件限制時(shí)，就要考慮用其他的教學(xué)法代替或用幾種教學(xué)法相結(jié)合的方式來保證教學(xué)質(zhì)量，引入虛擬樣機(jī)仿真法輔助“液壓與氣壓傳動(dòng)”課程教學(xué)就是基于這樣的思想和針對(duì)黑龍江科技學(xué)院的具體情況提出的。用好虛擬樣機(jī)仿真教學(xué)法，首先要對(duì)授課對(duì)象和授課內(nèi)容進(jìn)行有效的分析，結(jié)合教學(xué)大綱要求，以樹形圖的形式對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行逐級(jí)分類，直到最后一級(jí)找出典型的液壓元件、氣壓元件、液壓系統(tǒng)、氣壓系統(tǒng)，并標(biāo)出其中的難點(diǎn)和重點(diǎn)內(nèi)容。然后，在樹形圖上標(biāo)出適合用虛擬樣機(jī)仿真教學(xué)法的部分。接下來就是建立液壓氣壓元件和系統(tǒng)的虛擬樣機(jī)仿真模型，這部分工作具體而繁雜。“液壓與氣壓傳動(dòng)”課程的虛擬樣機(jī)仿真教學(xué)法的實(shí)現(xiàn)離不開虛擬樣機(jī)軟件，包括三維實(shí)體建模軟件、多體機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真軟件、數(shù)值分析軟件和多領(lǐng)域仿真集成軟件以及各軟件之間的接口程序等。液壓與氣壓傳動(dòng)是一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)和流體系統(tǒng)的耦合系統(tǒng)，虛擬樣機(jī)包括機(jī)械系統(tǒng)模型、流體系統(tǒng)模型和流固耦合特性接口三部分。1.機(jī)械系統(tǒng)模型可用機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真軟件ADAMS建立。在ADAMS/View環(huán)境中建立機(jī)械系統(tǒng)幾何模型，定義零部件的物理特性，并施加約束關(guān)系、驅(qū)動(dòng)特征、載荷等要素得到。由于ADAMS/View中幾何建模的局限性，復(fù)雜實(shí)體很難建模，所以，可在標(biāo)準(zhǔn)三維幾何建模軟件環(huán)境中完成，轉(zhuǎn)換到ADAMS/View環(huán)境中。轉(zhuǎn)換有直接轉(zhuǎn)換和間接轉(zhuǎn)換兩種。在各種三維建模軟件中，SolidWorks是較適合的，它采用的建模核心與ADAMS軟件相同，都是Parasolid實(shí)體建模形式，在直接轉(zhuǎn)換中不會(huì)產(chǎn)生或較少產(chǎn)生信息損失。在間接轉(zhuǎn)換中，SolidWorks配有插件COSMOSMotion,可以輸出為ADAMS直接讀取使用的Cmd命令文件，避免信息丟失。2.流體系統(tǒng)模型可用多領(lǐng)域系統(tǒng)集成仿真軟件AMESim建立。AMESim軟件提供了多學(xué)科建模平臺(tái)，具有模型庫豐富、建模簡(jiǎn)單、分析工具齊全等特點(diǎn)。利用其中的液壓和氣動(dòng)應(yīng)用庫，可以在不需要書寫任何程序代碼的情況下，建立流體系統(tǒng)的仿真模型。3.流固耦合特性數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳遞接口可由ADAMS/Control模塊建立。在ADAMS中將機(jī)械系統(tǒng)模型的位移、速度等定義為接口的輸出變量，將來自流體模型的壓力等定義為接口的輸入變量，調(diào)用控制模塊ADAMS/Control創(chuàng)建ADAMS與AMESim之間的接口子模塊ADAMS_model。在AMESim中調(diào)用工具ImportAdamsmodel加載接口子模塊ADAMS_model，并設(shè)置好仿真參數(shù)。仿真時(shí)，機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)仿真與流體系統(tǒng)的流體傳動(dòng)仿真同時(shí)進(jìn)行，計(jì)算結(jié)果由接口子模塊ADAMS_model進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸，從而完成聯(lián)合仿真，構(gòu)成“液壓與氣壓傳動(dòng)”課程教學(xué)的虛擬樣機(jī)。
作者：王本永 劉春生 孫月華 單位：黑龍江科技學(xué)院
【關(guān)鍵詞】虛擬IT 創(chuàng)客實(shí)踐教學(xué) 影響
一、創(chuàng)客與創(chuàng)客教育
創(chuàng)客源自英語單詞“Maker”，原意是指“制造者”。現(xiàn)在，創(chuàng)客用于指代利用網(wǎng)絡(luò)、3D打印以及其他新興科技，把創(chuàng)意轉(zhuǎn)換成現(xiàn)實(shí)，勇于創(chuàng)新的一群人。
隨著互聯(lián)網(wǎng)熱潮和3D打印技術(shù)、微控制器等開源硬件平臺(tái)日益成熟，創(chuàng)客教育（Maker Education）正在掀起一股席卷全球的教育變革。創(chuàng)客精神與學(xué)生旺盛的求知欲和“在實(shí)踐中教學(xué)”的教育思想不謀而合，雖然在創(chuàng)客教育中不會(huì)直接教授學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)，但在當(dāng)創(chuàng)客的過程當(dāng)中，學(xué)生將有機(jī)會(huì)運(yùn)用到數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)甚至藝術(shù)等多學(xué)科的知識(shí)，學(xué)生將扮演數(shù)學(xué)家、科學(xué)家、發(fā)明家等多重角色。
二、創(chuàng)客實(shí)踐教學(xué)
計(jì)算機(jī)技術(shù)與各專業(yè)技術(shù)相融合早已成為新技術(shù)發(fā)展的主流。而軟件研發(fā)無疑是此類新技術(shù)走向成熟的延展臺(tái)。尤其隨著智能手機(jī)、無線網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步普及，軟件研發(fā)需求日益增長(zhǎng)，這將在無形中加速軟件研發(fā)大眾化的進(jìn)程，使其不再僅僅是大型專業(yè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)的專利，而是成為興趣人士的一種基本技能。
（一）創(chuàng)客實(shí)踐教學(xué)的核心理念
創(chuàng)客實(shí)踐教學(xué)遵循自主發(fā)現(xiàn)、自主創(chuàng)新的核心理念，構(gòu)建以學(xué)生為中心的面向應(yīng)用的融合從創(chuàng)意、設(shè)計(jì)到制造的學(xué)習(xí)、創(chuàng)新環(huán)境。
以ACM程序設(shè)計(jì)大賽為牽引，依托虛擬IT企業(yè)的組織形式，打破專業(yè)、年級(jí)之間的壁壘，以興趣為主導(dǎo)，有效組織學(xué)生進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間（貫穿學(xué)生的整個(gè)大學(xué)生活）、不間斷的軟件研發(fā)能力訓(xùn)練，營(yíng)造一種崇尚創(chuàng)新、注重實(shí)踐、樂于分享的學(xué)風(fēng)教風(fēng)。
（二）虛擬IT創(chuàng)客實(shí)踐教學(xué)模式
為有效提升學(xué)生的軟件研發(fā)能力，虛擬IT創(chuàng)客實(shí)踐教學(xué)模式以信息技術(shù)與專業(yè)技術(shù)融合為核心，由組織、訓(xùn)練、生產(chǎn)、銷售、溝通五大環(huán)節(jié)組成，具體模型如圖1所示，其核心價(jià)值在于培養(yǎng)與提升學(xué)生的群創(chuàng)力。
1.組織管理形式
以虛擬IT企業(yè)的形式組織、分派、整合日常任務(wù)，管理軟硬件資源，實(shí)施培訓(xùn)，基本宗旨是以學(xué)生為主導(dǎo)。虛擬IT企業(yè)內(nèi)的各個(gè)職務(wù)均從學(xué)生中選拔，以能力為唯一考量，不論年齡和年。
2.創(chuàng)客空間建設(shè)
構(gòu)建供內(nèi)部交流互動(dòng)的輔助平臺(tái)――創(chuàng)客空間，實(shí)現(xiàn)各個(gè)研發(fā)興趣組的在線開發(fā)、資料備份、進(jìn)度管理、質(zhì)量管控，為學(xué)生充分體驗(yàn)軟件研發(fā)工程化管理提供基本環(huán)境。
3.培訓(xùn)課程設(shè)置與實(shí)施
培訓(xùn)課程隨著創(chuàng)客課題的設(shè)置變化，以擬制層次性漸進(jìn)的備選創(chuàng)客課題為基本宗旨，在此基礎(chǔ)上設(shè)置培訓(xùn)課程。如表1所示即為一種簡(jiǎn)單基礎(chǔ)的設(shè)定方案。
4.創(chuàng)客大賽
在創(chuàng)客空間中以排行榜的形式舉辦創(chuàng)客大賽，建立模擬創(chuàng)客市場(chǎng)、虛擬貨幣等機(jī)制，以各種豐富新穎的手段激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新力和群創(chuàng)力。
三、創(chuàng)客實(shí)踐教學(xué)模式對(duì)工程技術(shù)類高校教學(xué)模式的影響
（一）對(duì)教學(xué)方式的影響
傳統(tǒng)的教學(xué)以教師傳授知識(shí)為核心，而在創(chuàng)客實(shí)踐教學(xué)中，以學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)新為核心，鼓勵(lì)創(chuàng)新意識(shí)和團(tuán)隊(duì)精神，也提倡松散自由的學(xué)習(xí)空間。在這種環(huán)境下，每一個(gè)學(xué)生都有成為某一領(lǐng)域?qū)＜业臐摿Γ唤處煵辉贆C(jī)械地教授知識(shí)，而是變成了課堂的設(shè)計(jì)者和組織者。
首先，教師是教學(xué)設(shè)計(jì)者。教學(xué)設(shè)計(jì)任務(wù)更為深入也更為具體，如創(chuàng)建創(chuàng)客空間，選購相關(guān)科技產(chǎn)品，制定創(chuàng)客課題等。
其次，教師是學(xué)生完成創(chuàng)客課題的調(diào)節(jié)者和輔助者。雖然不用直接講授知識(shí)，但教師卻需要用自己豐富的知識(shí)和閱歷及時(shí)對(duì)學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)，給學(xué)生提供適當(dāng)?shù)闹С趾蛶椭?/p>
此外，教師還是學(xué)習(xí)氛圍的營(yíng)造者。在學(xué)生互動(dòng)合作的過程中，教師需起到引導(dǎo)和鼓勵(lì)的作用，讓小組內(nèi)部形成良好自由的合作氛圍。
（二）對(duì)學(xué)習(xí)方式的影響
傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)以聽為主，以練為輔，而在創(chuàng)客實(shí)踐教學(xué)中，學(xué)生以練為主，以講為輔。這會(huì)在無形中提升學(xué)生的思考、表述、溝通、協(xié)作能力，最終形成群創(chuàng)力。
首先，學(xué)生是知識(shí)搜集者。學(xué)生需要根據(jù)不同的創(chuàng)客選題采用多種手段分工搜集資料，并以開報(bào)告會(huì)的形式在組內(nèi)分享資源。
其次，學(xué)生是組織協(xié)作者。成員選擇、任務(wù)分工、協(xié)作開發(fā)等環(huán)節(jié)的管理和溝通均由學(xué)生自主完成。當(dāng)然，學(xué)生也是創(chuàng)客課題責(zé)任人。從選題、研發(fā)、定型到交易，學(xué)生對(duì)課題進(jìn)行全過程協(xié)作管控。這種學(xué)習(xí)方式更強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)過程，分享、協(xié)作、溝通是主要載體，而知識(shí)本身則成為學(xué)習(xí)過程的負(fù)載物，被吸收，被傳遞，被分享。
四、結(jié)束語
每個(gè)學(xué)生都期待自己在某方面是與眾不同的，因此“成為創(chuàng)客”這件事本身就能激發(fā)學(xué)生的內(nèi)在潛動(dòng)力。本文提出的創(chuàng)客實(shí)踐教學(xué)模式就是將學(xué)生自我訓(xùn)練成為創(chuàng)客的各種條件資源有效地組織起來，提供一個(gè)高效學(xué)習(xí)、交流展示的平臺(tái)，營(yíng)造一種注重實(shí)踐、崇尚創(chuàng)新的學(xué)習(xí)氛圍，使學(xué)生在美妙的碰撞中成長(zhǎng)，在無盡的追尋中自我完善。正如麻省理工學(xué)院的Gershenfeld教授所說：與其讓人們接受科學(xué)知識(shí)，不如給他們裝備、相關(guān)的知識(shí)以及工具讓他們自己來發(fā)現(xiàn)科學(xué)。
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目前虛擬模式在教學(xué)方面也得到廣泛的應(yīng)用。虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)是一個(gè)基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，為學(xué)生搭建一個(gè)類似于實(shí)際實(shí)驗(yàn)的虛擬環(huán)境。虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)虛擬實(shí)驗(yàn)功能，同時(shí)還應(yīng)具有一定的輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)的功能，并能通過網(wǎng)絡(luò)方便地訪問遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)中的相應(yīng)資源。虛擬教學(xué)系統(tǒng)在一些教學(xué)中已被使用，并取得較好的教學(xué)效果，一些實(shí)驗(yàn)證明其教學(xué)成績(jī)要比傳統(tǒng)教育高20%。
虛擬地理環(huán)境（Virtual Geographical Environments，VGE）就是包括作為主體的化身——人類社會(huì)以及圍繞該主體存在的一切客觀環(huán)境，包括計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、傳感器等硬件環(huán)境，軟件環(huán)境，數(shù)據(jù)環(huán)境，虛擬圖形境像環(huán)境，虛擬經(jīng)濟(jì)環(huán)境和虛擬社會(huì)、政治和文化環(huán)境。
地理教學(xué)的主要內(nèi)容是環(huán)境中的地理事物，環(huán)境包括自然界中的大環(huán)境還有我們身邊的小環(huán)境。在教學(xué)過程中，有時(shí)我們身邊的小環(huán)境不能滿足教學(xué)需求，所以教師在教學(xué)過程中需要適當(dāng)?shù)靥摂M一些環(huán)境。教師引領(lǐng)學(xué)生從虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)情境中探究知識(shí)，使學(xué)生真正地融入教學(xué)情境之中，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)地理課程的興趣，啟發(fā)學(xué)生的想象力，使學(xué)生由被動(dòng)接受知識(shí)變?yōu)橹鲃?dòng)探索知識(shí)，培養(yǎng)其創(chuàng)新意識(shí)，從而取得較好的教學(xué)效果。下面以《面向海洋的開放地區(qū)——珠江三角洲》一節(jié)為例來說明這種教學(xué)方式在地理教學(xué)中的應(yīng)用。
