虛擬現(xiàn)實技術(shù)(VR)在技校教學中的實現(xiàn)

1、 虛擬現(xiàn)實技術(shù)(VR)在技校教學中的實現(xiàn)、實踐與研究 摘 要：隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為一種高新技術(shù)在技校教學中將會發(fā)揮很重要的作用。本文從虛擬現(xiàn)實技術(shù)的定義、特點、常用技術(shù)出發(fā)，結(jié)合教學理論，闡述虛擬現(xiàn)實技術(shù)在技校教育中的必要性，著重研究在技校教育中將傳統(tǒng)教學與虛擬現(xiàn)實技術(shù)相結(jié)合的實際應用及其實用價值，并探討虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展的障礙與方向。關鍵詞：虛擬現(xiàn)實 VR 技校教育 教學實踐Abstract: With the development of computer technology, Virtual reality technology will play a very sig

2、nificant role in Technical School Education. Based on the definition and features of Virtual reality technology and ordinary-used technology, this article shows the necessity of Virtual reality technology, emphasizes the application and practical value of Virtual reality technology combined traditio

3、nal teaching in Technical School Education, and discuss its obstacles and development direction.Key words: Virtual reality; VR; Technical School Education; Application引言隨著計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)教學方式方法正面臨變革，計算機技術(shù)與教育相整合成為一種必然的趨勢。如計算機輔助教學（CAI）的產(chǎn)生擺脫了傳統(tǒng)教學的呆板和乏味；多媒體技術(shù)的出現(xiàn)則將CAI課件變得更繪聲繪色；網(wǎng)絡技術(shù)的普及使遠程教育成為現(xiàn)實，學習者可以突破時空限制實現(xiàn)

4、自主學習。近年來，隨著建構(gòu)主義教學思想的興起，人們越來越強調(diào)希望利用更新的計算機技術(shù)，為學習者創(chuàng)建一個開放的、主動的、生動的學習環(huán)境，使之更能激發(fā)其學習熱情和學習興趣，而虛擬現(xiàn)實技術(shù)的出現(xiàn)使這種設想成為可能。本網(wǎng)站就是根據(jù)本校實際教學應用情況，利用VR技術(shù)制作了一個教學輔助系統(tǒng)網(wǎng)站，該網(wǎng)站經(jīng)過一個學期的使用，在教學領域中已取得一定的成效。理論篇一、 虛擬現(xiàn)實技術(shù)簡介（一）虛擬現(xiàn)實技術(shù)的定義及其特點虛擬現(xiàn)實技術(shù)（Virtual Reality，簡稱VR），又稱為臨境技術(shù)，是通過計算機創(chuàng)建一種虛擬環(huán)境，借助多種專用輸入輸出設備（如數(shù)據(jù)手套、眼屏、腳踏傳 動設備、數(shù)據(jù)衣服、鼠標、鍵盤、操縱桿等）以自

5、然的方式（如轉(zhuǎn)動眼球、活動手指等）向計算機傳達各種動作信息，通過視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等作用，使用戶產(chǎn)生和現(xiàn)實中一樣的感覺。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特點有： 1沉浸性。使用者不僅作為觀察者看到由計算機產(chǎn)生逼真的三維立體影像，還可以參與者的身份通過專用的設備與計算機產(chǎn)生交互，使虛擬環(huán)境中的影像隨之變化，猶如身臨其境。2交互性。使用者可以使用數(shù)據(jù)手套、腳踏傳動設備等傳感設備以一種近乎自然的交互形式與計算機產(chǎn)生多維化信息交互，是一種更為高層次的人機交互境界。3多感知性。虛擬現(xiàn)實技術(shù)借助專用傳感和反應設備能給使用者提供視覺、聽覺、力覺、觸覺、運動感知，甚至包括味覺和嗅覺感知等多種感官刺激。4構(gòu)想性。虛擬現(xiàn)實技術(shù)

6、不僅可再現(xiàn)真實存在的環(huán)境，也可以任意構(gòu)想客觀不存在的甚至是不可能發(fā)生的環(huán)境，能拓寬人類想象空間。（二）虛擬現(xiàn)實的相關技術(shù)1傳統(tǒng)技術(shù)傳統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要有兩種：一種是利用三維圖形設計軟件（如3DMAX、MAYA等）建立模型，實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實；另一種是基于圖像的三維建模技術(shù)（IBR），通過攝像機獲得真實場景的不同角度的若干照片，根據(jù)透視學和攝影測量學原理，生成所攝環(huán)境或物體的三維模型。兩種方法相比，前者所得模型具有空間形態(tài)多樣，視點變換自由，但建模過程復雜，設計周期長，實現(xiàn)代價大等缺點；后者建模過程簡易，對計算機能力要求不高，模型真實感強，但交互性不足，用戶觀察視點和運動方向受到限制，視點間切換易產(chǎn)

7、生突變現(xiàn)象。2網(wǎng)絡三維語言這類技術(shù)的代表是VRML（虛擬現(xiàn)實建模語言），是一種應用于Internet的三維場景的描述性語言。它定義了三維應用系統(tǒng)中常用的語言描述，如層次變換、光源、視點、動畫、材質(zhì)、紋理映射等，并具有簡單的行為特征描述功能。只需通過網(wǎng)絡傳輸少量數(shù)據(jù)，經(jīng)客戶機上的瀏覽器解釋即可生成三維場景，但這些語言難度大，必須結(jié)合三維圖像制作軟件建立模型，由于客戶端的三維場景是即時渲染，對客戶機的配置要求也比較苛刻。二、 在技校教學中應用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的必要性（一）虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教學中應用的理論支持根據(jù)建構(gòu)主義理論的基本觀點可以認為，知識不是通過教師傳授得到，而是學生在一定的情境即社會文化背景下

