計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用

肖霞

摘要 虛擬仿真技術(shù)是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而逐步形成的一類試驗(yàn)研究型新技術(shù)。隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，傳統(tǒng)教學(xué)已難以滿足現(xiàn)實(shí)教育的需求，在現(xiàn)代教學(xué)中引入以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)與核心的新興技術(shù)已是勢(shì)在必行，尤其是計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)在教學(xué)中發(fā)揮的作用越來(lái)越突出。本文首先介紹了計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)及其在教學(xué)中的作用，并重點(diǎn)分析了其在教學(xué)中的應(yīng)用，以推動(dòng)現(xiàn)代教學(xué)質(zhì)量的提升，為社會(huì)培養(yǎng)更多的具有創(chuàng)新精神與創(chuàng)造能力的高素質(zhì)人才。

[關(guān)鍵詞]計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù) 教學(xué) 作用應(yīng)用分析

1 計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)及其在教學(xué)中的作用

所謂計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)，就是基于計(jì)算機(jī)、多媒體、虛擬現(xiàn)實(shí)以及網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與仿真技術(shù)相結(jié)合的一種技術(shù)，可以說(shuō)是一種更高級(jí)的仿真技術(shù)。虛擬仿真技術(shù)旨在構(gòu)建全系統(tǒng)統(tǒng)一、完整的虛擬環(huán)境，并以此來(lái)集成與控制數(shù)量眾多的模擬器、其他虛擬仿真系統(tǒng)甚或簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)模型等實(shí)體。這些實(shí)體與虛擬環(huán)境通過(guò)交互或者它們相互作業(yè)，來(lái)表達(dá)客觀世界的真實(shí)特征。

1.1 虛擬仿真技術(shù)的基本特性

1.1.1 沉浸性

人們可在虛擬仿真系統(tǒng)中獲得多種感知，如視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)、觸覺(jué)、運(yùn)動(dòng)感覺(jué)等，從而有身臨其境、沉浸其中之感。

1.1.2 交互性

人與虛擬仿真系統(tǒng)能夠進(jìn)行交互，即人能以近乎自然的行為（如語(yǔ)言、動(dòng)作等）控制虛擬環(huán)境，虛擬環(huán)境也能夠?qū)θ说牟僮鬟M(jìn)行實(shí)時(shí)反應(yīng)。

1.1.3 虛幻性

虛擬仿真系統(tǒng)中的環(huán)境是人們通過(guò)計(jì)算機(jī)等工具為實(shí)現(xiàn)某一目標(biāo)或用途而模擬出來(lái)的，因此是虛幻的。

1.1.4 逼真性

虛擬仿真系統(tǒng)中的環(huán)境與所模擬的客觀世界十分相像;同時(shí)，虛擬環(huán)境對(duì)人所做的自然行為能給出符合客觀世界規(guī)律的反應(yīng)，因此給人的各種感覺(jué)十分逼真。

1.2 虛擬仿真技術(shù)在教學(xué)中的作用

1.2.1 能夠促進(jìn)教學(xué)觀念的改革

教師要通過(guò)學(xué)習(xí)、研究、使用虛擬仿真技術(shù)及平臺(tái)，在教學(xué)中設(shè)計(jì)合理的教學(xué)策略，幫助學(xué)生建立互助互學(xué)團(tuán)隊(duì)，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行自主創(chuàng)新，以培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神、探索精神和創(chuàng)新能力等。

1.2.2 能夠促進(jìn)教學(xué)內(nèi)容的更新

教師可通過(guò)虛擬仿真技術(shù)及平臺(tái)，解決教學(xué)中由于時(shí)空不允許、設(shè)備不齊全、地域不合適、資金不充裕等一系列因素所引起的問(wèn)題，進(jìn)而有助于完善教師的教學(xué)目標(biāo)、計(jì)劃，促進(jìn)教學(xué)內(nèi)容的更新?lián)Q代，使學(xué)生更深入、清晰、形象地理解問(wèn)題，使整個(gè)教學(xué)過(guò)程更加科學(xué)、專業(yè)以及更有影響力。

1.2.3 能夠節(jié)省實(shí)驗(yàn)教學(xué)的投資

虛擬實(shí)驗(yàn)室（或虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)）具有集成性與重復(fù)性等，因此利用虛擬仿真技術(shù)軟件不但可以使學(xué)生獲得更好的教育，還能減少建設(shè)實(shí)驗(yàn)室或購(gòu)置實(shí)驗(yàn)設(shè)備的投資。

1.2.4 能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣

教師利用虛擬仿真技術(shù)可以將教學(xué)中的重難點(diǎn)輕易地化抽象為具體、化晦澀為明晰，并能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的課堂注意力，使學(xué)生沉浸其中，還能充分發(fā)揮學(xué)生的想象力，使課堂極有趣味性。

2 計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用分析

計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)己廣泛應(yīng)用于各個(gè)學(xué)科、各個(gè)專業(yè)的教學(xué)之中，如機(jī)械加工、醫(yī)療實(shí)驗(yàn)、汽車設(shè)計(jì)等等，但不論如何細(xì)分，計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用基本都可歸入以下三類。