《面向海洋的開放地區(qū)——珠江三角洲》這一節(jié)可以采用“虛擬旅行”的方式進(jìn)行教學(xué)，使學(xué)生有一種身臨其境的感覺。在旅行之前旅游者通常要在地圖上找到這個(gè)地區(qū)的位置，還可以聘一些導(dǎo)游，導(dǎo)游選擇寒假期間做過珠江三角洲調(diào)查的學(xué)生。旅行時(shí)要注意時(shí)間的選擇（通常選在1月末），為后面學(xué)習(xí)本區(qū)的氣候作鋪墊。這節(jié)課的主要教學(xué)內(nèi)容包括：地形、氣候、經(jīng)濟(jì)、土地利用類型和環(huán)境問題等五個(gè)部分，教學(xué)設(shè)計(jì)如下：
1.掌握地形類型的方法很多，如我們可以通過閱讀、觀察地圖，或根據(jù)數(shù)據(jù)推理、實(shí)地考察，或口耳相傳等方法。在這些方法中實(shí)地考察是最好的一種方法。但是我們?cè)趯W(xué)習(xí)中國(guó)區(qū)域地理時(shí)，并不是每一部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)都會(huì)有這樣有利的條件，但是我們可以創(chuàng)設(shè)可用的情境。如關(guān)于珠江三角洲地區(qū)地形的學(xué)習(xí)可以這樣設(shè)計(jì)：“飛機(jī)于北京時(shí)間1月20日上午9：00到達(dá)珠江三角地區(qū)的上空，飛機(jī)即將降落，透過機(jī)窗，我們清楚地看到珠江三角洲的地面景觀。”這樣，學(xué)生可以很清楚地掌握本區(qū)的地形。（用flash演示，導(dǎo)游講解）
2.我國(guó)氣候類型復(fù)雜多樣，尤其是冬季，高低緯度間氣溫差異顯著，北方寒冷干燥，南方溫暖濕潤(rùn)。基于南北方氣候的明顯差異，本區(qū)的氣候可以這樣設(shè)計(jì)：“北京時(shí)間上午9：10機(jī)艙門打開，我們走下飛機(jī)，呼吸到了這里的新鮮空氣，盡管北方的這個(gè)季節(jié)已冰雪覆蓋，而這里卻綠意盎然。請(qǐng)兩名學(xué)生說出他們的感受：‘雖然是冬天，但并不冷，而且空氣濕度比較大。’”學(xué)生可以根據(jù)這一特點(diǎn)及本區(qū)的位置進(jìn)行小組討論，并推斷本區(qū)的氣候類型。（flash演示景觀、服飾圖片）
3.有人認(rèn)為了解一個(gè)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的水平可以通過觀察這個(gè)地區(qū)公廁的設(shè)置情況，但我認(rèn)為這個(gè)觀點(diǎn)有些片面。要想更直觀地了解一個(gè)地方的經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況莫過于逛商場(chǎng)，通過物價(jià)的對(duì)比很容易就能推斷出這個(gè)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r。所以本區(qū)“經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平”的教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)：讓學(xué)生逛商場(chǎng)，在逛商場(chǎng)的過程中學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)這里的物價(jià)比同等級(jí)別其他的城市高，這足以說明本區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平很高。同時(shí)可進(jìn)一步分析原因（falsh演示、學(xué)生分組分析，請(qǐng)一名學(xué)生扮演導(dǎo)游），為學(xué)習(xí)本區(qū)的“經(jīng)濟(jì)類型”設(shè)置懸念。
4.本區(qū)“經(jīng)濟(jì)類型”的設(shè)計(jì)：學(xué)生帶著本區(qū)屬于何種經(jīng)濟(jì)類型的懸念模擬參觀市區(qū)的一些工廠，參觀的同時(shí)，注意觀察有哪些工業(yè)部門。可以選擇一個(gè)工業(yè)部門，如服裝制造廠，讓學(xué)生思考：“工廠除廠址要布置在珠江三角洲之外，其他方面，如技術(shù)人員、資金、勞動(dòng)力、管理經(jīng)驗(yàn)來源及產(chǎn)品的銷售是通過什么渠道完成的？”從而引出珠江三角洲的經(jīng)濟(jì)類型及“前店后廠”的經(jīng)濟(jì)模式（flash模擬整個(gè)參觀過程和工業(yè)生產(chǎn)過程）。
5.“土地利用類型”的設(shè)計(jì)：在旅行馬上要結(jié)束的時(shí)候，學(xué)生都想近距離地領(lǐng)略本區(qū)的全景，于是登上了本區(qū)視野最廣、高度最高的一座建筑物，在觀察本區(qū)全景的同時(shí)，也清楚了本區(qū)的土地利用類型。（flash演示）
6.“城鎮(zhèn)化帶來的問題”的設(shè)計(jì)：在整個(gè)參觀過程中，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)本區(qū)存在一定的問題，如“人口過多、環(huán)境污染、生態(tài)破壞”等問題，從而引出城鎮(zhèn)化帶來的問題。
在地理學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生無法切身體會(huì)課本中提及的每一種事物，但可以通過虛擬的方式使教學(xué)內(nèi)容形象化、直觀化，撇開傳統(tǒng)教育枯燥乏味的弊端，有利于激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新精神，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力。
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【關(guān)鍵詞】虛擬仿真教學(xué)；基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)；應(yīng)用
醫(yī)學(xué)專業(yè)的實(shí)踐性較高，也是具有較強(qiáng)的科學(xué)性，而且在醫(yī)學(xué)的相關(guān)教育上所占的地位是十分重要的。在醫(yī)學(xué)的實(shí)驗(yàn)室中有些受到一定制約，例如：試題、標(biāo)本、試驗(yàn)試劑等等，在正常的試驗(yàn)內(nèi)容上進(jìn)行該規(guī)劃，進(jìn)行試驗(yàn)效果的預(yù)見和實(shí)驗(yàn)室物品的擺放，并且在過程中的還要考慮到運(yùn)行的成本，這樣的問題無疑是給醫(yī)學(xué)院的教師們提出了一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，無形之中提供了醫(yī)學(xué)實(shí)踐的質(zhì)量要求。所以，對(duì)于醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)來說，解放人力勞動(dòng)力，提升學(xué)生們對(duì)于醫(yī)學(xué)實(shí)踐和理論的興趣是促進(jìn)實(shí)驗(yàn)成功的前提，依托互聯(lián)網(wǎng)的資源共享是在醫(yī)學(xué)教學(xué)系統(tǒng)中較為重要的一部分。對(duì)于現(xiàn)有的仿真教學(xué)平臺(tái)與實(shí)踐相結(jié)合進(jìn)行良好的總結(jié)。
一、仿真技術(shù)的模擬
所謂的仿真技術(shù)就是創(chuàng)造一個(gè)提供體驗(yàn)的模擬社會(huì)，創(chuàng)建具有互動(dòng)性和真實(shí)性的具有感知的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，對(duì)于醫(yī)學(xué)的相關(guān)專業(yè)也是有輔助的功能，可以探索所有未知的領(lǐng)域及獲得一定的計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)。對(duì)于虛擬的仿真技術(shù)要完全依靠電腦進(jìn)行圖形上的修正和再現(xiàn)，這與傳統(tǒng)意義上的圖形再現(xiàn)是不同的，更為高科技更能讓大家所接受，例如：電影、電視等等。虛擬技術(shù)可以利用在查顯示畫面上，現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)硬件發(fā)展的更為速度，并且也是遍及這個(gè)領(lǐng)域的，例如：實(shí)踐上的教學(xué)和娛樂等等在操作上的預(yù)測(cè)等。但是現(xiàn)階段的虛擬仿真是深受教育界的信賴的，這對(duì)于醫(yī)學(xué)教育來說是質(zhì)量上的改革。
二、仿真技術(shù)教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)
很多醫(yī)科大學(xué)在申請(qǐng)了專利和科研經(jīng)費(fèi)，對(duì)醫(yī)學(xué)院的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)之間的結(jié)合，是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)用處較為廣泛的，針對(duì)每個(gè)不同的機(jī)構(gòu)和低于，制定出不同的學(xué)習(xí)平臺(tái)，對(duì)于醫(yī)學(xué)形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)自主學(xué)習(xí)要在平臺(tái)上設(shè)置3個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案，其中涵蓋了基礎(chǔ)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩個(gè)部分。大面積的提升了醫(yī)學(xué)教學(xué)的深度和涉及的廣度，擴(kuò)展了醫(yī)學(xué)教學(xué)的發(fā)展空間，加強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，形成較為有規(guī)模的實(shí)際場(chǎng)景醫(yī)學(xué)教學(xué)體系。
（一）智能自主學(xué)習(xí)平臺(tái)從1997年被研發(fā)開始，從計(jì)算機(jī)的仿真引擎到數(shù)據(jù)庫的處理、虛擬的環(huán)境頁面及互聯(lián)網(wǎng)的硬件平臺(tái)等等。學(xué)生和教師在實(shí)驗(yàn)過程中利用校園網(wǎng)在客戶端進(jìn)行真實(shí)場(chǎng)景的虛擬模仿，針對(duì)實(shí)驗(yàn)的標(biāo)本進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)上的虛擬操作。這樣的系統(tǒng)可以不受任何的時(shí)間、場(chǎng)地和實(shí)驗(yàn)品的限制，可以在電腦上進(jìn)行反復(fù)的操作，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和自主性的學(xué)習(xí)。這非常有利于學(xué)生進(jìn)行復(fù)習(xí)和預(yù)習(xí)，并且在考試過程中的可以得到更好的補(bǔ)充。
（二）形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)在虛擬仿真技術(shù)被研發(fā)的過程中，利用計(jì)算機(jī)的圖像處理和數(shù)據(jù)管理，通過多媒體的途徑進(jìn)行有形態(tài)的切片觀察，還可以用標(biāo)本展示的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。在沒有顯微鏡的情況下，可以微觀的進(jìn)行虛擬操作，例如，三維、虛擬展示來進(jìn)行具體操作，提升分倍率的技術(shù)上，還突破了纖維鏡本身，與病人的病理進(jìn)行充分結(jié)合，進(jìn)行自我并診斷自測(cè)和考試測(cè)評(píng)。對(duì)于學(xué)生來說，進(jìn)行管理端的功能模擬，例如：視頻的點(diǎn)擊量、對(duì)于虛擬環(huán)境的點(diǎn)播量、對(duì)于計(jì)算機(jī)的職能點(diǎn)讀量、計(jì)算課堂的自測(cè)和自身考察的模塊。
（三）人體解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)在計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)上進(jìn)行自主評(píng)估人體解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)通過自主學(xué)習(xí)進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)上的模擬測(cè)試，這是2006年經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)驗(yàn)性操作后，進(jìn)行向許多高校進(jìn)行使用。通過學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，在考試上和正常的自主學(xué)習(xí)上都是辨識(shí)度較為高的，在題型的選擇上和類型上都有較大的選擇性。根據(jù)學(xué)生的等不同，提醒也會(huì)隨著進(jìn)行變化。系統(tǒng)中有加大量的標(biāo)本展示和質(zhì)量較高圖像清晰的展示部分，這樣能提高學(xué)生對(duì)于解剖學(xué)的理解，針對(duì)不同結(jié)構(gòu)和自身出現(xiàn)的不同問題進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整和解決。
【關(guān)鍵詞】虛擬現(xiàn)實(shí);虛擬儀器;電子教學(xué)
2010年的年初，詹姆斯.卡梅隆的3D電影《阿凡達(dá)》席卷了全世界，這部電影完全顛覆了人們心目中傳統(tǒng)電影的概念，藝術(shù)表現(xiàn)技術(shù)發(fā)生了質(zhì)的飛躍，為全世界展現(xiàn)出了宏偉壯觀的視覺效果，特別利用了三維立體的電影技術(shù)，現(xiàn)在的電影藝術(shù)里已經(jīng)把這項(xiàng)技術(shù)作為重要的賣點(diǎn)。電影不僅讓觀眾深深體驗(yàn)到前所未有的三維的視覺和心靈的沖擊，同時(shí)3D技術(shù)也成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn)。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的成熟，3D技術(shù)應(yīng)用于越來越多的領(lǐng)域，除了全國(guó)人民都比較熟悉的3D電影技術(shù)，電視與游戲的3D技術(shù)也正在興起，同時(shí)虛擬社區(qū)的3D商店和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也逐漸走進(jìn)了高校的電子教學(xué)中。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在電子測(cè)量領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛，其中也包括電子設(shè)計(jì)和虛擬實(shí)驗(yàn)等。虛擬系統(tǒng)中的編程語言LabVIEW等課程是高校理工科學(xué)生和必修課程。目前國(guó)內(nèi)的大學(xué)都配有虛擬電子實(shí)驗(yàn)室，其中大量應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件。為了方便教學(xué)，學(xué)校專門建立虛擬電子實(shí)驗(yàn)圖像的交互式的教學(xué)平臺(tái)，由電子計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)，并且還可以對(duì)電路和虛擬實(shí)驗(yàn)的非損耗設(shè)備進(jìn)行定期檢測(cè)，教學(xué)設(shè)備的類型多樣，實(shí)驗(yàn)成本低且效率高。