8、，借助其他人（包括教師和學習伙伴）的幫助，利用必要的學習資料，通過建構(gòu)意義的方式而獲得1。通過實際情境進行學習，可以激發(fā)學習者的產(chǎn)生聯(lián)想，使學習者能利用自己原有知識結(jié)構(gòu)中的相關經(jīng)驗，去同化當前學習到的新知識，從而在新舊知識之間建立起聯(lián)系，并賦予新知識以某種意義。但許多的知識是在現(xiàn)實社會中不易或者不允許出現(xiàn)的現(xiàn)象，缺乏一個形象生動的“情境”，就不利于激發(fā)學習者產(chǎn)生聯(lián)想，對知識的意義建構(gòu)因此也會發(fā)生困難，而虛擬現(xiàn)實技術(shù)的構(gòu)想性特點就能很好地解決“情境”創(chuàng)立的問題。（二）虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應用是學生學習的需要 實驗心理學家赤瑞特拉做過兩個著名的心理實驗。一個是關于人類獲取信息的來源，實驗證明：人類獲取的

9、信息94來自視覺和聽覺。另一個是關于知識保持即記憶持久性的實驗。結(jié)果是：人們一般能記住自己聽到和看到內(nèi)容的50，而一般只能記住自己閱讀內(nèi)容的10。2虛擬現(xiàn)實技術(shù)的多感知性能帶給學習者多種感官上的刺激，從而使獲取的信息量比單一地聽老師講課強得多，知識的保持也大大優(yōu)于傳統(tǒng)教學效果。 另一方面，大部分技校學生本身基礎較差，以往的失敗經(jīng)驗使他們對學習缺乏信心，對學習容易有畏難情緒，更談不上興趣。因此，技校教育更需要將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應用在課件設計和課堂教學，以提高技校學生的學習興趣，進而提高教學質(zhì)量。（三）虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應用是教師教學的需要一些抽象概念和理論單純靠教師的語言描繪和肢體動作難以描述清楚，而虛

10、擬現(xiàn)實技術(shù)具有動畫虛擬現(xiàn)實的能力，能夠?qū)⒊橄蟾拍钤怼嶒炦^程生動地表現(xiàn)出來，甚至可以徹底打破時空的限制，大至天體行星，小至原子粒子，久至上百萬年的進化歷程，都能一一真實呈現(xiàn)，協(xié)助教師以更為豐富的教學手段和方式，幫助學生把握概念原理的實質(zhì)。（四）彌補教學設施的不足技校教育很強調(diào)通過實驗教學鞏固學生所學理論，培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新精神。但由于實驗場地、實驗設備、教學經(jīng)費等方面的限制，一些教學實驗無法展開。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)能很好地解決這個問題，它可以在節(jié)省大量鋪設實驗場地、購置實驗儀器費用的前提下，重復使用并時常更新這些虛擬的實驗“儀器”，又能使學習者獲得與真實實驗同樣的體會，反復操作，加深對教

11、學內(nèi)容的理解，以相對較低的成本實現(xiàn)技工教育的效益最大化。技術(shù)篇一、本系統(tǒng)所應用的技術(shù)本系統(tǒng)使用的是中視典數(shù)字科技有限公司擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的虛擬現(xiàn)實平臺軟件VR-Platform 。該軟件最大優(yōu)勢在于第一，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，擺脫對外國技術(shù)的依賴，開發(fā)自由度較大。第二，該軟件能實現(xiàn)的功能較多，如數(shù)字城市仿真系統(tǒng)、工業(yè)仿真，虛擬室內(nèi)裝修，電子沙盤，植被氣候仿真都能在該軟件實現(xiàn)，可持續(xù)開發(fā)性較強，避免由于軟件壽命短而導致的開發(fā)資源浪費。第三，該開發(fā)平臺可以讓功能以單機軟件或網(wǎng)站形式同時實現(xiàn)，既可在復雜網(wǎng)絡環(huán)境下實現(xiàn)同步更新，也能保證在網(wǎng)絡不發(fā)達地區(qū)同樣實現(xiàn)功能。二、本系統(tǒng)實現(xiàn)的技術(shù)流程確定建筑物關系比

12、例制定標準尺寸實景拍照建立模型貼圖修正比例關系利用VR軟件集成功能單機虛擬教學系統(tǒng)虛擬現(xiàn)實教學網(wǎng)站（一）校園漫游系統(tǒng)及展廳的實現(xiàn)圖 1 漫游系統(tǒng)流程圖1漫游系統(tǒng)的建立流程2制作難點與關鍵技術(shù)（1）建筑物比例關系的確定由于本校南校區(qū)的校舍由多個部分組成，新舊不一，建筑結(jié)構(gòu)復雜，而且經(jīng)過多番的修整，形成比較特殊的建筑群體。若對照建筑設計圖進行建模，必然費時耗力且未必能符合實際效果要求。根據(jù)這種特殊情況，我們利用衛(wèi)星地圖軟件，直接找到我校所在位置，截取俯視圖作為基礎，通過3D max建立建筑物的等比例初級模型。這樣，建筑群關系基本確定，只要根據(jù)初級模型的范圍建立精細模型，這樣整個校園建筑物關系基本與

