虛擬現(xiàn)實(shí)在中學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用-模板

虛擬現(xiàn)實(shí)在中學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

【摘要】虛擬現(xiàn)實(shí)是運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，在用戶眼前生成一個(gè)虛擬的環(huán)境，使人感到象真實(shí)存在的一種技術(shù)。本文結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)的特征，提出了虛擬現(xiàn)實(shí)在中學(xué)課堂教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)等中運(yùn)用，在教學(xué)中具有開創(chuàng)性的意義。

【關(guān)鍵詞】虛擬現(xiàn)實(shí)，教學(xué)，應(yīng)用。

虛擬現(xiàn)實(shí)（VirtualReality）是把客觀上存在的或并不存在的東西，通過運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，在用戶眼前生成一個(gè)虛擬的環(huán)境，使人感到象真實(shí)存在的一種技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是在綜合計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)動(dòng)模擬與仿真、傳感技術(shù)、顯示技術(shù)等許多計(jì)算機(jī)學(xué)科的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種計(jì)算機(jī)應(yīng)用新領(lǐng)域。

一、虛擬現(xiàn)實(shí)及其發(fā)展歷史

有人認(rèn)為，80年代是個(gè)人計(jì)算機(jī)時(shí)代，90年代是多媒體時(shí)代，21世紀(jì)初則是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)時(shí)代。而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的誕生可以追溯到上個(gè)世紀(jì)的六十年代。

1965年，IvanSutherland在篇名為《TheUltimateDisplay》（終極的顯示）的論文中首次提出了包括具有交互圖形顯示、力反饋設(shè)備以及聲音提示的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的基本思想，從此，人們正式開始了對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的研究探索歷程。

1966年，美國(guó)MIT的林肯實(shí)驗(yàn)室正式開始了頭盔式顯示器HMD的研制工作。在這第一個(gè)HMD的樣機(jī)完成不久，研制者又把能模擬力量和觸覺的力反饋裝置加入到這個(gè)系統(tǒng)中。1970年，出現(xiàn)了第一個(gè)功能較齊全的HMD系統(tǒng)。

1984年，WilliaGibson寫了一本名為Neuro－mancer的書，書中幻想計(jì)算機(jī)用戶可以把自己的腦神經(jīng)絡(luò)接入計(jì)算機(jī)，這樣用戶便可以神游于由計(jì)算機(jī)模擬成的虛擬世界中。他把這個(gè)世界稱為“控制空間”（CyberSPace）。在這以后，人們又提出了“虛擬現(xiàn)實(shí)”?！叭斯がF(xiàn)實(shí)”、”遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)控制”等設(shè)想，統(tǒng)稱為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。

基于從60年代以來所取得的一系列成就，美國(guó)的VPL公司的創(chuàng)建者JaronLamer在80年代初最后確定以虛擬現(xiàn)實(shí)（VirtualReality）一詞作為這一領(lǐng)域的專用術(shù)語(yǔ)。

80年代，美國(guó)宇航局（NASA）及美國(guó)國(guó)防部組織了一系列有關(guān)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究，并取得了令人矚目的研究成果。1984年，NASAAmes研究中心虛擬行星探測(cè)實(shí)驗(yàn)室的和博士組織開發(fā)了用于火星探測(cè)的虛擬環(huán)境視覺顯示器，將火星探測(cè)器發(fā)回的數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，為地面研究人員構(gòu)造了火星表面的三維虛擬環(huán)境。

1990年在美國(guó)Dallas召開的Siggraph的會(huì)議上，對(duì)VR技術(shù)進(jìn)行了討論，明確提出了VR技術(shù)的主要內(nèi)容是：實(shí)時(shí)三維圖形生成技木、多傳感器交互技術(shù)，以及高分辨率顯示技術(shù)，為VR技術(shù)的發(fā)展確定了研究方向。

近年來，迅速發(fā)展的計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)與不斷改進(jìn)的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)相匹配，使得基于大型數(shù)據(jù)集合的聲音和圖象的實(shí)時(shí)動(dòng)畫制作成為可能；人機(jī)交互系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不斷創(chuàng)新，新穎、實(shí)用的輸入輸出設(shè)備不斷地進(jìn)入市場(chǎng)。而這些都為虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。同時(shí)，VR技術(shù)也逐漸從飛行仿真、戰(zhàn)爭(zhēng)應(yīng)用到教育、科研、娛樂、建筑、醫(yī)療、工業(yè)等各個(gè)方面。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)的種類及特征

1．虛擬現(xiàn)實(shí)的種類：

實(shí)際應(yīng)用的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)大體可分為四類：1）桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，也稱窗口中的VR，它成本低，主要用于CAD／CAM、建筑設(shè)計(jì)、教育教學(xué)等領(lǐng)域；本文中所提及的虛擬現(xiàn)實(shí)主要指這種類型。2）沉浸虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，使用頭盔顯示器把用戶的視覺、聽覺及其他感覺封閉起來，產(chǎn)生一種身臨其境的錯(cuò)覺；3）分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，它建立在沉浸虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)和分布式交互仿真（distributedinteractionsimulation）的基礎(chǔ)上；4）增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)。

2．虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特怔

虛擬現(xiàn)實(shí)的特征可以表示為3I特征（Immersion、Interaction、Imagination）

（l）投入（Immersion）：這是VR系統(tǒng)的核心，指使用戶投入到由計(jì)算機(jī)生成的虛擬場(chǎng)景中的能力。用戶在虛擬場(chǎng)景中有“身臨其境”之感。