一、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述
一般來說，只要是通過三維模型實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的操作就都可以被稱為虛擬現(xiàn)實(shí)的技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)的定義還可以用更為嚴(yán)格概念表述：就是指通過虛擬儀器的操作，然后應(yīng)用到相應(yīng)的實(shí)際場(chǎng)景中，并賦予這個(gè)場(chǎng)景一定的功能顯示。例如3D汽車模型，當(dāng)車輛的三維模型制作出來后，可以允許用戶選擇這個(gè)三維模型所處的背景，可以是運(yùn)行在城市或鄉(xiāng)村的路上，它允許用戶編寫動(dòng)作腳本為這個(gè)虛擬模型進(jìn)行定義，滿足各個(gè)要素后得到的才是最完整的“虛擬現(xiàn)實(shí)”。
虛擬現(xiàn)實(shí)還應(yīng)該具有以下的特點(diǎn)：
多感知性：這個(gè)特點(diǎn)是指虛擬現(xiàn)實(shí)不僅能夠表現(xiàn)出來計(jì)算機(jī)技術(shù)賦予的特點(diǎn)，通常它還具有聽覺、觸覺、運(yùn)動(dòng)甚至包括味覺、嗅覺的感知功能。
浸沒感：又稱臨場(chǎng)感知，這個(gè)特點(diǎn)是指模擬環(huán)境的仿真度達(dá)到理想的狀態(tài)，使身臨其境的用戶難以分辨真假，用戶全身心投入到計(jì)算機(jī)創(chuàng)建的三維虛擬環(huán)境中，所有的環(huán)境是真實(shí)的，就像在現(xiàn)實(shí)世界中一樣。
互動(dòng)性：用戶在虛擬環(huán)境中的可操作程度以及反饋程度，具體的說就是用戶可以通過直接接觸的方式來控制虛擬環(huán)境中的對(duì)象，并能感覺到物體的重量等具體信息，用戶也可以直接操控視覺對(duì)象。
構(gòu)想性：它是指虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以創(chuàng)造出一個(gè)廣泛的空間，可以通過想象擴(kuò)大用戶的認(rèn)知范圍，可以不受真實(shí)環(huán)境限制而隨意的想象，哪怕是現(xiàn)實(shí)環(huán)境中不可能發(fā)生的。
二、在電子教學(xué)中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)
現(xiàn)在我們所說的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的本質(zhì)主要是指人與計(jì)算機(jī)之間信息交流的技術(shù)，針對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)，我們可以把這一技術(shù)應(yīng)用于電子教學(xué)過程中，提高教學(xué)質(zhì)量。
1.虛擬教學(xué)與虛擬實(shí)驗(yàn)
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠?yàn)闉閷W(xué)習(xí)者提供豐富的學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)材料，借助于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，教師和學(xué)生可以在虛擬環(huán)境中觀察到一些關(guān)鍵問題，讓學(xué)生在親身體驗(yàn)中獲得實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，大大提高了他們對(duì)抽象知識(shí)的理解能力和對(duì)所學(xué)內(nèi)容的控制能力。虛擬實(shí)驗(yàn)主要是利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建立各種虛擬實(shí)驗(yàn)室，根據(jù)教學(xué)的需要可以在任何時(shí)間內(nèi)，并以任何形式虛擬各種各樣的教學(xué)設(shè)備，教學(xué)內(nèi)容可以不斷更新，使教學(xué)訓(xùn)練能夠與科技的發(fā)展速度同步，為學(xué)生提供生動(dòng)逼真的學(xué)習(xí)環(huán)境。
2.虛擬仿真校園
以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為基礎(chǔ)建立遠(yuǎn)程教育平臺(tái)，為學(xué)生提供移動(dòng)學(xué)習(xí)空間，因?yàn)楦咝U(kuò)招，目前學(xué)校的學(xué)生人數(shù)已經(jīng)達(dá)到了一定的規(guī)模，相比而言學(xué)校的教學(xué)資源出現(xiàn)了緊張的現(xiàn)象，遠(yuǎn)程教育通過課程目錄和網(wǎng)站程序的交互式遠(yuǎn)程教學(xué)，為每個(gè)遠(yuǎn)程終端開放繼續(xù)教育，可以提供更多的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)和專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)，也能為社會(huì)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。
三、虛擬儀器在電子教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)
在教學(xué)過程中，完整的測(cè)試儀器會(huì)由許多不同的儀器組成， 這些虛擬儀器和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互連，網(wǎng)絡(luò)模塊可以建立通信系統(tǒng)與遠(yuǎn)程應(yīng)用工具交流信息，通過互聯(lián)網(wǎng)電子郵件系統(tǒng)的功能為遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)造了有利條件。
虛擬儀器擁有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，它以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心技術(shù)，使用虛擬儀器可以很容易地測(cè)量變量，并且清晰的顯示測(cè)量分析的過程。而傳統(tǒng)儀器的測(cè)量存在一定誤差，虛擬儀器的測(cè)量速度快、精度高，優(yōu)勢(shì)比較明顯。
虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和測(cè)試是各種電子電路等電路虛擬實(shí)驗(yàn)的反饋，教師可以設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)“虛擬組件”和“虛擬測(cè)試儀”工作平臺(tái)，學(xué)生通過遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)后訪問學(xué)校的虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)，執(zhí)行應(yīng)用程序即可進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)，測(cè)試的結(jié)果和模擬分析過程都會(huì)存儲(chǔ)在磁盤上，有且于學(xué)生對(duì)于學(xué)習(xí)結(jié)果的鞏固。
虛擬電子實(shí)驗(yàn)室為學(xué)生創(chuàng)建了一個(gè)理想的測(cè)試環(huán)境，構(gòu)建新的教學(xué)模式，促進(jìn)學(xué)生的創(chuàng)新能力，教學(xué)結(jié)果的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)方案也可以選擇解決具體生活中的問題，如數(shù)字電路課程結(jié)束后，學(xué)生可以把虛擬實(shí)驗(yàn)室中的操作用于聲控?zé)簟?bào)警電路、控制電路和控制電子交通燈的電路設(shè)計(jì)，不僅可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，還有助于提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的動(dòng)手操作能力。教師還可以利用虛擬電子實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)一些高難度的綜合設(shè)計(jì)，例如數(shù)字鐘里的計(jì)數(shù)、譯碼和分頻電路對(duì)于鐘表數(shù)字顯示的控制，集成的組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路等，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的能力。
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關(guān)鍵詞：仿真教學(xué)；組織領(lǐng)導(dǎo)；資源建設(shè)；培訓(xùn)推廣
中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1673-8454(2012)01-0061-03
虛擬仿真技術(shù)包括仿真模擬技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)兩個(gè)領(lǐng)域。仿真模擬技術(shù)是指使用儀器設(shè)備、模型、計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)，以及利用場(chǎng)地、環(huán)境的布置，模仿出真實(shí)工作程序、工作環(huán)境、技術(shù)指標(biāo)、動(dòng)作要求，進(jìn)行科學(xué)研究、工業(yè)設(shè)計(jì)、模擬生產(chǎn)、教學(xué)訓(xùn)練和考核鑒定等的一項(xiàng)綜合技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是指用計(jì)算機(jī)生成的一種特殊環(huán)境，人可以通過使用各種特殊裝置將自己投入到這個(gè)環(huán)境中，并操作、控制環(huán)境，實(shí)現(xiàn)特殊的目的，成為這種環(huán)境的主宰。
虛擬仿真技術(shù)可以有效還原生產(chǎn)、建設(shè)、服務(wù)和管理崗位的“原生態(tài)”，為學(xué)習(xí)者提供技能訓(xùn)練所需要的“真實(shí)”環(huán)境、“真實(shí)”工藝、“真實(shí)”工具等，從而有效提高技能教學(xué)質(zhì)量。同時(shí)，可以降低教學(xué)成本、規(guī)避實(shí)訓(xùn)危險(xiǎn)、降低環(huán)境污染、實(shí)現(xiàn)綠色教育。因此，虛擬仿真教學(xué)是深化教育教學(xué)思想、內(nèi)容、方法、手段、模式改革，推動(dòng)職業(yè)院校內(nèi)涵建設(shè)的一個(gè)重要突破口。為此，教育部在《關(guān)于全面提高高等職業(yè)教育教學(xué)質(zhì)量的若干意見》中明確提出“要充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)，開發(fā)虛擬工廠、虛擬車間、虛擬工藝、虛擬實(shí)驗(yàn)”。各高職院校應(yīng)多措并舉，有力推進(jìn)虛擬仿真教學(xué)改革。
一、加強(qiáng)組織領(lǐng)導(dǎo)，創(chuàng)造濃厚氛圍
開展虛擬仿真教學(xué)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，其技術(shù)本身的高端性、復(fù)雜性等特點(diǎn)，決定其應(yīng)用成本較高，資源建設(shè)和教學(xué)組織較難。因此，必須得到學(xué)校的大力支持，加強(qiáng)組織領(lǐng)導(dǎo)，落實(shí)責(zé)任任務(wù)。
1.成立分層領(lǐng)導(dǎo)組織
首先，要成立院級(jí)虛擬仿真教學(xué)工作領(lǐng)導(dǎo)小組，由主管院長(zhǎng)牽頭，各教學(xué)單位和教學(xué)管理單位的主要負(fù)責(zé)人為成員。各級(jí)負(fù)責(zé)人要高度重視虛擬仿真教學(xué)工作，做到有組織、有計(jì)劃、有措施、有檢查、有總結(jié)、有推廣。
其次，要成立各重點(diǎn)專業(yè)的虛擬仿真教學(xué)工作組。由系主任牽頭，專業(yè)帶頭人為主要負(fù)責(zé)人，骨干教師和合作企業(yè)負(fù)責(zé)人為主要成員。根據(jù)專業(yè)技能教學(xué)特點(diǎn)，通過購買引進(jìn)、校企合作開發(fā)、自主開發(fā)等多種途徑建設(shè)適用的虛擬仿真教學(xué)軟件，科學(xué)布局虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地，開展虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)，總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)并進(jìn)行示范推廣。
2.建立政策法規(guī)進(jìn)行引導(dǎo)激勵(lì)
首先，將開展虛擬仿真教學(xué)工作做為教育教學(xué)改革重要項(xiàng)目，結(jié)果做為考核教學(xué)單位工作的重要指標(biāo)。其次，將教師開展虛擬仿真教學(xué)的成果做為評(píng)聘獎(jiǎng)優(yōu)傾斜條件，對(duì)于積極進(jìn)行虛擬仿真教學(xué)軟件開發(fā)及應(yīng)用研究的教師，通過制定相關(guān)激勵(lì)政策，從職稱評(píng)聘、成果獎(jiǎng)勵(lì)、科研經(jīng)費(fèi)等方面進(jìn)行鼓勵(lì)，為他們提供必要的條件，在全院形成良好的風(fēng)氣和氛圍。再次，給予虛擬仿真教學(xué)立項(xiàng)資金等條件扶持，為完成項(xiàng)目提供最大保障。要加大資金投入，加強(qiáng)資金管理，做到專款專用，接受監(jiān)督檢查，切實(shí)保障項(xiàng)目順利完成。
通過以上舉措，使“推廣虛擬仿真技術(shù)，提高實(shí)踐教學(xué)水平，加快實(shí)現(xiàn)教育現(xiàn)代化”的理念內(nèi)化成廣大教師的共識(shí)，并將其付諸于實(shí)際行動(dòng)。
二、廣辟渠道，建設(shè)虛擬仿真教學(xué)資源
虛擬仿真教學(xué)資源是利用現(xiàn)代信息技術(shù)開發(fā)的虛擬工廠、虛擬車間、虛擬工藝、虛擬實(shí)驗(yàn)等等，可以解決實(shí)踐教學(xué)中“看不見、進(jìn)不去、動(dòng)不了、難再現(xiàn)”等客觀難題，減少資源消耗與環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)的信息化、智能化、現(xiàn)代化。虛擬仿真教學(xué)資源是開展虛擬仿真教學(xué)的必要條件。“巧婦難為無米之炊”，所以，學(xué)校應(yīng)該舍得投入，按照“引進(jìn)一部分、合作開發(fā)一部分、自主研發(fā)一部分”的虛擬仿真資源建設(shè)新思路進(jìn)行統(tǒng)籌安排。