13、真實相符且耗時較短。 圖2 衛(wèi)星俯視拍攝圖 圖3 符合比例的初級模型（2）貼圖制作校園景物多而復雜，如何將眾多事物納入虛擬空間之內(nèi)，貼圖技術(shù)是關鍵。本系統(tǒng)運用三維物體的貼圖展開技術(shù)，成功地將復雜的物體展開成數(shù)個相關的平面，就像包裝盒可以展開成一張紙皮。 圖4 立體墨水盒 圖5 墨水盒的貼圖展開 圖6 校園的建筑物立體 圖7 建筑物的貼圖展開利用這種技術(shù)能夠較快地描繪較規(guī)則建筑物的外表，結(jié)合多子物體貼圖，混合貼圖等技術(shù)對復雜物體進行貼圖，能有效、準確地反映校園的真實景物。圖8 學生作品展示廳效果圖學生作品展示廳的制作和校園漫游系統(tǒng)的比較類似，此處就不再贅言。（3）集成功能以及生成網(wǎng)站使用傳統(tǒng)的V

14、RML語言編寫網(wǎng)站，由于語言格式復雜，繁冗難懂，即使運用三維軟件進行建模、貼圖輸出網(wǎng)頁文件，想在網(wǎng)站內(nèi)實現(xiàn)基本功能也需要長時間的調(diào)試。本系統(tǒng)的網(wǎng)絡版是利用VR-Edit軟件作為平臺，擺脫VRML系列語言的弊病，能快速、直觀地控制功能的編寫與調(diào)試；通過所看即所得的操作方式，及時發(fā)現(xiàn)、排除潛在的缺陷。（二）虛擬裝機的實現(xiàn)1需求分析根據(jù)學生的學習特點，將可能遇到的問題設立關鍵點，畫成關系流程圖（如圖9）：圖 9 關系流程圖正確：播放操作動畫，繼續(xù)下一零件觀察硬件判斷能否獨立操作否：文字幫助/視頻示范是：開始裝機按順序點擊放入零件錯誤：禁止操作，提示錯誤文字幫助或視頻示范完成裝機已按要求完成：返回“裝

15、機成功”仍未完成：返回“裝機未完成”2模型的建立與貼圖運用3D max作為建立模型的軟件，對照真實的零件進行建模。截取硬件實物圖片通過Photoshop進行加工，制成貼圖，賦予模型，這個過程可以單獨成為教學過程，在3D教學中作為項目驅(qū)動，讓學生自己動手建立模型。圖 11 Photoshop加工貼圖圖 10 3Dmax建模 3代碼的編寫與調(diào)試（1）首先對VRP-Editer進行初始化，環(huán)境變量、變量類型賦予初值。圖 12 初始化（2）設立出發(fā)函數(shù)，對每個觸發(fā)點的條件進行限制。圖 13 設立出發(fā)函數(shù)（3）構(gòu)建循環(huán)體，并定義循環(huán)條件、循環(huán)體入點、出點的限制圖 14 構(gòu)建循環(huán)體（4）最后調(diào)試整個軟件功

16、能，排除錯誤。在整個系統(tǒng)編寫的過程中，或多或少都會出現(xiàn)一些小錯誤，需要對其進行多番的調(diào)試。例如：虛擬硬件裝機中，為了讓學生能反復進行練習，我們設置了“還原”按鈕，讓學生可以在犯錯或完成后再次進行裝機實操。但我們在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)“還原”按鈕只能還原硬件的狀態(tài)，反饋信息沒有還原。當出現(xiàn)一次裝機成功并還原后，再出錯時的反饋信息依然是“裝機成功”。經(jīng)過檢查，發(fā)現(xiàn)問題如下：panel03.鼠標左鍵按 /還原按鈕-播放剛體動畫, <all>, 5, 0, 1變量賦值, open, 0變量賦值, s, 0定義變量, s。變量賦值, s, 0定義變量, x 變量賦值, x, 0經(jīng)過修改，“還原”按

17、鈕變量賦值為s后，問題解決。在調(diào)試過程中還遇到很多問題，在這里就不做累述了。應用實踐篇根據(jù)上述理論和技術(shù)的支持，下面來討論一下虛擬現(xiàn)實技術(shù)在技校“教”和“學”中的應用實踐。一、虛擬現(xiàn)實技術(shù)是技校計算機專業(yè)的一門重要課程（一）虛擬現(xiàn)實技術(shù)的教學意義圖 15 Windows Vista系統(tǒng)的三維菜單圖 16 Second Life中觀眾收看實時新聞廣播計算機技術(shù)發(fā)展到21世紀，人性化、交互化成為發(fā)展的趨勢。隨著計算機處理能力的提升，三維立體顯示技術(shù)逐漸成熟。操作系統(tǒng)Windows Vista開始進入三維化操作（如圖15）的時代。而在網(wǎng)絡中，仿真的虛擬世界已經(jīng)建立，如美國著名的網(wǎng)絡游戲Second

18、Life（第二人生）（如圖16），已經(jīng)將真實的商業(yè)活動和生活的細節(jié)搬到網(wǎng)絡中，甚至達到虛擬貨幣與美金互通的程度。這些成功的例子證明虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)成功地擺脫了傳統(tǒng)三維圖像軟件的束縛，發(fā)展成為一種獨立的表現(xiàn)技術(shù)，并逐漸形成一門新興的綜合性實用學科。當前，虛擬現(xiàn)實技術(shù)憑借其沉浸性、交互性、多感官性和構(gòu)想性的技術(shù)特點，能以較低的成本獲得一定程度的虛擬現(xiàn)實體驗，在立體空間的展示，立體物體的展示，展品的介紹，虛擬空間的營造與構(gòu)建，虛擬場景的構(gòu)造等方面有著獨特的優(yōu)勢。社會上新興的房地產(chǎn)熱，以及工業(yè)自動化及其過程控制都是虛擬技術(shù)應用的熱點（如圖17和圖18）。因此，以培養(yǎng)學生技術(shù)特長為教學重點的技校教育更應