（2）交互性（Interaction）：指用戶與虛擬場(chǎng)景中各種對(duì)象相互作用的能力，它是人機(jī)和諧的關(guān)鍵性因素。

（3）構(gòu)想（Imagination）：虛擬現(xiàn)實(shí)不僅僅是一個(gè)用戶與終端的接口，而且可使用戶沉浸于此環(huán)境中獲取新的知識(shí)，提高感性和理性認(rèn)識(shí)，從而產(chǎn)生新的構(gòu)思。

三、虛擬現(xiàn)實(shí)在教學(xué)中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用于中學(xué)教學(xué)主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：課堂教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

1．課堂教學(xué)

課堂教學(xué)是教學(xué)的主要方式，也是虛擬現(xiàn)實(shí)運(yùn)用于教學(xué)的主要戰(zhàn)場(chǎng)。根據(jù)不同的學(xué)科，虛擬現(xiàn)實(shí)發(fā)揮著不同的作用，主要有以下方面的應(yīng)用：立體物體的或英語(yǔ)在教學(xué)過程中經(jīng)常采用情境教學(xué)法。在以往，學(xué)習(xí)情境的創(chuàng)設(shè)只能通過教師的言語(yǔ)，圖片的展示，或者一些錄像。學(xué)生大多只能被動(dòng)地接受，對(duì)于一些情境，老師描繪的和學(xué)生理解的可能相去甚遠(yuǎn)。如在介紹《回聲》一課時(shí)，雖然教師對(duì)“四聲谷”、回音壁、三音石和圓丘等介紹了許多，或者也提供了圖片或錄象，但學(xué)生的理解還是有一定的困難。如果采用虛擬現(xiàn)實(shí)，讓學(xué)生進(jìn)入虛擬故宮（:s:///apac/gb/virtualcity），讓學(xué)生自己動(dòng)手，去游覽一番回音壁、三音石，然后再對(duì)照課文，我想效果一定會(huì)很好的。如果有條件，采用沉浸的虛擬現(xiàn)實(shí)，讓學(xué)生戴上頭盔，面對(duì)虛擬的“四聲谷”、回音壁、三音石和圓丘，進(jìn)行聲音反射試驗(yàn)，從而加深對(duì)這種奇妙的聲學(xué)現(xiàn)象的理解。

在英語(yǔ)語(yǔ)言學(xué)習(xí)的環(huán)境創(chuàng)設(shè)上，科學(xué)技術(shù)先后為語(yǔ)言教學(xué)提供了音像視聽、計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)、多媒體、絡(luò)遠(yuǎn)程教學(xué)等多種方法、手段和設(shè)備。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，可以預(yù)言，在本世紀(jì)具有夢(mèng)幻般魅力的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將成為英語(yǔ)語(yǔ)言教學(xué)的重要手段。通過虛擬現(xiàn)實(shí)，學(xué)生可以和國(guó)外友人親切交談，也可以感受美國(guó)總統(tǒng)競(jìng)選時(shí)演講的現(xiàn)場(chǎng)氣氛。在由學(xué)生進(jìn)行角色扮演時(shí)，虛擬現(xiàn)實(shí)也可以起到創(chuàng)設(shè)特定情境的作用。以往學(xué)生的角色扮演只能在教室里進(jìn)行，所進(jìn)行的表演帶有很強(qiáng)的為表演而表演的成分，采用虛擬現(xiàn)實(shí)，可以使學(xué)生完全沉浸到教學(xué)所需要的環(huán)境中去，這對(duì)提高學(xué)生的外語(yǔ)綜合能力無疑是一個(gè)很大的突破。如在指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行shopping扮演時(shí)，可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)創(chuàng)設(shè)特定的情境，如零售店或大型商場(chǎng)，這些場(chǎng)景都是課堂上所無法給予的。

2．科學(xué)實(shí)驗(yàn)

一般學(xué)?，F(xiàn)有的條件下，有許多實(shí)驗(yàn)是根本不可能做的，如核反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，還有些實(shí)驗(yàn)是不能讓學(xué)生做的，如涉及到放射性物質(zhì)或有毒物質(zhì)的部分。利用VR技術(shù)，可以有效地解決實(shí)驗(yàn)條件與實(shí)驗(yàn)效果之間的矛盾。在教學(xué)中，許多昂貴的實(shí)驗(yàn)、培訓(xùn)器材，由于受價(jià)格的限制而無法普及。如果利用VR技術(shù)，在多媒體計(jì)算機(jī)上建立虛擬實(shí)驗(yàn)室，學(xué)習(xí)者便可以走進(jìn)這個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)室，身臨其境般的操作虛擬儀器，操作結(jié)果可以通過儀表顯示身體的感受反饋給學(xué)生，來判斷操作是否正確。這種實(shí)驗(yàn)既不消耗器材，也不受場(chǎng)地等外界條件限制，可重復(fù)操作，直至得出滿意結(jié)果。VR實(shí)驗(yàn)室的一大優(yōu)點(diǎn)還在于其絕對(duì)的安全性，不會(huì)因操作失誤而造成人身事故。

四、虛擬現(xiàn)實(shí)在教學(xué)中應(yīng)用的展望

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)正掀開其神秘的面紗，逐漸走進(jìn)教學(xué)。但在目前，完全沉浸虛擬現(xiàn)實(shí)