1.購買引進(jìn)
該決策依據(jù)是：所需求的軟件已經(jīng)被同類院校的專業(yè)廣泛認(rèn)可和應(yīng)用，效果良好，尤其是那些教學(xué)急需的高端產(chǎn)品，應(yīng)該采取這種“花錢拿來主義”的模式。
2.合作開發(fā)
此決策依據(jù)是，所需求的軟件沒有成熟的產(chǎn)品，專業(yè)教師能夠提出明確的需求，能夠提供科學(xué)準(zhǔn)確的教學(xué)設(shè)計(jì)，借助專業(yè)IT公司的技術(shù)力量和項(xiàng)目組織能力，能夠開發(fā)出專業(yè)級(jí)的應(yīng)用軟件。要探索創(chuàng)設(shè)高水平的合作模式，將優(yōu)秀企業(yè)力量引進(jìn)來，緊密合作，互惠互利，同步帶動(dòng)學(xué)校師資專業(yè)發(fā)展、技能人才培養(yǎng)、軟件產(chǎn)品研發(fā)的水平提高。實(shí)踐證明，院校的教學(xué)設(shè)計(jì)與優(yōu)秀IT企業(yè)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)有機(jī)結(jié)合，是研發(fā)優(yōu)秀虛擬仿真資源的捷徑。
虛擬仿真教學(xué)軟件的研制過程一定要與相關(guān)企業(yè)緊密合作，軟件設(shè)計(jì)應(yīng)該是教學(xué)專家、行業(yè)專家和軟件制作專家三方合作的結(jié)果。要以教學(xué)專家為主導(dǎo)，實(shí)施優(yōu)秀的教學(xué)設(shè)計(jì)，編寫制作腳本，要有行業(yè)專家實(shí)施技術(shù)指導(dǎo)，還要有軟件專家實(shí)施創(chuàng)新制作，才能研發(fā)出科學(xué)的、適宜的、理實(shí)結(jié)合的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)軟件。
3.自主研發(fā)
此決策依據(jù)是，所需求軟件的開發(fā)技術(shù)難度和復(fù)雜性相對(duì)較低，專業(yè)教師能夠提出明確的需求，能夠提供科學(xué)準(zhǔn)確的教學(xué)設(shè)計(jì)，學(xué)校具有軟件開發(fā)技術(shù)支持隊(duì)伍。
威海職業(yè)學(xué)院作為首批國(guó)家示范性高職院校，非常重視虛擬仿真教學(xué)在技能人才培養(yǎng)中的作用，積極開展虛擬仿真教學(xué)資源建設(shè)，建設(shè)了專門的教學(xué)資源研發(fā)中心。目前購買引進(jìn)、合作開發(fā)、自主研發(fā)的虛擬仿真資源已成規(guī)模，并廣泛應(yīng)用于數(shù)控技術(shù)、機(jī)械設(shè)計(jì)與制造、電氣自動(dòng)化技術(shù)等20多個(gè)專業(yè)，平均每學(xué)期有2000多名學(xué)生使用虛擬仿真軟件進(jìn)行知識(shí)和技能的學(xué)習(xí)，有效提高了實(shí)踐教學(xué)的質(zhì)量與效率。
三、加大技術(shù)支持和培訓(xùn)推廣力度
1.建立專門的工作室和技術(shù)支持隊(duì)伍
虛擬仿真教學(xué)資源開發(fā)技術(shù)較難，依賴教師個(gè)體不現(xiàn)實(shí)。專業(yè)教師應(yīng)將主要精力用于教學(xué)設(shè)計(jì)、腳本撰寫，開發(fā)制作應(yīng)由專業(yè)技術(shù)人員完成。采用這種模式，既可以保證資源的質(zhì)量，又有利于提高專業(yè)教師研發(fā)、使用虛擬仿真資源的積極性，否則，大多會(huì)“知難而退”。
威海職業(yè)學(xué)院成立了教學(xué)資源研發(fā)中心，組建了虛擬仿真資源開發(fā)技術(shù)團(tuán)隊(duì)，投資20多萬元配備了高檔次的開發(fā)硬軟件，為開展虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)提供技術(shù)支持。目前已完成多個(gè)虛擬仿真資源建設(shè)，其中獨(dú)立開發(fā)的“威海職業(yè)學(xué)院虛擬校園”，通過漫游和導(dǎo)游等方式，全方位立體逼真地展現(xiàn)了我院全貌，恢弘、美麗、壯觀，成為學(xué)院參加全國(guó)大賽課件、軟件的重要支撐載體。
2.開展形式多樣的培訓(xùn)
盡管繼多媒體、網(wǎng)絡(luò)時(shí)代之后，人們已經(jīng)開始進(jìn)入虛擬現(xiàn)實(shí)時(shí)代，但是由于資源缺乏和宣傳不夠，很多地區(qū)和教育工作者對(duì)虛擬仿真技術(shù)了解不多。為了普及虛擬仿真技術(shù)，發(fā)展環(huán)保綠色實(shí)訓(xùn)，推動(dòng)教學(xué)尤其是實(shí)踐教學(xué)的信息化、現(xiàn)代化，應(yīng)加大虛擬仿真技術(shù)培訓(xùn)力度，進(jìn)行理論與政策宣傳、開發(fā)與技術(shù)交流、應(yīng)用與經(jīng)驗(yàn)推廣、成果展示與等，以推動(dòng)教育教學(xué)改革，建立具有顯著職業(yè)特征的，高質(zhì)量、高效率、低消耗（低排放）全新的教育教學(xué)模式。
培訓(xùn)可以采取“請(qǐng)進(jìn)來、走出去”等多種途徑，包括聘請(qǐng)專家、專業(yè)技術(shù)人員來校講座、實(shí)地考察、共同研討建設(shè)方案；參加專門培訓(xùn)班等，多管齊下，提高教師應(yīng)用和開發(fā)虛擬仿真教學(xué)軟件的水平。
3.以研發(fā)項(xiàng)目為載體，帶動(dòng)虛擬仿真軟件開發(fā)和應(yīng)用實(shí)踐與研究
“項(xiàng)目導(dǎo)向、任務(wù)驅(qū)動(dòng)”不僅是有效的職業(yè)教學(xué)模式，也是開發(fā)與應(yīng)用虛擬仿真教學(xué)軟件的有效有段。仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)軟件是以實(shí)際崗位為背景的，整個(gè)教學(xué)、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容緊緊圍繞職業(yè)、崗位核心能力。如何實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)目標(biāo)，如何滿足崗位需求，在進(jìn)行虛擬仿真軟件開發(fā)立項(xiàng)時(shí)，就直觀地?cái)[在了職業(yè)院校專業(yè)教師面前，項(xiàng)目研制老師會(huì)感到壓力，感到教學(xué)改革的必要性與提高職業(yè)院校教師實(shí)操技能的緊迫性。所以，以研發(fā)項(xiàng)目為載體，可以激發(fā)廣大職業(yè)院校教師自覺學(xué)技能、苦練真功夫的積極性。
四、以建設(shè)“仿真實(shí)訓(xùn)示范基地”為抓手，全面推進(jìn)虛擬仿真教學(xué)改革
“仿真實(shí)訓(xùn)示范基地”是中國(guó)教育技術(shù)協(xié)會(huì)仿真技術(shù)專委會(huì)于2008年啟動(dòng)的項(xiàng)目，旨在在仿真技術(shù)專委會(huì)的指導(dǎo)下，在IT企業(yè)的幫助與大力支持下，通過3~5年的努力，使“基地”在使用虛擬仿真技術(shù)開展仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)方面取得明顯的效果，成為使用現(xiàn)代教育技術(shù)促進(jìn)職業(yè)教育現(xiàn)代化的窗口，對(duì)中國(guó)職業(yè)教育尤其在技能實(shí)訓(xùn)現(xiàn)代化教學(xué)方面起到示范與引領(lǐng)作用。
在“仿真實(shí)訓(xùn)示范基地”的建設(shè)中，職業(yè)院校需重新優(yōu)化實(shí)訓(xùn)基地的布局，形成虛實(shí)結(jié)合的現(xiàn)代化技能實(shí)訓(xùn)模式，著力改善“實(shí)訓(xùn)成本高，效率低、資源消耗大、污染環(huán)境”等弊端，提高專業(yè)教師的教學(xué)設(shè)計(jì)能力和企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐能力，推進(jìn)高技能人才培養(yǎng)手段的信息化、現(xiàn)代化，同時(shí)形成校企合作新模式。
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【關(guān)鍵詞】虛擬現(xiàn)實(shí)課程；教學(xué)；應(yīng)用研究
傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，教師們多沿用指導(dǎo)法，傳授法等文字教導(dǎo)方式。隨著信息科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，虛擬現(xiàn)實(shí)課程開始走進(jìn)了教學(xué)課堂，通過結(jié)合學(xué)科課程的課程特點(diǎn)，虛擬現(xiàn)實(shí)課程可以創(chuàng)造出一個(gè)“引人入勝”的情景，學(xué)生不但能夠通過虛擬現(xiàn)實(shí)掌握課程知識(shí)，還能進(jìn)一步提高學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)造性。虛擬現(xiàn)實(shí)課程應(yīng)用到教學(xué)中去，一方面可以充分發(fā)揮出學(xué)生的主體性，讓學(xué)生在虛擬環(huán)境中得到真實(shí)感受；另一方面也可以加強(qiáng)學(xué)生自身對(duì)課程的認(rèn)識(shí)，化被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)。目前，虛擬現(xiàn)實(shí)課程在教學(xué)中的應(yīng)用主要涉及以下方面：
一、虛擬現(xiàn)實(shí)課程在課堂教學(xué)中的應(yīng)用
課堂教學(xué)是進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)的主要手段，而課堂也是進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)課程教學(xué)的最重要場(chǎng)所。虛擬現(xiàn)實(shí)可以根據(jù)課程學(xué)科的不同，在課堂教學(xué)發(fā)揮出不同的功效。
（一）呈現(xiàn)一個(gè)立體感
課堂教學(xué)的過程中經(jīng)常要涉及到一些實(shí)物的展示和立體空間的重現(xiàn)等情況。傳統(tǒng)的教學(xué)因?yàn)闂l件限制的因素，在實(shí)物展示方面：老師往往只能通過FLASH技術(shù)展示一些圖片，或者去找一些相關(guān)物體讓學(xué)生有一個(gè)大概的了解。在空間重現(xiàn)方面：也只能夠通過教師的文字描繪來激發(fā)學(xué)生的想象，在學(xué)生的腦海中建立一個(gè)模糊的空間。
通過虛擬現(xiàn)實(shí)課堂，老師可以在課堂上呈現(xiàn)出立體感，讓學(xué)生有真實(shí)感受。
首先，在實(shí)物展示方面：可以通過虛擬現(xiàn)實(shí)，創(chuàng)造一個(gè)跟實(shí)物一樣的三維物體。例如使用Cult3D動(dòng)態(tài)顯示高質(zhì)量的圖像給以學(xué)生更為真實(shí)的實(shí)物感受，又如使用VRML動(dòng)態(tài)顯示已經(jīng)制作好的集合模型和實(shí)時(shí)建模，學(xué)生通過多角度去觀察，自然會(huì)得到更好的學(xué)習(xí)效果。這樣一來，一方面教師可以省略制作實(shí)物的時(shí)間，另一方面，也可以促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。
其次，在空間重現(xiàn)方面：通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以徹底打破空間對(duì)學(xué)生想象力的限制，不僅能在學(xué)生頭腦中建立空間，還可以讓學(xué)生看得見，摸得著。例如機(jī)電專業(yè)進(jìn)行教學(xué)時(shí)，可以讓學(xué)生進(jìn)入虛擬發(fā)電廠內(nèi)，這樣學(xué)生就可以通過對(duì)發(fā)電機(jī)的仔細(xì)研究，了解發(fā)電機(jī)內(nèi)的各部件工作情況和部件之間的關(guān)系，并對(duì)發(fā)電機(jī)的發(fā)電過程進(jìn)行更為詳細(xì)的了解。虛擬現(xiàn)實(shí)帶來的這些視覺沖擊，給以人的真實(shí)感受，是獨(dú)一無二的，是普通的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)無法比擬的。
（二）構(gòu)造虛擬場(chǎng)景
所謂虛擬場(chǎng)景，實(shí)際上也就是虛構(gòu)一個(gè)人文環(huán)境。顧名思義，教學(xué)中的虛擬場(chǎng)景，就是指構(gòu)造一個(gè)適合進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)的場(chǎng)景，虛擬情景的構(gòu)造，有助于調(diào)動(dòng)學(xué)生的想象和聯(lián)想能力。在這一過程中，教師可幫助學(xué)生開啟思維，讓學(xué)生學(xué)會(huì)去感受去體驗(yàn)。同時(shí)也有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，“興趣是最好的老師”，沒有興趣，也就不會(huì)具有學(xué)習(xí)的欲望，所以只有濃厚的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生才不會(huì)覺得學(xué)習(xí)是一種負(fù)擔(dān)，而是一種樂趣，才會(huì)有探究的欲望與動(dòng)力。
在傳統(tǒng)的課程教學(xué)活動(dòng)中，老師經(jīng)常通過語言文字或者視頻圖片等輔助資料來創(chuàng)設(shè)課程情景，在這樣的情境中，學(xué)生只能機(jī)械化被動(dòng)的接受知識(shí)，對(duì)于場(chǎng)景的真實(shí)性更是無從考究。但是，通過虛擬現(xiàn)實(shí)課程的實(shí)現(xiàn)可以彌補(bǔ)這些不足，例如在英語教學(xué)中，學(xué)生可以和虛擬的外國(guó)朋友一起進(jìn)行外語交流，通過外語交流的不斷加深，能有效提高學(xué)生的口語水平。再如，在現(xiàn)代歷史課教學(xué)中，學(xué)生可以通過和虛擬的歷史偉大人物如總理等一起進(jìn)行交流，通過歷史偉大人物的事跡感化學(xué)生，了解歷史，從而達(dá)到激發(fā)自己前進(jìn)的目的。無疑，這些真實(shí)的虛擬場(chǎng)景是傳統(tǒng)的課程教學(xué)方式所無法給與的。
二、虛擬現(xiàn)實(shí)課程在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用
由于條件限制的原因，學(xué)校往往會(huì)因?yàn)榻?jīng)費(fèi)問題而沒有完善的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地，進(jìn)而導(dǎo)致一些實(shí)驗(yàn)性較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)無法正常進(jìn)行。通過虛擬現(xiàn)實(shí)課程，可以彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)這些方面的不足，還學(xué)生一個(gè)實(shí)驗(yàn)戰(zhàn)場(chǎng)，學(xué)生可以正常進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)，并且能獲得與平常實(shí)驗(yàn)一樣的真實(shí)感受。