19、緊跟技術(shù)發(fā)展的步伐和滿足社會需求，將實現(xiàn)房地產(chǎn)建筑物漫游和工業(yè)過程仿真作為教學實例，教導學生掌握虛擬現(xiàn)實技術(shù)。圖 17 新樓盤虛擬漫游圖18 復雜工件的模擬裝配（二）虛擬現(xiàn)實技術(shù)的教學實踐下面，以本校計算機輔助設計專業(yè)的學生為例，論證一下如何利用本系統(tǒng)使技校學生熟練掌握虛擬現(xiàn)實技術(shù)的教學實踐過程。1教學實踐的理論依據(jù)項目遞進驅(qū)動教學法“項目遞進驅(qū)動教學法” 是行為引導型教學方法中的一種，來源于建構(gòu)主義學習理論，是師生通過共同實施一個完整的項目工作而進行的教學活動。在整個教學過程采用“項目遞進驅(qū)動教學法”，能充分地展示現(xiàn)代技工教育“以能力為本”的價值取向，使課堂教學的質(zhì)量和效益得到提高。2項目的

20、選材依據(jù)（1）教學題材現(xiàn)時，虛擬現(xiàn)實技術(shù)應用熱點圍繞房地產(chǎn)漫游和工業(yè)過程仿真，所以項目的選材必須與此熱點相貼合。那選擇何種建筑物漫游呢？又以哪種工業(yè)過程仿真為例呢？根據(jù)教學實踐證明，熟悉的“情境”實例能激發(fā)學生興趣，因為學生對學校既熟悉而又有感情，所以他們能很快地進入制作狀態(tài)。而裝機模擬是每個計算機專業(yè)學生必學的一門課程，學生對每個步驟都必須相當熟悉，也應具有一定的準確性要求。因此，選擇本系統(tǒng)作為“項目遞進驅(qū)動教學法”的教學題材。（2）教學內(nèi)容利用上述的題材，通過逐漸增加實例的功能，使學生在實現(xiàn)不斷提出的任務中自然而然地進行新知識點的學習和操練，從而以一個項目的不斷拓展和層層推進來帶動課程的學

21、習，最終使學生掌握虛擬現(xiàn)實技術(shù)。而在原有技校計算機專業(yè)的知識結(jié)構(gòu)中，已包括了3D max三維建模、貼圖、基本動畫、Photoshop制圖、二維網(wǎng)頁制作基礎，要達到掌握建筑物漫游、工業(yè)過程仿真、三維網(wǎng)站等的構(gòu)建的最終學習目標，必須掌握以下知識點： 如何將三維制圖軟件內(nèi)的模型導出到單獨運行的虛擬平臺； 將模型虛擬化和網(wǎng)頁化； 如何添加編譯判斷條件和反饋信息讓整個虛擬現(xiàn)實過程內(nèi)涵更豐富，操作更友好。 本系統(tǒng)中虛擬校園漫游、學生作品展示廳和虛擬裝機三大內(nèi)容正是環(huán)環(huán)緊扣這三個知識點，符合項目遞進驅(qū)動教學模式中的知識鏈構(gòu)建要求。3項目驅(qū)動教學設計圖 19 知識鏈的構(gòu)建過程簡單項目（激發(fā)興趣、新舊知識融合）

22、進階項目（更高、更復雜的要求）應用項目（根據(jù)實際情況制定目標、流程及完成制作）固有知識掌握新技能、新知識運用項目遞進驅(qū)動教學模式，將本作品的三大內(nèi)容貫穿整個知識鏈的構(gòu)建過程。（1） 簡單項目教學目的：提高學生興趣，實現(xiàn)新舊知識融合虛擬校園漫游子項目：實現(xiàn)了將模型、貼圖、動畫分離，并單獨運行，實現(xiàn)漫游功能及鼠標劃過信息反饋，并將其網(wǎng)頁化制成三維網(wǎng)頁。（2） 進階項目教學目的：進一步提高對新舊知識熟練程度的要求，并加入創(chuàng)新元素作品展廳子項目：進一步要求模型和貼圖的精度，考慮使用高質(zhì)量渲染器帶來的貼圖問題。實現(xiàn)鼠標劃過、單擊響應，以及編寫信息反饋、語音反饋、多媒體反饋等反饋形式的基本語句。（3） 應

23、用型項目教學目的：根據(jù)實際情況進行設計方案和反饋方案的制定。同時制作較為復雜的演示動畫和針對循環(huán)、分支等的條件判斷語句進行結(jié)構(gòu)化編程。虛擬裝機子項目：對模型、編程、調(diào)試的最高要求。不但模型、貼圖精度要高，動畫設置要合理，對于操作者在實際操作過程中可能出現(xiàn)的錯誤，進行估計，要求返回正確的判斷和做出適當?shù)囊龑?。三個項目由淺入深，一步一步，讓虛擬現(xiàn)實技術(shù)順利地銜接到舊有知識上，讓計算機類學生擴展知識面，更新技能以適應社會需求。4實施過程的要點（1）分組按照學生的技術(shù)水平和知識面進行分組，盡量每組都有建模、貼圖、動畫控制、程序編寫這幾個特定分工，讓學生在項目的進行過程中既鍛煉技術(shù)也訓練其團隊意識和與他