2.1 虛擬學(xué)校

利用計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)，可以建立各種新型的虛擬學(xué)校，如虛擬醫(yī)務(wù)學(xué)校、虛擬體育學(xué)校、虛擬駕駛學(xué)校、虛擬軍事學(xué)校等。在這些虛擬學(xué)校中，學(xué)生可通過(guò)虛擬環(huán)境接受各種傳統(tǒng)學(xué)校由于時(shí)空、設(shè)備、資金等限制而難以實(shí)現(xiàn)的課程或訓(xùn)練，如醫(yī)務(wù)人員、運(yùn)動(dòng)員、駕駛員、交管人員等可通過(guò)由虛擬仿真技術(shù)所支撐的學(xué)習(xí)或訓(xùn)練平臺(tái)，在科學(xué)、安全的虛擬環(huán)境中獲取相關(guān)的感性知識(shí)與實(shí)際的操作經(jīng)驗(yàn)。

虛擬學(xué)校有以下幾種特殊的優(yōu)勢(shì)與魅力：

（1）虛擬學(xué)校的培訓(xùn)系統(tǒng)是對(duì)真實(shí)的培訓(xùn)設(shè)施與平臺(tái)的仿真，具有相同的操作方法與系統(tǒng)反應(yīng);

（2）虛擬學(xué)校的培訓(xùn)系統(tǒng)既能模擬過(guò)去或現(xiàn)在的客觀環(huán)境，也能模擬未來(lái)可能出現(xiàn)的未來(lái)世界，還能模擬僅存在于人們幻想中的奇幻世界，還能對(duì)不停世界中存在的物體或事件進(jìn)行有機(jī)組合或單獨(dú)呈現(xiàn)，總之表現(xiàn)出超時(shí)空性。

（3）虛擬學(xué)校的培訓(xùn)系統(tǒng)能通過(guò)傳感器等設(shè)備，對(duì)學(xué)生用自然技能所做出的操作做出反應(yīng)。

（4）虛擬學(xué)校的培訓(xùn)系統(tǒng)能針對(duì)學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)與潛在能力等各種復(fù)雜情況提供個(gè)性化學(xué)習(xí)方案，使教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生實(shí)際一一對(duì)應(yīng)，從而提高教學(xué)效果。

2.2 虛擬課堂

利用計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)可以建立一個(gè)突破時(shí)空限制、能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)互動(dòng)的虛擬課堂。在虛擬課堂上，通過(guò)音視頻等多媒體技術(shù)進(jìn)行授課，不僅能夠有效提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，而且能滿足網(wǎng)絡(luò)上大規(guī)模學(xué)習(xí)的需求，擴(kuò)大虛擬課堂的受益群體，還能通過(guò)網(wǎng)友廣泛的互動(dòng)與交流，逐步完善虛擬課堂系統(tǒng)，建立起先進(jìn)且具有競(jìng)爭(zhēng)力的虛擬直播課堂體系。例如，基于虛擬仿真技術(shù)建立虛擬網(wǎng)絡(luò)教室，不但能有效實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬機(jī)的隔離，增強(qiáng)其獨(dú)立性，進(jìn)而更好地解決資源分配問(wèn)題，還能提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

2.3 虛擬實(shí)驗(yàn)

利用計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)，可以將實(shí)驗(yàn)相關(guān)的數(shù)據(jù)輸入相關(guān)程序，并做出各種實(shí)驗(yàn)物品模型，并基于計(jì)算機(jī)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)組合與集成，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)真實(shí)的實(shí)驗(yàn)中中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的效果，即虛擬實(shí)驗(yàn)。通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)，可以盡可能地規(guī)避實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作中的不安全因素，避免實(shí)驗(yàn)器材的損耗與浪費(fèi)，解決實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備缺乏與資金投入的問(wèn)題。例如，基于虛擬仿真技術(shù)構(gòu)建便攜式計(jì)算機(jī)，則能使學(xué)生在任何有物理計(jì)算機(jī)的環(huán)境中，通過(guò)安全虛擬仿真軟件，就可有效模擬真實(shí)的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，為師生打破真實(shí)實(shí)驗(yàn)室的時(shí)空限制，提供了很大便利。

3 結(jié)束語(yǔ)

總之，在教學(xué)中引入計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)，對(duì)進(jìn)一步提升教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)社會(huì)所需的高素質(zhì)人才意義重大。對(duì)于計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)及其相關(guān)設(shè)備在教學(xué)中的應(yīng)用，教師要與時(shí)俱進(jìn)，加強(qiáng)學(xué)習(xí)，對(duì)待不同教學(xué)內(nèi)容，要合理、科學(xué)地進(jìn)行應(yīng)用，使其成為現(xiàn)代化教學(xué)的一種重要手段，來(lái)實(shí)現(xiàn)教學(xué)質(zhì)量、教學(xué)效率的提高。

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