例如，可以在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上建立虛擬實(shí)驗(yàn)室，那么學(xué)生就可以通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)入到虛擬的實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，實(shí)驗(yàn)儀器雖然是虛擬而成的，但是學(xué)生卻能感受到實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性，這樣學(xué)生就可以通過操作來求證實(shí)驗(yàn)并得出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)論證結(jié)果。虛擬實(shí)驗(yàn)只是一個(gè)空間感受，既不占用器材，也不會(huì)因?yàn)闀r(shí)間或者空間場(chǎng)地問題而受到限制，可供學(xué)生多次操作使用，直到學(xué)生得出實(shí)驗(yàn)論證結(jié)果。其外，虛擬實(shí)驗(yàn)室的絕對(duì)安全性這一大優(yōu)點(diǎn)，可以讓學(xué)生免除受傷害顧慮，可以放手去做一些平時(shí)覺得危害性和危險(xiǎn)性強(qiáng)而不敢動(dòng)手的實(shí)驗(yàn)，例如物理實(shí)驗(yàn)中的涉及到放射性物質(zhì)和有毒物質(zhì)的核反應(yīng)實(shí)驗(yàn)。通過這種實(shí)驗(yàn)性的學(xué)習(xí)方式，不但可以提高學(xué)生的動(dòng)手能力，還可培養(yǎng)學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)探究能力。
三、虛擬現(xiàn)實(shí)課程在教學(xué)場(chǎng)地的應(yīng)用
一直以來，進(jìn)行課程教學(xué)的教學(xué)場(chǎng)地僅僅局限于課堂，在課堂這樣一個(gè)枯燥狹窄的空間下，不但不利于學(xué)生思維的發(fā)散，更不利于學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)。
試想一下，如果你終日處于一個(gè)只有四面墻，毫無生氣活力的環(huán)境氛圍下，你還會(huì)有學(xué)習(xí)的興致嗎？你還會(huì)有學(xué)習(xí)的斗志嗎？就算有，也許也會(huì)被周圍的枯燥單一化的氣味給蓋過。例如：在進(jìn)行教學(xué)時(shí)，學(xué)生僅僅能在黑板上看到老師列出的文字資料，條件好些的，或許還能看到多媒體技術(shù)播放出來的圖片或者視頻等，這樣的教學(xué)場(chǎng)地條件，帶給學(xué)生和老師的僅僅是文字上的交流，對(duì)于老師和學(xué)生之間的靈活流嚴(yán)重缺少催化作用。通過應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)課程，構(gòu)建虛擬教室，可以解決教學(xué)場(chǎng)地問題，讓因教學(xué)場(chǎng)地單一化而產(chǎn)生的問題得到一定程度上的解決。虛擬教室是通過虛擬構(gòu)造的學(xué)習(xí)環(huán)境，其允許身處異地的教師和學(xué)生進(jìn)行大多數(shù)教學(xué)活動(dòng)。虛擬教室的出現(xiàn)徹底打破了傳統(tǒng)教學(xué)中人機(jī)互動(dòng)的局限性，它能促進(jìn)學(xué)生與機(jī)器之間進(jìn)行互動(dòng)性學(xué)習(xí)，學(xué)生面對(duì)的不再是屏幕上，黑板上冷冰冰的文字圖片信息，而是活生生的人。這種學(xué)習(xí)模式是雙向性的，學(xué)生可以看到老師的板書，老師的對(duì)課程的講解；老師也可以看到學(xué)生在課堂上的表現(xiàn)，可以聽到學(xué)生提出的問題并未知解答。就如老師和學(xué)生進(jìn)行“面對(duì)面”學(xué)習(xí)一樣。學(xué)生和老師無論在任何地方都可以通過網(wǎng)絡(luò)和老師建立虛擬教室，進(jìn)行隨心所欲的學(xué)習(xí)，順利完成教學(xué)的各項(xiàng)活動(dòng)。虛擬教室把教學(xué)場(chǎng)所從課堂延伸到課外，從校園延伸到校外，從家中延伸到戶外，這一種突破空間局限性的學(xué)習(xí)模式，不但可以拉近師生之間的距離，同時(shí)對(duì)于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和教學(xué)效率也有一定的成效。
四、結(jié)語
虛擬現(xiàn)實(shí)課程可以從多視角進(jìn)行教學(xué)，其超越真實(shí)的高度模擬性能十分適合應(yīng)用到各級(jí)別的教學(xué)活動(dòng)中。
教學(xué)活動(dòng)是一個(gè)傳授知識(shí)的過程，通過虛擬現(xiàn)實(shí)課程的實(shí)現(xiàn)能讓學(xué)生親身感受進(jìn)而對(duì)所學(xué)過的知識(shí)進(jìn)行鞏固。隨著信息科學(xué)與技術(shù)的不斷進(jìn)步，虛擬現(xiàn)實(shí)課程的實(shí)施將會(huì)成為教師進(jìn)行有效教學(xué)中的一件利器，發(fā)揮出其特有的光芒。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：虛擬教學(xué)系統(tǒng)；結(jié)構(gòu)；功能
一、虛擬教學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)涵與特征分析
(一)虛擬教學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)涵
1.虛擬的內(nèi)涵
什么是虛擬，虛擬可以看著是對(duì)現(xiàn)實(shí)的一種模仿、模擬、虛構(gòu)等。在這里我們主要討論的是基于數(shù)字化技術(shù)的虛擬，數(shù)字化的虛擬是建立在現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)的基礎(chǔ)上的一種具有時(shí)空超越性的虛擬。因此，我們把虛擬界定為：以數(shù)字化方式對(duì)自然事物或社會(huì)事務(wù)及其過程的模擬，其中也包括在客觀基礎(chǔ)上通過發(fā)揮人的想象力而產(chǎn)生的對(duì)于某些非現(xiàn)實(shí)的事物的數(shù)字化建構(gòu)。數(shù)字化虛擬具有超現(xiàn)實(shí)的特征，但它不等于現(xiàn)實(shí)。
2.虛擬教學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)涵
虛擬教學(xué)系統(tǒng)是建立在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)之上的，虛擬教學(xué)系統(tǒng)與傳統(tǒng)教學(xué)系統(tǒng)不同，它通過刺激多種感官，使人沉浸于其中，同時(shí)與這個(gè)逼真的環(huán)境進(jìn)行交互，從而達(dá)到快速學(xué)習(xí)、真實(shí)體驗(yàn)生活經(jīng)驗(yàn)和提高能力的目的。系統(tǒng)科學(xué)認(rèn)為，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)整體存在的基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)的變化導(dǎo)致系統(tǒng)整體性能的變化，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)決定系統(tǒng)的功能。從系統(tǒng)科學(xué)的角度上來看，虛擬教學(xué)系統(tǒng)與傳統(tǒng)教學(xué)系統(tǒng)相比結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，其中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在虛擬教學(xué)系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用；其次，從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要素之間關(guān)系的變化來看，虛擬教學(xué)系統(tǒng)要素之間的相互作用和內(nèi)在聯(lián)系更緊密更復(fù)雜。
(二)虛擬教學(xué)系統(tǒng)的特征分析
1.沉浸性(immersion)
沉浸性(immersion)又稱臨場(chǎng)感，指學(xué)習(xí)者感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實(shí)程度。沉浸性是學(xué)習(xí)者對(duì)虛擬世界中的真實(shí)感，此種真實(shí)感將使學(xué)習(xí)者難以覺察、分辨出其自身正處于一個(gè)由計(jì)算機(jī)生成的虛擬環(huán)境中，沉浸性是使人具有逼真感之根本。建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論提倡給學(xué)習(xí)者提夠真實(shí)的學(xué)習(xí)環(huán)境，使學(xué)習(xí)者主動(dòng)形成意義建構(gòu)，虛擬教學(xué)系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)就在于它能使學(xué)習(xí)者沉浸具有逼真感的三維立體學(xué)習(xí)環(huán)境中。這樣為學(xué)習(xí)者主動(dòng)形成意義建構(gòu)提供了可靠的保證。
2.交互性(interaction)
交互性(interaction)是指學(xué)習(xí)者對(duì)虛擬世界中的物體的可操作性，交互性不僅要有人機(jī)交互，更重要的是數(shù)字技術(shù)使人們通過網(wǎng)絡(luò)輕松實(shí)現(xiàn)人與人之間的溝通與交流。交互可以理解為一種雙向的交流，在教學(xué)過程中體現(xiàn)為學(xué)生與教師、學(xué)生與學(xué)習(xí)資源、學(xué)生與學(xué)生之間的相互交流。在虛擬教學(xué)系統(tǒng)中，通過學(xué)生與老師之間的有效交流，幫助學(xué)生將新知識(shí)同舊知識(shí)聯(lián)系起來，從而達(dá)到構(gòu)建新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)的目的。
3.構(gòu)想性(imagination)
構(gòu)想性(imagination)是指學(xué)習(xí)者在虛擬世界的多維信息空間中，依靠自身的感知和認(rèn)知能力可全方位地獲取知識(shí)，發(fā)揮主觀能動(dòng)性，尋求對(duì)問題的完美解決。研究和開發(fā)虛擬教學(xué)系統(tǒng)的根本目的旨在擴(kuò)展人類的認(rèn)知與感知能力，建立和諧的人機(jī)環(huán)境，在虛擬教學(xué)系統(tǒng)提供和諧的人機(jī)環(huán)境中，學(xué)習(xí)者主體地位充分得到體現(xiàn)。構(gòu)想性強(qiáng)調(diào)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)具有廣闊的可想象空間，可拓寬人類認(rèn)知范圍，不僅可再現(xiàn)真實(shí)存在的環(huán)境，也可以隨意構(gòu)想客觀不存在的甚至是不可能發(fā)生的環(huán)境。
4.多感知性(Multi－Sensory)
所謂多感知是指除了一般計(jì)算機(jī)技術(shù)所具有的視覺感知之外，還有聽覺感知、力覺感知、觸覺感知、運(yùn)動(dòng)感知，甚至包括味覺感知、嗅覺感知等。從虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展角度上來看，理想的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)該具有一切人所具有的感知功能。由于相關(guān)技術(shù)，特別是傳感技術(shù)的限制，目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所具有的感知功能僅限于視覺、聽覺、力覺、觸覺、運(yùn)動(dòng)等幾種。
二、虛擬教學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)探討
(一)虛擬教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路
虛擬教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是建立在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基礎(chǔ)之上的，讓學(xué)習(xí)者沉浸具有逼真感的三維立體學(xué)習(xí)環(huán)境中是我們?cè)O(shè)計(jì)的主要目標(biāo)之一。因此，我們的設(shè)計(jì)就是要在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下給學(xué)習(xí)者建立一個(gè)逼真的三維學(xué)習(xí)環(huán)境和情景，讓學(xué)習(xí)者開展自主性學(xué)習(xí)、協(xié)作性學(xué)習(xí)、探究性學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)思想下開發(fā)出來，充分利用三維學(xué)習(xí)環(huán)境和情景，通過漫游、協(xié)作、會(huì)話、研討，使學(xué)習(xí)者主動(dòng)形成意義建構(gòu)。
(二)虛擬教學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
虛擬教學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要是能給學(xué)習(xí)者建立一個(gè)逼真的三維學(xué)習(xí)環(huán)境，讓學(xué)生在“真實(shí)”的環(huán)境下學(xué)習(xí)。因此，本系統(tǒng)由虛擬角色、虛擬課堂、虛擬課外、虛擬實(shí)驗(yàn)、虛擬社區(qū)等模塊組成。如圖1所示。
1.虛擬角色
在虛擬教學(xué)系統(tǒng)中，學(xué)習(xí)者可以設(shè)定或者選定自己喜歡的虛擬角色，如同三維游戲一樣，虛擬角色模塊能讓學(xué)習(xí)者有身臨其境的沉浸感，學(xué)習(xí)者能以第一人稱方式在虛擬教學(xué)系統(tǒng)中漫游，積極主動(dòng)學(xué)習(xí)。
2.虛擬課堂
與傳統(tǒng)課堂相比，虛擬課堂模塊能給學(xué)生創(chuàng)建類似真實(shí)世界的三維場(chǎng)景，讓學(xué)生沉浸其中，讓課堂教學(xué)更加輕松、自然。
3.虛擬課外
眾所周知開展高質(zhì)量的課外活動(dòng)和課堂教學(xué)是一件很難的事情，其中一個(gè)重要的原因就是缺乏必要的場(chǎng)所和條件，而虛擬課外模塊能提供一切可能的學(xué)習(xí)條件。
4.虛擬實(shí)驗(yàn)
虛擬實(shí)驗(yàn)有成本低、無危險(xiǎn)、功能全、網(wǎng)路化等優(yōu)點(diǎn)。虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)K能給學(xué)生提供一種全新的實(shí)驗(yàn)方式，在時(shí)間上，學(xué)生能隨時(shí)隨地地做實(shí)驗(yàn)；在內(nèi)容上，虛擬實(shí)驗(yàn)提供的內(nèi)容更加豐富；在方式上，虛擬實(shí)驗(yàn)的方式更加靈活。
5.虛擬社區(qū)