24、人合作的能力。并且在團隊的合作中，提高每個成員的學習能力，增強團隊協(xié)調(diào)和工作能力。（2）難點及其解決每個班的學生知識形成的過程各有不同，課程的難點分布也會大有不同。但一般來說，難點集中在這幾個方面：建模精度的控制對建模精度的要求由低到高依次是校園漫游à立體展廳à模擬裝機。這樣的要求是由于建筑物體積較大、結(jié)構(gòu)復雜，必須保持較低的模型段數(shù)才能保證運行的速度，而模擬裝機范圍較小，且操作者需近距離觀察，所以模型質(zhì)量要求較高。貼圖方法由于軟件平臺的限制，多維子物體貼圖方法在VRP內(nèi)仍未成熟，會出現(xiàn)貼圖模糊、走位等情況。教師必須提醒學生。材質(zhì)球數(shù)量有限與貼圖數(shù)目過多的矛盾可以通過多次的

25、合并文件解決。編程語句但應當注意：由于軟件已經(jīng)將硬件語言進行了封裝，實現(xiàn)功能的模塊化，對學生來說是較容易上手的，但由于用了中文表述，語法也較為松散，必須規(guī)范學生編寫語句的步驟。5采用“項目遞進驅(qū)動法”的應用價值（1）知識鏈構(gòu)建連貫，有利于學生新知識的擴充各子項目之間知識的聯(lián)系點是建模的精度和人機交互的層次。隨著子項目對建模精度和交互層次要求的步步提高，學生在完成前一個子項目的基礎上加以改進則可完成后一個子項目。如此逐步深入，每一個新內(nèi)容都是從一個能夠入手完成的舊內(nèi)容過渡而來，結(jié)果會使得學生自然而然地接受課程中的新內(nèi)容，而且往往可以引導學生自己完成關于新知識的擴充，水到渠成地達到最終的教學目標。

26、（2）問題呈螺旋式不斷擴展，能充分調(diào)動學生參與在項目遞進驅(qū)動的過程中，教師扮演“主導”角色，讓學生評判作品的優(yōu)劣（如上文提及的貼圖模糊、走位的情況），吸收優(yōu)點，修改錯誤，引導學生進行優(yōu)化，并最終歸納出問題的最佳解決方案。在這樣的實例教學中，因為有提出問題、解決問題、擴展問題、再解決問題、對解決問題的方法評價、優(yōu)化設計等幾個環(huán)節(jié)，實際上是一個螺旋式滾動向前的過程，能夠非常自然地調(diào)動學生的參與，而且通過問題的不斷擴展，通過一個問題的多種解決方法，有效開闊學生的思維，使得學生在課堂上真正地成為“主體”，活躍了課堂，學生的參與程度很高。（3）培養(yǎng)學生的綜合能力經(jīng)過實踐，項目遞進驅(qū)動式教學法能夠較好的培

27、養(yǎng)學生的社會責任感和團隊協(xié)作能力；培養(yǎng)學生工作積極主動、仔細認真的工作態(tài)度和質(zhì)量意識；使學生在專業(yè)技術(shù)領域具備可持續(xù)自學能力，適應社會發(fā)展需要。二、虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一種重要的教學輔助手段實驗是教學活動中一個重要的環(huán)節(jié)，尤其是技校中的科目大多以實驗課程為基礎。傳統(tǒng)教學環(huán)境下，無論語言的描述還是圖片的直觀展示一時很難使學生進入學習狀態(tài)，而基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)創(chuàng)造出生動、逼真的學習環(huán)境能充分展示信息內(nèi)容，豐富學生的感性認識，使學生容易受到情景的感染，促使學生體驗和頓悟，從而加深他們對教學內(nèi)容的理解。下面以我校計算機專業(yè)學生學習計算機組裝與維護課程教學為例，闡述虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為教學輔助手段的必要性。（一）傳

28、統(tǒng)教學過程與其不足之處1理論教學傳統(tǒng)的理論教學課，老師要講授硬件的相關知識通常依靠圖片或者實物。然而，圖片展示部件無法縮放，普遍存在不夠清晰的情況，加上部分學生的空間抽象思維相對薄弱，對于較為復雜的部件及裝配體的空間構(gòu)思普遍會感到較吃力，無法真正理解和想象部件形體究竟是怎樣的、為什么是那樣。實物展示雖然能解決空間抽象思維較薄弱學生的問題，但對于部件細微之處卻難以觀察清楚。因此，盡管借助圖片和實物，老師生動的語言，學生依然無法很好地對這些部件產(chǎn)生深刻的感性認識，從而直接影響學生的學習興趣和積極性，制約教學質(zhì)量的提高。2實操教學傳統(tǒng)的實驗教學課，老師通常用圖片和板書介紹實驗流程和步驟，然后通過親身

29、示范向?qū)W生演示實驗的全過程，最后讓學生進行實操。但是，在實際教學的過程中，由于觀察的角度所限，學生觀察老師的示范并不很真切。因此學生在實操過程中容易犯錯誤。另一方面，老師也因為課時所限無法反復多次示范。盡管現(xiàn)在可以借助多媒體和網(wǎng)絡技術(shù)，將實驗示范過程拍成視頻共享于網(wǎng)站上，但學生單純靠觀看圖片和視頻影像還不足以培養(yǎng)學生的實際操作能力和解決問題的能力。學生的大部分實踐能力還是要通過實操獲得。然而，傳統(tǒng)的實驗儀器不足且昂貴，更新?lián)Q代的需求很難滿足，更不能滿足實驗教學的要求。此外，還存在一些不可摸、不可入的危險實驗場所，或者在實際中難以營造的實驗環(huán)境，這些都成為制約實驗教學的重要問題。（二）利用虛擬技

