基于虛擬現實技術的民辦高校實踐教學改革研究

摘 要：隨著計算機技術的發(fā)展，虛擬技術在各行各業(yè)都得到了不同程度的發(fā)展，虛擬現實技術作為新的教學媒體，在課堂教學中的出現，將對教學產生深遠的影響。將虛擬技術引入到實驗教學可以為學習者創(chuàng)造一種自主學習的環(huán)境，從而實現對知識的主動構建。重點分析研究了在民辦本科院校中將虛擬現實技術應用到實驗教學環(huán)節(jié)改革中的可行性。

關鍵詞：虛擬技術；實驗教學；自主學習；教學改革

目前，大多數民辦高校以培養(yǎng)工程型和技術型人才為主。基于這種定位，民辦高等教育更應側重于實踐教學，提高學生的動手能力、實際的操作能力，使他們掌握一定的技能。然而在實際教學中，由于民辦院校資金問題，實驗場地、教學經費等方面的原因，而使一些應該開設的教學實踐和實驗無法順利進行。利用虛擬現實系統(tǒng)，可以彌補這些方面的不足，讓學生可以做各種各樣的實驗，獲得與真實實驗一樣的體會，從而豐富感性認識，加深對教學內容的理解，提高各種技能。

一、虛擬現實技術簡介

虛擬現實技術英文名為Virtual Reality，簡稱VR技術。這一名詞是由美國VPL公司創(chuàng)建人拉尼爾（Jaron Lanier）在20世紀80年代初提出的，也稱靈境技術或人工環(huán)境。作為一項尖端科技，虛擬現實集成了計算機圖形技術、計算機仿真技術、人工智能、傳感技術、顯示技術、網絡并行處理等技術的最新發(fā)展成果，是一種由計算機生成的高技術模擬系統(tǒng)，它最早源于美國軍方的作戰(zhàn)模擬系統(tǒng)，90年代初逐漸為各界所關注并且在商業(yè)領域得到了進一步的發(fā)展。這種技術的特點在于計算機產生一種人為虛擬的環(huán)境，這種虛擬的環(huán)境是通過計算機圖形構成的三維數字模型，并編制到計算機中去生成一個以視覺感受為主，也包括聽覺、觸覺的綜合可感知的人工環(huán)境，從而在視覺上產生一種沉浸于這種環(huán)境的感覺，可以直接觀察、操作、觸摸、檢測周圍環(huán)境及事物的內在變化，并能與之發(fā)生“交互”作用，使人和計算機很好地“融為一體”，給人一種“身臨其境”的感覺。虛擬現實技術是一種提供初步VR體驗的技術，當其應用于實驗教學時有以下特點：

1.教學內容視覺化

2.學習中的交互性好

3.沉浸真實感強。

二、虛擬實驗的優(yōu)勢

虛擬實驗在教學中的引入，已對傳統(tǒng)實驗教學的教學模式、教學方法、教學手段和教學理念產生了重要的影響。據國內某所高校調查顯示：在實驗時間上，半數以上學生認為實驗室應該全天對學生開放；在實驗方法上，絕大部學生反對按照實驗指導書去操作。如果我們利用虛擬技術思想創(chuàng)建一個實驗互動平臺，用于模擬一些抽象的理論概念，或者抽象的物理過程的同時，還可以將部分專業(yè)中存在高電壓、大電流等一定危險性的實驗環(huán)境進行模擬，從而將真實的、危險的教學變得安全，可靠！同時也可以加入一些3D效果，使枯燥的學習變得更有吸引力。讓學生在眾多實驗中自主選擇所喜歡的實驗項目，提高學生的學習動力和積極性。

三、實驗教學改革措施建議

整體指導思想是在開發(fā)構建虛擬實驗教學平臺的同時，可以把其設置成為一門選修課程，首先要讓學生認識它、了解它，對其產生興趣。其次要進一步組織學生利用課余時間對所學的課程內容，例如，定理、物理現象、各種器件結構等等進行虛擬化設計，一方面加深了對虛擬技術課程的理解和應用，另一方面可以逐漸建立起龐大的虛擬課程資源庫，供學生隨時隨地查閱，學習。具體如下：

1.虛擬教學

虛擬實驗平臺的建立和應用必須是在一定的理論基礎之上的，所以設置虛擬技術課程是整個平臺建立的重中之重。在學習虛擬理論的同時，把虛擬技術帶到整個課程教學中，利用虛擬技術可以為學生提供生動、逼真的感性學習材料，幫助學生解決學習中的知識難點。有利于學生加深理解，激發(fā)學生的創(chuàng)造性思維，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。

2.建立虛擬教學資源庫

利用學生資源，以競賽形式、業(yè)余活動小組形式、社團形式以及作業(yè)形式等等，實現分布式的虛擬設計體系。它將能為專業(yè)建設、學生實踐能力甚至是學校發(fā)展提供一個新的機遇，促進民辦高校的教學建設更上一個新的層次。

3.建立虛擬實驗室

利用虛擬實驗技術，可以建立各種虛擬實驗，如，電工、物理、電力系統(tǒng)等實驗模塊。在“實驗模塊”里，學生可以自由地做各種實驗。如，在虛擬的物理實驗模塊里，學生可以做重力、慣性等實驗。在虛擬的電力系統(tǒng)實驗模塊里，學生可以做發(fā)電廠電能產生實驗、變電所設備運行等實驗。在虛擬的電工實驗模塊里，學生可以做各種電路設計實驗。

目前，有很多高校研究生也看中了虛擬技術教學的應用研究，分析構建了不同的虛擬實驗平臺。由此可見，虛擬技術在教學中的應用是可行的，并且具有一定的開發(fā)空間。虛擬現實作為一個新型的教學媒體，以其自身強大的教學優(yōu)勢和潛力，將會逐漸受到教育工作者的重視，最終在教育領域中發(fā)揮其重要的作用。

參考文獻：

[1]歐青立，李仁發(fā).虛擬電子實驗室體系結構及其關鍵技術研究[J].系統(tǒng)仿真學報，2002（03）.

[2]李仁發(fā)，李方敏.基于VP的虛擬實驗室概述[J].湘潭礦業(yè)學院學報，2000（04）.

[3]何鑫.淺談多媒體技術在教學中的應用[J].農業(yè)網絡信息，2008（03）.

基金項目：《遼寧省教育廳關于確定2012年度遼寧省高等教育本科教學改革研究項目立項的通知》遼教發(fā)[2012]130號。

（作者單位 大連科技學院電氣工程系電氣教研室）

編輯 謝尾合