在校學(xué)生缺乏社會(huì)生活經(jīng)驗(yàn)，我們可以通過虛擬社區(qū)模塊給學(xué)生創(chuàng)建真實(shí)的社會(huì)生活場(chǎng)景，例如爬山、野外露營(yíng)、過馬路、購物、禮儀活動(dòng)等。虛擬社區(qū)就如同一個(gè)社會(huì)大家庭，學(xué)習(xí)者可以在這里增加生活經(jīng)驗(yàn)、增長(zhǎng)知識(shí)、豐富情感體驗(yàn)，等等。
三、虛擬教學(xué)系統(tǒng)的功能探討
(一)虛擬課堂教學(xué)――全方位、多角度呈現(xiàn)方式
虛擬教學(xué)系統(tǒng)可以進(jìn)行實(shí)物虛擬化，虛擬各種人物，創(chuàng)建虛擬課堂。利用虛擬教學(xué)系統(tǒng)。可以突破傳統(tǒng)教科書的限制，使每一位學(xué)習(xí)者都可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，按照適合于自己的方式和速度進(jìn)行學(xué)習(xí)。利用虛擬教學(xué)系統(tǒng)，使學(xué)生自主控制人機(jī)交互和身臨其境在虛擬場(chǎng)景中。利用虛擬教學(xué)系統(tǒng)，還可恰如其分地演示一些復(fù)雜的、抽象的、不宜直接觀察的自然過程和現(xiàn)象，全方位、多角度地展示教學(xué)內(nèi)容。
(二)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)――高效率模擬真實(shí)環(huán)境下的實(shí)驗(yàn)
在教學(xué)中，由于受昂貴價(jià)格的限制而無法普及或有許多實(shí)驗(yàn)是根本不可能做的，如果利用虛擬教學(xué)系統(tǒng)，建立虛擬實(shí)驗(yàn)室，學(xué)習(xí)者身臨其境般的操作虛擬儀器，進(jìn)行各種虛擬實(shí)驗(yàn)。虛擬實(shí)驗(yàn)既不消耗器材，也不受場(chǎng)地等外界條件限制，有絕對(duì)的安全性。因此，虛擬實(shí)驗(yàn)可以解決在教學(xué)中，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地、實(shí)驗(yàn)安全性、教學(xué)經(jīng)費(fèi)等方面的原因而無法進(jìn)行的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，從而提高實(shí)驗(yàn)效率，有效節(jié)約教育成本。
(三)虛擬遠(yuǎn)程教育――“真實(shí)”環(huán)境中遠(yuǎn)程教育
虛擬教學(xué)系統(tǒng)在遠(yuǎn)程教育中的作用尤為重要，在遠(yuǎn)程教育中最大的難點(diǎn)就是師生之間交互難的問題。由于師生之間缺乏類似傳統(tǒng)教育中師生面對(duì)面的交流和交互，遠(yuǎn)程教育中的學(xué)習(xí)者缺乏認(rèn)同感和歸屬感，學(xué)習(xí)效率低下。而虛擬教學(xué)系統(tǒng)可以給遠(yuǎn)程教育創(chuàng)造一個(gè)“真實(shí)”的教育教學(xué)環(huán)境，虛擬教學(xué)系統(tǒng)模擬真實(shí)的教學(xué)課堂和教學(xué)場(chǎng)景，學(xué)習(xí)者如身臨其境，能最大限度地找到認(rèn)同感和歸屬感，從而提高學(xué)習(xí)效率。
[論文摘要]在教學(xué)中運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不但能有效的提高教學(xué)效果，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且還能提升教學(xué)過程中的科技含量。闡述虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)中的重要作用，重點(diǎn)探討在各基礎(chǔ)學(xué)科中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的運(yùn)用。
一、引言
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)從前沿的航天、軍事領(lǐng)域開始進(jìn)入教育領(lǐng)域，并涉及高等教育的各個(gè)學(xué)科。計(jì)算機(jī)變成實(shí)驗(yàn)臺(tái)，軟件變成儀器，網(wǎng)絡(luò)變成實(shí)驗(yàn)室的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能形象生動(dòng)地表現(xiàn)各個(gè)學(xué)科的教學(xué)內(nèi)容， 有效地營(yíng)造隨技術(shù)發(fā)展的教學(xué)環(huán)境，提高教學(xué)質(zhì)量。
二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述
虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）技術(shù)利用三維圖形生成技術(shù)、多傳感交互技術(shù)以及顯示技術(shù)，生成三維的虛擬環(huán)境，介入者利用鍵盤、鼠標(biāo)等輸入設(shè)備，或者帶上頭盔、數(shù)據(jù)手套等傳感設(shè)備進(jìn)入虛擬環(huán)境，在虛擬環(huán)境中進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，并且能夠感知和操作虛擬環(huán)境中的各種對(duì)象，獲得身臨其境的感受和體驗(yàn)。
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有沉浸感、交互性和想象力三個(gè)基本特征。在具體的教學(xué)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可以作為主角存在于虛擬環(huán)境中，對(duì)虛擬環(huán)境內(nèi)的物體進(jìn)行操作并從環(huán)境中得到自然的反饋，而且當(dāng)學(xué)生沉浸在多維信息空間中時(shí)，能夠主動(dòng)地獲取知識(shí)，尋求解答，形成新的概念。
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以其諸多的優(yōu)點(diǎn)決定了它在教育領(lǐng)域中的重要作用。一是避免真實(shí)實(shí)驗(yàn)或操作所帶來的各種危險(xiǎn)并降低真實(shí)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)用品損耗；二是在虛擬實(shí)驗(yàn)中可以獲得與真實(shí)實(shí)驗(yàn)一樣的學(xué)習(xí)效果，還可根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展需求“引入”新設(shè)備，不斷對(duì)新設(shè)備進(jìn)行擴(kuò)展。三是徹底打破空間與時(shí)間的限制。總之，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)結(jié)合多媒體技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，能提高實(shí)驗(yàn)效果與效率，充分發(fā)揮教學(xué)優(yōu)勢(shì)。
三、虛擬實(shí)驗(yàn)室的實(shí)現(xiàn)
虛擬實(shí)驗(yàn)室是由虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)生成的一類適于進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括相應(yīng)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境、有關(guān)的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)對(duì)象以及實(shí)驗(yàn)信息資源等。在虛擬實(shí)驗(yàn)室中，學(xué)生能夠在計(jì)算機(jī)建立的三維的模擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景中從不同的視角觀察一個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)象，通過鼠標(biāo)的選擇或者拖曳操作便可完成與虛擬實(shí)驗(yàn)對(duì)象之間的交互。
（一）仿真實(shí)驗(yàn)
虛擬實(shí)驗(yàn)室實(shí)際上就是數(shù)字化的仿真技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用，一個(gè)真正的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的前臺(tái)是多媒體或是虛擬化的環(huán)境，后臺(tái)是實(shí)時(shí)仿真的過程。
目前的仿真軟件很多，如EASY-T、VT-LINK3.3、SPW、Cadance、Mentor、MatLab、Protel2004、LabView、OpenGL、MultiGen等。在構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體需求，選擇合適的開發(fā)工具。如何將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)與虛擬化的儀器或多媒體環(huán)境有機(jī)的結(jié)合起來是虛擬實(shí)驗(yàn)室建立的關(guān)鍵和核心技術(shù)。
（二）支持技術(shù)
目前國(guó)內(nèi)外對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)室的開發(fā)大致采用以下幾種方法 ：
1．使用JAVA+VRML進(jìn)行開發(fā)。Java目前已經(jīng)成為跨平臺(tái)應(yīng)用軟件開發(fā)的一種規(guī)范，主要討論對(duì)象行為。VRML 是一種虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言，著重于虛擬場(chǎng)景中對(duì)象的特征。采用JAVA+VRML混合編程是實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜動(dòng)態(tài)場(chǎng)景控制等高級(jí)交互功能的有效方法。但基于VRML虛擬現(xiàn)實(shí)的虛擬實(shí)驗(yàn)在制作上較復(fù)雜，客戶端需要有大量的專業(yè)的設(shè)備（如頭盔、觸覺手套等），附加成本較高，并且運(yùn)行VRML對(duì)客戶端計(jì)算機(jī)的性能要求也很高。
2．使用ActiveX控件進(jìn)行開發(fā)。ActiveX技術(shù)是Microsoft為適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的需要而將OLE技術(shù)在Internet上的重定義。在虛擬實(shí)驗(yàn)室的開發(fā)過程中，代碼復(fù)用性對(duì)于持續(xù)開發(fā)過程尤為重要。可以利用VB、VC++、Delphi、Builder等任何一種支持COM規(guī)范的開發(fā)工具來進(jìn)行ActiveX控件的開發(fā)。由于ActiveX控件只能運(yùn)行在基于Microsoft Windows的操作系統(tǒng)，因而移植性和通用性較差。
3．使用QuickTime VR進(jìn)行開發(fā)。QuickTime VR（簡(jiǎn)稱QTVR）是新一代的、基于靜態(tài)圖像處理的實(shí)景建模的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。QTVR可以應(yīng)用照片、錄像或數(shù)字圖像等離散數(shù)據(jù)來創(chuàng)建虛擬環(huán)境，完成三維空間及三維物體的造型，并實(shí)現(xiàn)全方位觀察。具有更高的真實(shí)感、更豐富的圖像和更鮮明的細(xì)節(jié)特征。QTVR制作簡(jiǎn)單、周期較短、可控性也很強(qiáng)，對(duì)開發(fā)一些簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件的難度不大。
4．使用FLASH進(jìn)行開發(fā)。FLASH是一種基于矢量的圖形系統(tǒng)，具有短小精悍、任意縮放、兼容性良好、嵌入ActionScript腳本功能等特點(diǎn)。而且Flash中的工作組功能極為強(qiáng)大，包含一套新的工作流程，可自動(dòng)更新Flash網(wǎng)站的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，從而大大節(jié)約了開發(fā)者的時(shí)間。因此，F(xiàn)lashActionScript是網(wǎng)上教學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的最佳平臺(tái)。
（三）功能模塊設(shè)計(jì)
無論建設(shè)哪個(gè)學(xué)科的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，從功能模塊上均可劃分為三個(gè)部分。
1．網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。用戶可通過網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)個(gè)人信息并經(jīng)過驗(yàn)證后登錄虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。登錄該系統(tǒng)后學(xué)生可自主選擇將要進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，并根據(jù)實(shí)際需要獲得相關(guān)的指導(dǎo)。
2．仿真實(shí)驗(yàn)。采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)來構(gòu)建實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停O(shè)計(jì)出用于測(cè)試的虛擬儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)線路或回路、實(shí)驗(yàn)元器件或構(gòu)件庫、判別實(shí)驗(yàn)效果的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等。用戶選擇相關(guān)的仿真實(shí)驗(yàn)以后，根據(jù)提示進(jìn)行相關(guān)的操作，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
3．?dāng)?shù)據(jù)庫。為虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提供相關(guān)的數(shù)據(jù)服務(wù)。維護(hù)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息及用戶的相關(guān)權(quán)限，為仿真實(shí)驗(yàn)提供支持。
四、結(jié)束語
如何將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)很好地運(yùn)用于教學(xué)中是目前教育領(lǐng)域發(fā)展的一個(gè)新熱點(diǎn)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)中具有廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景。虛擬實(shí)驗(yàn)的普及能更好的提高教學(xué)效率，優(yōu)化教學(xué)過程，達(dá)到更好的教學(xué)效果。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞： 虛擬旅游 旅游實(shí)訓(xùn)教學(xué) 應(yīng)用