30、術(shù)教學和傳統(tǒng)教學相結(jié)合的優(yōu)勢1理論教學在傳統(tǒng)理論教學的基礎上，加入虛擬現(xiàn)實技術(shù)輔助教學后，老師可以通過多視角、可控制的技術(shù)手段將各種硬件部件外觀與實體裝配過程動態(tài)地展示出來。讓在課堂上看不清老師操作示范的學生能從輔助虛擬課件中看清楚一些操作的細節(jié)和要點，并且記憶較為深刻。豐富、生動、真實的虛擬學習情境豐富了課堂教學，增強學生了對所學內(nèi)容的感性認識，極大地提高了學生的學習興趣，充分調(diào)動了學生的學習積極性，變被動學習為主動學習，從而提高了學習效果。圖 20 虛擬教學圖 21 視頻教學 （利用虛擬現(xiàn)實多角度地觀察和操作計算機硬件，同時輔以老師視頻示范教學）2實操教學由上面闡述的傳統(tǒng)實操可知，學校的實

31、驗儀器不足且昂貴，同時還存在一些不可摸、不可入的危險實驗場所，在實際中難以營造的實驗環(huán)境。圖 22 操作錯誤反饋圖 23 無論何時都可還原再來本校的高職學生有部分是高中畢業(yè)生，可以說他們的計算機組裝基礎幾乎為零，特別是部分女生，很害怕接觸計算機硬件，總是怕會把學校的設備弄壞。如果按傳統(tǒng)的實操教學法，她們從心理上就處于劣勢，本能抗拒這門課。傳統(tǒng)實操教學反而成為阻礙學生掌握技能的。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)教學則是提供解決上述問題的有效途徑。如本網(wǎng)站的計算機實驗室提供的計算機虛擬組裝技能訓練就是其中一項重要實踐。它可以通過人機交互，反復進行模擬裝機的練習。如下圖所示： （三）虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為教學輔助手段的實

32、用價值1實驗中所用到的實驗儀器和工具是通過3D建模設計出來，可以在實驗前使學生對這些儀器和工具有一個初步的感性認識；2可以創(chuàng)建一些虛擬的實驗環(huán)境，通過設置參數(shù)來設定不同環(huán)境，在虛擬的環(huán)境中反復做各種各樣的技能訓練，獲得不同環(huán)境因素下的實驗數(shù)據(jù)；3由于是虛擬的實驗，無論實驗環(huán)境還是實驗儀器都是虛擬的，因此能節(jié)省大量的設備更新維護和實驗場地鋪設費用；4實驗中的儀器和部件都是虛擬的，可以根據(jù)現(xiàn)實技術(shù)和型號的發(fā)展進行模型更新，緊貼技術(shù)潮流；5結(jié)合網(wǎng)絡通訊技術(shù)，學生可以隨時隨地反復多次地練習，直至熟練掌握操作技能為止，達到加深對實驗的印象，有利于在實際的實驗中提高速度，確保實驗順利進行；6在虛擬實驗中，

33、實驗儀器是虛擬的，因此學生可以不必擔心因誤操作造成實驗設備的毀壞，也不必擔心實驗中存在的危險，學生可以放心大膽地進行實驗，更有利于學生的發(fā)揮創(chuàng)造性思維。7使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)制作生動的模擬仿真課件，能推廣到各專業(yè)科的課程中使用。如數(shù)控機床的虛擬演練、酒管專業(yè)的餐廳客房虛擬操作練習等。三、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教學中的其他應用（一）作為對外宣傳校園的新手段用戶能通過方向鍵與虛擬校園產(chǎn)生交互，從而產(chǎn)生強烈的沉浸感，對校園景觀、校內(nèi)的各種設施和服務獲得身臨其境的感受，方便自然地獲得對周圍環(huán)境的全面印象，是校園景觀、設施和服務最為直觀的表現(xiàn)形式，非常適合作為對外宣傳本校風采的作品。以往，對外宣傳校園風采離不開圖片

34、和文字，但這種傳統(tǒng)方式用戶難以產(chǎn)生空間距離感。近年來興起使用三維建筑仿真技術(shù)制作仿真地圖，雖然地圖看起來是“立體”，但實際上還是二維的圖像，只是建筑物的鳥瞰形象，無法以正常人的視角來感受建筑空間，因此無法獲得真正感受。而使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，人們能夠在一個虛擬的三維環(huán)境中，用動態(tài)交互的方式對建筑及其功能進行身臨其境的全方位的審視甚至使用，在自由控制瀏覽的路線，多方位、多角度瀏覽的同時還能體驗校園各種設施的功能，詳細地了解各教學、行政部門的概況，甚至能了解具體一間課室的內(nèi)部環(huán)境或某某老師是在哪間辦公室的哪個位置上辦公，從而使更多人性化的服務變得可能。圖 24 傳統(tǒng)的數(shù)字地圖圖25 衛(wèi)星地圖圖 26

35、某三維地圖網(wǎng)的截圖圖27 本網(wǎng)站的截圖 （二）學習資源的展示虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應用除了對校園瀏覽之外，還可以用于創(chuàng)設虛擬教學空間，展示過往學生的優(yōu)秀作品，是一種界面親切友好的知識共享平臺。如本系統(tǒng)中，當用戶用鼠標點擊“運行”后，可以進入作品展廳（如圖28），在展廳中將鼠標移動到每一個展品的時候（如移至圖29右下方紅色方框所示展品上），屏幕的左上角都會出現(xiàn)一個小框，顯示是哪個班的什么作品，指導老師的名字等（如圖29左上方紅色方框所示）。當點擊展品時，就會自動播放學生的作品。這樣，既可鼓勵和肯定學生的能力，使學生產(chǎn)生榮譽感，也使學生能隨時找到優(yōu)秀作品，自我對照，找出差距，自我完善。教師也可以將這些作品

36、作為教學資源向?qū)W生講解相關知識。圖 29 學生作品展示廳圖 38 作品展示廳歡迎界面研究篇針對虛擬現(xiàn)實技術(shù)在技?！敖獭迸c“學”的應用實踐，我們選取本校計算機專業(yè)學生學習計算機組裝與維護課程教學為例，以問卷調(diào)查的方式，定量分析與比較一下傳統(tǒng)教學和引入虛擬技術(shù)教學后學生的學習興趣和學習效果的差異。一、關于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的學習效果調(diào)查（一）調(diào)查對象以本校04計信高工班（47人）和04計應高工班（40人）的學生作為本次虛擬現(xiàn)實技術(shù)教學效果調(diào)查對象。其中，04計信高工班的全體學生是由本校中職升上高職班，本身計算機的理論和實操基礎比較好，基本功也比較扎實，而04計應高工班是由很多非計算機專業(yè)的學生和高中畢業(yè)

37、生組成的，計算機理論和實操基礎相對較差。如此抽樣的目的是為了在調(diào)查分析時做出一些有價值的對比研究，從中了解不同層次的學生對傳統(tǒng)教學和利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)教學的認識、態(tài)度。（二）調(diào)查方法采用問卷調(diào)查方式，共發(fā)出87份，回收87份，其中有效問卷86份，問卷有效率達98.9。（三）調(diào)查內(nèi)容 本調(diào)查主要了解不同知識層次的學生對虛擬現(xiàn)實技術(shù)與傳統(tǒng)教學的態(tài)度以及對使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)所帶來的教學效果。問卷如下：關于開展虛擬教學的問卷調(diào)查使用虛擬教學課程名稱：微機組裝與維修 班別： 同學們好：為了更好地搞好微機組裝與維修課程的教學，我們想了解虛擬現(xiàn)實技術(shù)在本課程教學中的使用情況。請您根據(jù)您真實的感受，填寫好下面的問

38、卷。謝謝您的合作。一、選擇題（請在對應的選項打上“”號）：1對于本課程的理論課，您比較喜歡的上課形式是： A、傳統(tǒng)課 B、虛擬教學課 C、兩者結(jié)合 D、無所謂2上理論課時，您更喜歡老師采用哪種教學輔助材料： A、文字板書 B、掛圖 C、幻燈片 D、視頻 E、虛擬課件3對于本課程的實操課，您比較喜歡的上課形式是： A、傳統(tǒng)課 B、虛擬教學課 C、兩者結(jié)合 D、無所謂4上實操課時，您更喜歡使用哪種設備： A、實物 B、虛擬設備 C、兩者結(jié)合5虛擬教學課堂與傳統(tǒng)課堂相比，更能吸引您注意的課堂形式是： A、傳統(tǒng)課 B、虛擬教學課 C、差不多6虛擬教學課堂與傳統(tǒng)課堂相比，更能加深對所學重點、難點理解的課

39、堂形式是： A、傳統(tǒng)課 B、虛擬教學課 C、差不多7虛擬教學課堂與傳統(tǒng)課堂相比，更能增強知識的記憶程度的課堂形式是： A、傳統(tǒng)課 B、虛擬教學課 C、差不多8您認為多媒體技術(shù)的使用，使課堂教學氛圍變得： A、沉悶； B、較沉悶； C、沒變化； D、較活躍； E、活躍9您是否適應當前虛擬教學課： A、很適應 B、逐漸適應 C、有一定困難 D、很不適應10作為課后復習資料，您希望教學網(wǎng)站上提供哪些教學資源？（可多選）： A、文字材料 B、圖片 C、幻燈片 D、視頻 E、虛擬課件二、問答題：1您對本課程虛擬現(xiàn)實技術(shù)使用的總體印象如何？為什么？2您認為本課程虛擬現(xiàn)實技術(shù)的使用有哪些方面需要改進或者您有

40、什么好的建議？再次感謝您的合作?。ㄋ模┱{(diào)查結(jié)果本校04計信高工班（47人）和04計應高工班（40人）的學生進行了學習調(diào)查，其中04計信高工班有一份廢卷，調(diào)查結(jié)果如下(單位：人)：調(diào)查項目04計信高工班04計應高工班理論課形式偏好傳統(tǒng)課（5）虛擬教學課（26）兩者結(jié)合（15）無所謂（0）傳統(tǒng)課（8）虛擬教學課（12）兩者結(jié)合（20）無所謂（0）理論課的教學輔助材料文字板書（0）掛圖（0）幻燈片（8）視頻（18）虛擬課件（20）文字板書（0）掛圖（0）幻燈片（4）視頻（16）虛擬課件（20）實操課形式偏好傳統(tǒng)課（5）虛擬教學課（20）兩者結(jié)合（16）無所謂（5）傳統(tǒng)課（0）虛擬教學課（29）兩者結(jié)

41、合（11）無所謂（0）實操課使用設備實物（14）虛擬設備（11）兩者結(jié)合（21）實物（8）虛擬設備（22）兩者結(jié)合（10）吸引力更強傳統(tǒng)課（0）虛擬教學課（46）差不多（0）傳統(tǒng)課（0）虛擬教學課（40）差不多（0）對理解知識更容易傳統(tǒng)課（4）虛擬教學課（42）差不多（0）傳統(tǒng)課（5）虛擬教學課（35）差不多（0）記憶程度更深傳統(tǒng)課（0）虛擬教學課（43）差不多（3）傳統(tǒng)課（2）虛擬教學課（35）差不多（3）虛擬技術(shù)使課堂氣氛沉悶（0）較沉悶（0）沒變化（0）較活躍（10）活躍（36）沉悶（0）較沉悶（0）沒變化（0）較活躍（9）活躍（31）是否適應虛擬課堂很適應（26）逐漸適應（20）有一定