虛擬旅游是指以包括虛擬現(xiàn)實(shí)在內(nèi)的多種可視化方式，形成逼真的虛擬現(xiàn)實(shí)景區(qū)，使旅游者獲得有關(guān)旅游景點(diǎn)信息、知識(shí)和體驗(yàn)的過程，同時(shí)又結(jié)合了GIS（地理信息系統(tǒng)）、三維可視化和網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，運(yùn)用三維實(shí)景展示，將現(xiàn)實(shí)中的旅游場(chǎng)景制作成用于互聯(lián)網(wǎng)、多媒體、觸摸屏等多種載體進(jìn)行展示的電子文件，可以按固定路線或自選路線從不同角度觀賞，獲得身臨其境般的體驗(yàn)，主要用于旅游規(guī)劃、再現(xiàn)旅游景觀、彌補(bǔ)了現(xiàn)實(shí)的缺陷［1］。虛擬旅游具有臨場(chǎng)性、自主性、超越時(shí)空、多感知性、交互性、經(jīng)濟(jì)性、安全性等特征和優(yōu)勢(shì)，越來越受到人們的關(guān)注和歡迎［2］。
1.虛擬旅游在旅游實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀
利用虛擬現(xiàn)實(shí)來模擬三維的仿真旅游場(chǎng)景和沉浸其中的旅行經(jīng)歷，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)著名景觀、博物館、地質(zhì)公園等的游覽；甚至輕輕點(diǎn)擊鼠標(biāo)，就可進(jìn)國(guó)際空間站遨游，獲得身臨其境的滿足。可以說，虛擬旅游讓人們足不出戶便可飽覽到世界風(fēng)貌，并大大降低了旅游成本，且對(duì)旅游地本身的品牌建設(shè)和文化遺產(chǎn)數(shù)字化保護(hù)起到了關(guān)鍵性的推動(dòng)作用。國(guó)外虛擬現(xiàn)實(shí)旅游起步比中國(guó)早，當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)主要集中在交互式的設(shè)計(jì)方面。我國(guó)在虛擬旅游方面的研究起步較晚，正處于探索與逐步完善階段，國(guó)內(nèi)一些重點(diǎn)院校已積極投入到了這一領(lǐng)域的研究工作。一句話概括就是：國(guó)內(nèi)剛剛“完成了概念導(dǎo)入”，正向大量應(yīng)用開發(fā)邁進(jìn)。當(dāng)前主流的虛擬旅游的技術(shù)主要集中在基于實(shí)景的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，通過攝像機(jī)拍攝一組連續(xù)的實(shí)景照片，然后進(jìn)行處理生成一張360度的全景實(shí)景的照片，嵌入到系統(tǒng)中，加入多媒體技術(shù)及二維圖形技術(shù)，形成偽三維的虛擬旅游系統(tǒng)。另一種技術(shù)是基于預(yù)生成技術(shù)的三維虛擬旅游技術(shù)，利用預(yù)生成好的三維景觀設(shè)計(jì)圖形作為底圖，加入對(duì)圖像的互操作［3］。目前，我國(guó)很多高校的旅游管理專業(yè)把虛擬旅游應(yīng)用到旅游實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，并取得了一定的教學(xué)成果。主要表現(xiàn)在：教師或?qū)W生可直接利用其直觀地查詢場(chǎng)景內(nèi)各景點(diǎn)、相關(guān)信息資料，進(jìn)行教學(xué)或模擬實(shí)訓(xùn)，這給教師和學(xué)生提供了廣闊交互的空間，使旅游景點(diǎn)可以操作在手掌之間。
2.傳統(tǒng)旅游教學(xué)模式與虛擬旅游實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式比較分析
2.1傳統(tǒng)旅游教學(xué)模式的缺陷［4］
2.1.1教學(xué)手段局限性，情景教學(xué)難以實(shí)現(xiàn)。
傳統(tǒng)多媒體教學(xué)技術(shù)難以滿足旅游專業(yè)情景教學(xué)的需要。目前旅游專業(yè)教學(xué)中的多媒體技術(shù)，還是單一的圖像、圖片展示，對(duì)于國(guó)內(nèi)、國(guó)外的旅游景點(diǎn)與旅游知識(shí)，在現(xiàn)在的旅游教學(xué)中只能依靠文字、照片、圖片、風(fēng)光片等給學(xué)生展示。文字學(xué)起來很抽象，圖片和照片展示都是平面的，缺乏立體感和現(xiàn)場(chǎng)感。較為形象一點(diǎn)的只有風(fēng)光片，而現(xiàn)有教學(xué)上的風(fēng)光片，角度單一，信息量小，知識(shí)含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，對(duì)于需要學(xué)生深入了解的專業(yè)知識(shí)很難全方位、立體地展示。如在古建筑知識(shí)的教學(xué)中，斗拱、懸梁是非常重要的建筑構(gòu)件，在教學(xué)中是重點(diǎn)也是難點(diǎn)。但是教師很難用語言和文字去形象描述它，用圖片展示也只能看到平面，往往花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間學(xué)生也不能完全理解它的構(gòu)造特征。對(duì)于旅游景點(diǎn)中的復(fù)雜的導(dǎo)游線路，只是靠文字、圖片介紹，學(xué)生在頭腦中更是難以形成明晰輪廓。而傳統(tǒng)的沙盤模型實(shí)訓(xùn)教學(xué)方式由于受學(xué)校教學(xué)空間、場(chǎng)地限制，難以大規(guī)模制作。另外，在沙盤上也不能夠產(chǎn)生沉浸感、場(chǎng)景感。
2.1.2教學(xué)主體單一，以學(xué)生為認(rèn)知主體的教學(xué)模式無法實(shí)現(xiàn)。
現(xiàn)代教育要求在教學(xué)活動(dòng)中能夠構(gòu)建一種既能發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，又能充分體現(xiàn)學(xué)生認(rèn)知主體作用的新型教學(xué)模式。目前我國(guó)旅游教學(xué)模式依然沒有擺脫以教師作為主導(dǎo)者控制多媒體系統(tǒng)，向?qū)W生展開傳授知識(shí)和技能的教學(xué)活動(dòng)，教師作為教學(xué)主體的傳統(tǒng)模式。
2.1.3教學(xué)成本高、風(fēng)險(xiǎn)大，無法反復(fù)實(shí)地訓(xùn)練。
專業(yè)操作技能是學(xué)生未來就業(yè)之本，在實(shí)際場(chǎng)景中進(jìn)行導(dǎo)游業(yè)務(wù)的操作與能力訓(xùn)練是提高學(xué)生職業(yè)素質(zhì)的有效途徑。在學(xué)生上實(shí)訓(xùn)課時(shí)，學(xué)校要花費(fèi)大量的經(jīng)費(fèi)用于租用車輛及其他各種費(fèi)用，花費(fèi)大量時(shí)間到各個(gè)景點(diǎn)往返，期間還要充分考慮到學(xué)生的安全問題、天氣問題等諸多因素。所以，由于這些條件的限制，學(xué)生往往不可能到很遠(yuǎn)的景點(diǎn)去實(shí)習(xí)，即使是本地景點(diǎn)，也不可能去反復(fù)訓(xùn)練。
2.1.4教學(xué)功能單一，難以滿足實(shí)訓(xùn)教學(xué)與考核多種要求。
傳統(tǒng)的教學(xué)模式中教師和學(xué)生的教學(xué)活動(dòng)是單向流動(dòng)，只能平行地通過多媒體系統(tǒng)進(jìn)行知識(shí)的傳授和認(rèn)知，學(xué)生不能通過教學(xué)系統(tǒng)將信息反饋。另外，旅游專業(yè)模擬教學(xué)的考試仍然停留在室內(nèi)教師與學(xué)生的面對(duì)面考試，機(jī)械呆板，學(xué)生缺乏實(shí)戰(zhàn)感。
2.2虛擬旅游實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式的優(yōu)越性
飛速發(fā)展的科學(xué)技術(shù)，為傳統(tǒng)教育觀念和教育模式的轉(zhuǎn)變提供了新的可能。虛擬旅游實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)采用多媒體和虛擬現(xiàn)實(shí)等先進(jìn)的技術(shù)手段，為滿足旅游教學(xué)和實(shí)訓(xùn)需要而設(shè)計(jì)的虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)演示系統(tǒng)。其優(yōu)勢(shì)性主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面［5］。
2.2.1改善教學(xué)環(huán)境。
學(xué)生坐在多媒體教室內(nèi)就可以身臨其境地暢游名勝古跡。
2.2.2增加辦學(xué)效益。
不必反復(fù)組織學(xué)生到旅游景點(diǎn)實(shí)地講解，節(jié)約了教學(xué)經(jīng)費(fèi)；虛擬旅游實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)的投入無疑將使旅游職業(yè)教育成為全國(guó)旅游教學(xué)高科技典范，極大提高學(xué)校知名度并吸引大量學(xué)生就學(xué)，同時(shí)大大節(jié)約旅游景點(diǎn)實(shí)地培訓(xùn)的成本，節(jié)約教學(xué)場(chǎng)地使用面積，從而提高學(xué)校的辦學(xué)效益。
2.2.3提高教學(xué)效率。
教師在系統(tǒng)中可以根據(jù)課程內(nèi)容迅速調(diào)出相應(yīng)的圖片、短片、電子文檔等各種多媒體資源做補(bǔ)充性講解，將旅游景點(diǎn)的建筑、風(fēng)光和環(huán)境真實(shí)、清晰地展現(xiàn)在學(xué)生面前，使更多的學(xué)生有機(jī)會(huì)近距離、多角度學(xué)習(xí)教師的教學(xué)演示，有利于學(xué)生的正確理解和掌握。學(xué)生獨(dú)自練習(xí)時(shí)可以進(jìn)行反復(fù)的實(shí)景模擬訓(xùn)練，較熟練后可以到真實(shí)的景點(diǎn)實(shí)地訓(xùn)練，可大大提高教學(xué)效率。
2.2.4激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。
旅游景點(diǎn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)由于采用虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)系統(tǒng)，學(xué)生完全是在一個(gè)真實(shí)旅游景點(diǎn)實(shí)景模擬的虛擬環(huán)境下學(xué)習(xí)，不再是傳統(tǒng)的書本教育和普通的多媒體教學(xué)，從而極大地提高了學(xué)習(xí)熱情和興趣。
2.2.5提高綜合能力。
系統(tǒng)內(nèi)置的考試模式能科學(xué)地考核并提高學(xué)生的實(shí)際導(dǎo)游水平和綜合能力。
2.2.6彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)弊端。
采用虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)系統(tǒng)，將改變教師單向灌輸知識(shí)的模式，以及以考試分?jǐn)?shù)為衡量教育成果的唯一標(biāo)準(zhǔn)的狀況。虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)系統(tǒng)的交互功能，能夠增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)際能力，提高學(xué)生的專業(yè)技能。
2.3虛擬旅游技術(shù)與傳統(tǒng)教學(xué)技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用比較［4］
3.虛擬旅游在旅游實(shí)訓(xùn)教學(xué)中應(yīng)用前景展望
虛擬旅游教學(xué)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)在旅游實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用，在很大程度上彌補(bǔ)了旅游教學(xué)中存在的不足，對(duì)旅游教學(xué)起到了很好的輔助作用。目前三維虛擬漫游系統(tǒng)的感覺距離真實(shí)地對(duì)人的行為動(dòng)作、景物的動(dòng)態(tài)特征與視覺感觀進(jìn)行全真重現(xiàn)還是有相當(dāng)?shù)木嚯x。然而，無論是清晰如照片般真實(shí)的虛擬景點(diǎn)旅游，還是如同電腦游戲般華麗絢爛的三維場(chǎng)景模型，已經(jīng)能讓人看出“虛擬現(xiàn)實(shí)”的綺麗風(fēng)采，享受“虛擬現(xiàn)實(shí)”世界帶來的時(shí)空移位或時(shí)光倒流的樂趣。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)在旅游專業(yè)教學(xué)中得到嘗試和應(yīng)用，許多旅游院校已經(jīng)在旅游實(shí)訓(xùn)室中運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建立了完整的旅游實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，取得了不錯(cuò)的效果。目前，很多教育專業(yè)人士已經(jīng)關(guān)注到虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與旅游實(shí)訓(xùn)教學(xué)的結(jié)合，并且投入到其教學(xué)功能的深度研究和開發(fā)方面。因此，隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)必將具有更加廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展前景，在教育領(lǐng)域亦是如此，我們需要緊密關(guān)注，大膽應(yīng)用，才能使教育技術(shù)專業(yè)充滿活力，為教育事業(yè)增添強(qiáng)大的生命力。
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[關(guān)鍵詞]PE管焊接；教育；虛擬仿真技術(shù)；PE管焊接教學(xué)虛擬仿真；
中圖分類號(hào)：TN0-4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）25-0234-02
PE是指聚乙烯塑料，是基礎(chǔ)的一種塑料制品，塑料袋和保鮮膜等都是PE材料，PE管具有優(yōu)良的耐大多數(shù)生活和工業(yè)用化學(xué)品的特性，所用范圍非常廣，一般可用于PE燃?xì)夤艿馈E給水管道和PE排污管道等，對(duì)于焊接技術(shù)，國(guó)家有關(guān)部門專門為此設(shè)立焊接工技術(shù)考試，設(shè)置專門的技術(shù)證明，可見國(guó)家對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的重視及認(rèn)可，不少高校將焊接技術(shù)列入工科學(xué)生的認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)當(dāng)中，讓學(xué)生接觸焊接技術(shù)，從大學(xué)開始培養(yǎng)學(xué)生的焊接技術(shù)，培養(yǎng)能從事燃?xì)夂途用裼盟妮斔汀⒋孢\(yùn)等同時(shí)具備多種高素質(zhì)技能型人才。