42、困難（0）很不適應（0）很適應（10）逐漸適應（22）有一定困難（8）很不適應（0）復習資料的形式（多選）文字材料（0）圖片（10）幻燈片（20）視頻（45）虛擬課件（43）文字材料（0）圖片（16）幻燈片（28）視頻（38）虛擬課件（40）對虛擬教學的總體印象直觀、形象、興趣更濃、效果好、虛擬設備比實物更先進加了感性材料更直觀、形象、更能加深理解、可反復實驗、不必擔心損壞改進建議希望應用于更多課程中；虛擬設備要持續(xù)更新；更多趣味性；希望操作更容易（五）測評結(jié)果的分析和比較1縱向比較：（每項調(diào)查指標之間的比較）不管在理論知識還是實操技能訓練方面，對引入虛擬技術(shù)教學的滿意度明顯大于對傳統(tǒng)知識講授

43、的滿意度。證明了學生在傳統(tǒng)教學中，盡管借助板書、掛圖、幻燈片、實物、老師生動的語言，但依然無法很好地對計算機各部件產(chǎn)生深刻的感性認識。學生普遍認為使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)能營造豐富、生動、真實的虛擬學習情境，更能吸引學生注意（兩班均占100），活躍了課堂氣氛（兩班均占100），極大地提高了學生的學習興趣；增強學生了對所學內(nèi)容的感性認識，更能加深對所學重點、難點理解（分別占91.3和87.5）；更能增強知識的記憶程度（分別占93.5和87.5）。目前，對于虛擬教學學生普遍比較適應（分別占100和80）。而且作為課后復習資料的形式，超過90的學生都希望在教學網(wǎng)站上同時提供傳統(tǒng)多媒體（視頻）課件和虛擬課件。

44、2橫向比較：（班級之間各調(diào)查指標的比較）（1）在理論知識方面：兩個班的學生都偏好將虛擬現(xiàn)實技術(shù)運用在理論教學中，虛擬課堂和兩者結(jié)合的兩項之和分別占89.1和80，只是04計應高工班的學生有部分是高中畢業(yè)生，對傳統(tǒng)理論教學態(tài)度還有一定的慣性思維。（2）在實操技能訓練方面：兩個班均偏好將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應用在實操教學中，但兩個班的數(shù)據(jù)出現(xiàn)了比較大的出入，04計應高工班比04計信高工班更依賴虛擬技術(shù)：選擇虛擬教學課的分別占72.5和43.5；對實操使用的設備04計應高工班更注重虛擬設備（占72.5），而04計信高工班有45.7的學生認為實物和虛擬設備都需要。究其原因是：由于04計信高工班的學生中職階段已

45、經(jīng)掌握初步的硬件知識，計算機的理論和實操基礎比較好；但04計應高工班的學生計算機基礎較差，十分需要借助虛擬現(xiàn)實技術(shù)幫助他們快速掌握計算機硬件的理論知識和實操過程；由于04計信高工班的學生總體實操基礎較好，敢于使用實物進行實操訓練，他們之所以同樣對虛擬設備感興趣是因為他們感覺虛擬設備比實物更先進，更能貼近潮流。然而，04計應高工班的學生（同時也包括04計信高工班中的部分女生）因?qū)嵅倩A較差，導致實操時總是怕會把學校的設備弄壞，因此更希望借助虛擬訓練來鞏固計算機組裝的過程，從而達到熟練的程度，并且更好地掌握這個技能。3調(diào)查結(jié)論根據(jù)以上的比較和分析，本次調(diào)查的結(jié)果顯示：通過將虛擬現(xiàn)實技術(shù)教學引入到教

46、學中，再結(jié)合傳統(tǒng)的教學方法應用在本校教育實踐中，是較符合實際情況的，并具有實際應用的價值。但值得注意的是：由于知識基礎的差別，學生使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的側(cè)重點有所不同，基礎較差的學生期望使用虛擬技術(shù)幫助他們快速掌握知識和技能，也希望虛擬技術(shù)能更容易操作，基礎較好的學生則希望借助虛擬技術(shù)能“更新”設備的優(yōu)勢，使實踐訓練跟上技術(shù)的發(fā)展。二、障礙與展望（一） 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展障礙1虛擬現(xiàn)實設備價格較高要構(gòu)建一個高質(zhì)量的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，場景的實時渲染必不可少，因此需要高性能的計算機以及相應的軟件。此外部分外部設備，如數(shù)據(jù)手套、頭盔顯示器等均造價不菲。因此要發(fā)展虛擬現(xiàn)實技術(shù)需要投入一筆較高的啟動資金。2三維建模工作繁瑣目前三維建模技術(shù)可以分為兩類：一是基于幾何模型的建模軟件技術(shù)，如3DMAX和MAYA；二是基于圖像的建模技術(shù)；但要制作精良的三維模型，使用前者技術(shù)需要花費大量時間來調(diào)試參數(shù)，使用后者則需要將攝入的圖像進行相鄰圖像中對應象素點對準拼接，因此三維建模工作是一項非常繁瑣而細致的工作。3人才缺乏目前國內(nèi)虛擬現(xiàn)實技術(shù)才剛興起，業(yè)內(nèi)的技術(shù)人才（包括師資力量）非常匱乏，也制約了虛擬