一、虛擬仿真與PE管焊接教學(xué)結(jié)合的必要性
關(guān)于國(guó)家教育部的《教育部2016年工作要點(diǎn)》內(nèi)容第10點(diǎn)“優(yōu)化高校人才培養(yǎng)機(jī)制”提及加強(qiáng)國(guó)家建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心，《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》內(nèi)容提及教育信息化改革的具體措施及發(fā)展規(guī)劃，著重強(qiáng)調(diào)了關(guān)于增強(qiáng)開發(fā)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)軟件、虛擬仿真實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)以及建立虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地的力度。
虛擬仿真技術(shù)是由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)創(chuàng)建的一種令人感到身臨其境及獲得與環(huán)境交互體驗(yàn)的虛擬世界。營(yíng)造一個(gè)三維的教學(xué)環(huán)境，提高學(xué)生掌握知識(shí)、技能的效率，真正使教學(xué)者更容易地去表達(dá)自己的教學(xué)思想和教學(xué)內(nèi)容，具體表現(xiàn)為如下：（1）在教學(xué)模式方面，有利于情境創(chuàng)設(shè)和大量知識(shí)的獲取與保持；（2）在教學(xué)手段方面，以一種直接的信息傳遞方式，提供直觀形象的思維材料；（3）在教學(xué)內(nèi)容方面，用文字、語音和三位實(shí)景虛擬現(xiàn)實(shí)過程協(xié)同描述。 因此，虛擬仿真技術(shù)作為一項(xiàng)前瞻的科學(xué)技術(shù)，是繼多媒體、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)之后，在教育領(lǐng)域最具有應(yīng)用前景的“明星技術(shù)”。
目前的焊接教學(xué)內(nèi)容，主要為多媒體視頻播放及PPT的講解，但并沒有讓學(xué)生有一種身臨其境的體會(huì)，錯(cuò)誤的操作，失誤的操作時(shí)常發(fā)生，學(xué)生的焊接技術(shù)并沒有質(zhì)的提升，因此，為有效培養(yǎng)出高等技術(shù)應(yīng)用型專業(yè)人才，提供學(xué)生的焊接技術(shù)，西南石油大學(xué)率先開發(fā)出PE管焊接實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，應(yīng)用于焊接技術(shù)教學(xué)，并獲得了很好的教學(xué)效果。
二、虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用
1.虛擬仿真技術(shù)
虛擬仿真即虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)或模擬技術(shù)，就是用一個(gè)虛擬的系統(tǒng)模仿另一個(gè)真實(shí)系統(tǒng)。其虛擬系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)產(chǎn)生，而使用者可“進(jìn)入”到該環(huán)境中，有身臨其境之感，并可借助視覺、聽覺及觸覺等多種傳感通道與虛擬世界進(jìn)行自然的交互。虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality）有其四個(gè)特性：（1）沉浸性（Immersion）：使用者能有視覺、聽覺、嗅覺、觸覺、運(yùn)動(dòng)感覺等多種感知，應(yīng)該具有能夠給人所有感知信息的功能。（2）交互性（Interaction）：即不僅環(huán)境能夠作用于人，人也可以對(duì)環(huán)境進(jìn)行控制，并且人是以近乎自然的行為（自身的語言、肢體的動(dòng)作等）進(jìn)行控制的，而虛擬環(huán)境還能夠?qū)θ说牟僮骰匾詫?shí)時(shí)的反應(yīng)。 （3）虛幻性（Imagination）：系統(tǒng)中的環(huán)境是虛幻的，是模擬出來的。既可以模擬客觀世界中以前存在過的或是現(xiàn)在真實(shí)存在的環(huán)境，也可模擬出當(dāng)前并不存在的但將來可能出現(xiàn)的環(huán)境，或僅屬于人們幻想的環(huán)境。（4）逼真性（reality）：虛擬仿真系統(tǒng)的逼真性表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一方面，給人的各種感覺與所模擬的客觀世界非常相像，就如真實(shí)世界一樣；另一方面，當(dāng)人以自然的行為作用于虛擬環(huán)境時(shí)，環(huán)境做出的反應(yīng)也符合客觀世界的有關(guān)規(guī)律。
2.PE管焊接仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的應(yīng)用
（1）工藝流程
根據(jù)焊接方法的不同，設(shè)置了電熔焊接和熱熔焊接不同的工藝流程。在應(yīng)用之前，先讓學(xué)生首先大致了解PE管及各種設(shè)備的大概信息，和不同的焊接有哪些步驟。例如電源電壓的范圍，機(jī)架管材的放置，銑刀夾具的開啟取下等。其后就是針對(duì)各個(gè)小步驟的工藝，如各種信息的錄入，壓力的記錄等進(jìn)行更為詳細(xì)的講解。
仿真系統(tǒng)的操作中，通過點(diǎn)擊鼠標(biāo)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的開啟，夾取，信息的錄入情況等。教師可設(shè)置不同的工藝流程參數(shù)，準(zhǔn)確地模擬出現(xiàn)場(chǎng)不同的管材設(shè)備。如此，那么在老師授課輕松便捷的同時(shí)，學(xué)生不僅會(huì)輕松掌握一般PE管焊接的相關(guān)操作步驟，更會(huì)全面的讓學(xué)生處理各種不同條件狀況下的實(shí)際情況。
（2）仿真軟件的互動(dòng)性
1.用軟件進(jìn)行操作時(shí)，在相應(yīng)的單元內(nèi)通過鼠標(biāo)、鍵盤等輸入相應(yīng)的型號(hào)及參數(shù)后，會(huì)在場(chǎng)景內(nèi)自動(dòng)生成管件模型，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊可以進(jìn)行拖動(dòng)，繼續(xù)下一步操作。例如在進(jìn)行PE管的選用時(shí)，直接在相應(yīng)菜單輸入管徑、材料和壁厚等參數(shù)就可以在場(chǎng)景內(nèi)直接生成相應(yīng)的管道。
2.同時(shí)在場(chǎng)景內(nèi)，當(dāng)鼠標(biāo)懸停在設(shè)備上時(shí)，可顯示設(shè)備參數(shù)、工作狀態(tài)等信息。例如在進(jìn)行加熱管材的過程中，可以把鼠標(biāo)懸停在PE管上，查看管道的參數(shù)，也可以懸停在泵站上查看壓力等數(shù)據(jù)。
3.操作進(jìn)行的過程中，使用者可以得到部件及機(jī)器的工作狀態(tài)的視覺動(dòng)畫和音頻信息的反饋。例如在打開銑刀之后，銑刀部件將會(huì)旋轉(zhuǎn)，開啟信息直接反饋給使用者，達(dá)到良好的培訓(xùn)效果。
4.當(dāng)進(jìn)行軟件操作之時(shí)，如果出現(xiàn)錯(cuò)誤、不當(dāng)?shù)牟僮鲿r(shí)，那么便會(huì)在界面彈出錯(cuò)誤信息提示框，會(huì)提示具體錯(cuò)誤情況，并給予相應(yīng)的規(guī)范提示，且在錯(cuò)誤之處的相關(guān)部件或者信息參數(shù)以高亮等明顯顏色顯示，讓操作者不僅能夠明白自己哪些地方錯(cuò)誤，還能知道規(guī)范以及如何改正。例如，半自動(dòng)熱熔焊接時(shí)，加熱板在加熱后，要進(jìn)行需要等待一定的時(shí)間的吸熱，軟件會(huì)有相關(guān)的提示；如果忽視提示，直接取下加熱板，那么便會(huì)進(jìn)行相關(guān)預(yù)警，提示時(shí)間不足和會(huì)造成的后果，給出正確做法，加強(qiáng)操作者的意識(shí)。
5.本系統(tǒng)采用了一人一號(hào)登錄的方法，當(dāng)每個(gè)學(xué)員在實(shí)際使用中出現(xiàn)操作錯(cuò)誤時(shí)，系統(tǒng)不僅能夠給出提醒，以便學(xué)員能夠發(fā)現(xiàn)自己的錯(cuò)誤，還能自動(dòng)記錄下該學(xué)員發(fā)生錯(cuò)誤的步驟，隨著學(xué)員使用本系統(tǒng)的次數(shù)增加，會(huì)自動(dòng)為該學(xué)員生成一個(gè)易錯(cuò)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫，在該學(xué)員碎片化時(shí)間的訓(xùn)練中，可以針對(duì)這些易錯(cuò)點(diǎn)進(jìn)行單獨(dú)的訓(xùn)練。使訓(xùn)練更加有針對(duì)性。該數(shù)據(jù)庫還會(huì)自動(dòng)匿名上傳使用該培訓(xùn)機(jī)構(gòu)的服務(wù)器，隨著學(xué)員樣本的增多，逐漸會(huì)形成有代表性的易錯(cuò)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫，使學(xué)員知道PE管焊接過程中的易錯(cuò)點(diǎn)，更有針對(duì)性的練習(xí)。
（3）主要設(shè)備
進(jìn)入PE管仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，點(diǎn)擊主要設(shè)備菜單，學(xué)習(xí)人員可以看到各種焊接設(shè)備的簡(jiǎn)介、內(nèi)部結(jié)構(gòu)詳解以及工作原理模擬。通過全方位無死角瀏覽各個(gè)單體設(shè)備結(jié)構(gòu)以及詳細(xì)學(xué)習(xí)設(shè)備工作原理，提高了學(xué)習(xí)人員對(duì)設(shè)備構(gòu)造、工作原理的認(rèn)知度，為學(xué)習(xí)人員將來實(shí)際操作工藝設(shè)備奠定了扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。
（4）操作流程
PE管焊接技術(shù)雖然現(xiàn)在有專門的人員培訓(xùn)機(jī)制，但是存在培訓(xùn)流程不完善，參與性、安全性較差，效率低，對(duì)管材損耗較大，培訓(xùn)成本較高等問題，學(xué)習(xí)人員實(shí)際操作效果不夠理想。針對(duì)這些難題，培訓(xùn)方可以利用PE管仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)中的各工藝單元操作流程進(jìn)行具體的講解。
（5）技能培訓(xùn)
PE管焊接技能培訓(xùn)包括理論培訓(xùn)與實(shí)踐培訓(xùn)，理論培訓(xùn)可用實(shí)際教學(xué)班的形式進(jìn)行，并在PE管焊接虛擬仿真軟件中添加題庫和成績(jī)?cè)u(píng)判模塊，以便學(xué)員進(jìn)行PE管焊接理論的自我檢測(cè)。
實(shí)踐操作能力的提高是PE管焊接人才技能培訓(xùn)的主題，應(yīng)重點(diǎn)突出操作技能的培訓(xùn)，加大實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)的比重，堅(jiān)持理論與虛擬操作實(shí)踐的結(jié)合，促進(jìn)PE管焊接技能人才在虛擬實(shí)踐操作中不斷增長(zhǎng)知識(shí)，提升能力。虛擬仿真系統(tǒng)教學(xué)可以徹底打破時(shí)空限制，對(duì)學(xué)員學(xué)習(xí)中可能出現(xiàn)的各種問題進(jìn)行虛擬仿真，可直接觀察到這種焊接問題在以后的使用中產(chǎn)生的后果。在技能培訓(xùn)方面，它不僅更加形象生動(dòng)，使學(xué)員更容易理解學(xué)習(xí)的內(nèi)容，更能夠直接獲取技能操作方面的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提升技能操作的熟練程度。而且針對(duì)PE管焊接技能訓(xùn)練，由于訓(xùn)練的特殊性，在實(shí)踐操作訓(xùn)練中，當(dāng)學(xué)員的操作不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致焊接的直接失敗，沒有挽回的余地。焊接失敗的管段不能繼續(xù)用于焊接，使技能培訓(xùn)成本大大增加。使用虛擬仿真系統(tǒng)對(duì)PE管焊接進(jìn)行培訓(xùn)，能節(jié)省訓(xùn)練的開支和成本。
在虛擬焊接系統(tǒng)中，應(yīng)該考慮訓(xùn)練產(chǎn)生的結(jié)果以及教學(xué)的效果，這套系統(tǒng)能提供真實(shí)的虛擬訓(xùn)練的情景，校正學(xué)員錯(cuò)誤等功能，真正做到“干什么、學(xué)什么、缺什么、補(bǔ)什么；弱什么、強(qiáng)什么”，確保PE管焊接虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)達(dá)到最好的效果。
三、結(jié)語與展望
為達(dá)到安全實(shí)訓(xùn)的目的，培養(yǎng)出符合焊接要求的技術(shù)性專業(yè)人才，提高學(xué)習(xí)就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際課堂教學(xué)已成為高校教學(xué)改革必不可少的重要部分。對(duì)推動(dòng)焊接教學(xué)來說，PE管焊接仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的開發(fā)，有以下幾點(diǎn)重要意義：
（1）改變了傳統(tǒng)焊接技術(shù)教學(xué)培訓(xùn)的教學(xué)模式，提高了學(xué)生焊接技術(shù)學(xué)習(xí)的效率，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
（2）將“二維”的學(xué)習(xí)環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>
“三維”的學(xué)習(xí)環(huán)境，學(xué)生通過瀏覽三維虛擬場(chǎng)景、模擬操作公益流程以及考核學(xué)習(xí)成果，學(xué)生能較快的熟悉PE管焊接的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、設(shè)備、安全規(guī)范及相關(guān)操作，降低了高校實(shí)訓(xùn)成本，避免了操作風(fēng)險(xiǎn)。
因此，在PE管焊接的教學(xué)中引入虛擬仿真技術(shù)，進(jìn)一步完成完全互動(dòng)型PE管焊接仿真教學(xué)系統(tǒng)的研發(fā)，對(duì)焊接教學(xué)的培訓(xùn)具有深遠(yuǎn)意義。進(jìn)一步形成一套先進(jìn)性、實(shí)用性、教學(xué)性、科學(xué)性于一體的全方位PE管焊接仿真教學(xué)系統(tǒng)，是一個(gè)長(zhǎng)期的目標(biāo)，具有及其深遠(yuǎn)的意義。
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