虚拟现实技术在高校教学中的应用研究论文

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　　摘要：文章阐述了虚拟现实教学的内涵,提出了虚拟现实技术在高校计算机课的具体应用建议：(1)创设虚拟教学场景在课前进行导入；(2)实现对理论知识的深入理解；(3)实现课堂互动教学；(4)计算机课应用简易虚拟学习环境设计；(5)互动课堂和远程教育。

　　关键词：虚拟现实技术；高校教学；应用

　　Research on the Application of Virtual Reality Technology in College Teaching

　　SHI Minhong

　　(Shanxi Engineering Vocational College,Taiyuan Shanxi 030032)

　　【Abstract】：The article expounds the connotation of virtual reality teaching,and puts forward specific suggestions for the application of virtual reality technology in computer courses in colleges and universities:One is to create a virtual teaching scene to be introduced before the class;Classroom interactive teaching,the fourth is the application of simple virtual learning environment design in computer courses,and thefifth is interactive classroom and distance education.

　　【Key words】：virtual reality technology;college teaching;application

　　0引言

　　Facebook扎克伯格在一次主题演讲中预测,虚拟现实有望成为下一代社交工具。随着教育数字化进程不断加深,虚拟现实技术正对教育领域产生巨大的影响。在教育领域中引入虚拟现实,为个性化学习提供了技术保障,成为教育面向未来面向现代化的重要动力。在国家层面,教育部印发《教育信息化2.0行动计划》,充分表明重构新的教育模式变革势在必行,推动数字技术、大数据、万物互联等融入新的教育变革。然而,当前教育面临地域不均衡、教师发展不均衡等问题。人们期待虚拟现实技术能够在一定程度上促进教育公平和提高教育水平。本文描述了虚拟现实技术在融入教育工作中可能面临的挑战和发展趋势,以期虚拟现实技术能够促进信息化教育进一步发展,从而为构建教育数字化、个性化、智能化贡献智慧[1]。

　　1虚拟现实教学概述

　　1.1虚拟现实技术

　　虚拟现实技术是利用计算机技术模拟人体的各种感官触觉来创造一种真实的环境技术,在各个领域有了广泛的应用和发展。虚拟现实技术有自身强大的优势,如：互动性强、真实感强、模仿人体心理强等。如图1所示。

　　虚拟现实技术可以建立一个沉浸式、多感知以及交互性的立体体验场景[2]。在“计算机组成原理”课程教学过程中引入虚拟现实相较于传统教学优势如下：(1)可以极大吸引学生的注意力,提高学习效率,学生佩戴虚拟设备,使得置身于真情实景的参与感,可以使书本的内容可触、可知、可互动。(2)解决了空间和时间的局限性,空间虚拟现实教学资源可以在网络上以多种形式存在,学生可以随时随地学习,课堂上没听懂的可以重新学习。在计算机基础教学过程中,虚拟现实技术的优势很明显,这也是教学中正在发展的一个趋势。但目前所存在的问题也很明显,比如,佩戴虚拟设备时间过长是否会对学生的视力造成不良影响,是否会导致学生身体不适,以及它的成本是否会更加拉大经济欠发达地区和发达地区的差距。随着计算机科学技术发展,以及虚拟现实设备性能提升和价格降低,虚拟现实技术会快速走进课堂,未来在教育方面的应用会大面积普及,将会颠覆传统的教育方法和教学形式。

　　1.2虚拟现实教学

　　虚拟现实教学就是将虚拟现实技术与高校教学相融合,从而利用虚拟现实技术更好的辅助教学的开展,形成了一种互动形式的教学方式,提升了教学质量。虚拟现实教学是在多媒体的基础上对传统动画教学的一种延伸,更加适用于实践性强和互动性强的课程。虚拟现实教学的应用活跃了课堂氛围,提升了交互性,增加了课堂的趣味,提升了学生的学习兴趣,从而更好的提升教学效率。

　　1.3虚拟现实技术的应用对教学的影响

　　虚拟现实教学形式可在较大程度上对当前教学进行补充和优化,在心理感受、学习体验、教学限制等方面均发挥重要作用,具体体现在以下几个方面：(1)对教学条件进行补充。在现实教学中由于经费及硬件条件限制,部分实验、实践、体验等教学内容效果较差或不能实现,虚拟现实教学可对此方面问题进行弥补；(2)激发学习兴趣。与传统教学形式相比,虚拟教学能够通过虚拟情景的方式调动学生各种感官,加大学生的参与性,化被动为主动,在促进学习主动性方面效果显著；(3)提高教学安全性。在传统教学中,尤其是实验教学中,部分场景由于费用或危险性的限制仅能停留在讲授层面,虚拟现实教学可为学习者提供更多的选择机会,尝试和体验各种方案的过程与效果,同时避免实践操作中可能形成的危险；(4)重视心理体验。虚拟现实可对教学所需的环境、人物、场景进行全面模拟,使学习者完全沉浸于学习环境中,感受更加直观、直接,学习者对教学内容的记忆与理解更深。(5)突破时间与空间的限制。通过虚拟现实教学可实现对物体内部、宇宙空间等模拟,可实现短时间内模拟实际需要上百年完成的演变过程,可实现特定时间与背景下的事件还原,通过生动的形式使学生体验和掌握高级知识[3]。

　　2虚拟现实技术在高校计算机课的具体应用

　　虚拟现实技术是在网络和计算机的基础上发展来的,虚拟现实技术以其独特的优势在各行业中得到广泛的使用。在教学中应用虚拟现实技术能够更好的实现教学的互动,改变传统的教学方式。

　　2.1创设虚拟教学场景在课前进行导入

　　在高校的计算机课教育教学中,教师要重视课前导入的教学环境。有的教师很少进行课前导入,而是直奔课堂教学主题,这样造成学生不容易接受,理解起来困难,比较生硬地进行教学,没有逻辑连贯性,学生学习效果比较差。在计算机课应用虚拟现实技术以后,可以创设虚拟教学场景来实施课前导入的教学环节,为学生设置与主题相关的教学内容,让学生处于虚拟现实场景当中,丰富学生的知识和经验,为课堂主题教学做好铺垫和准备。这样教师可以比较自然地将教学内容导入主题。在传统教学中,最常使用课件演示进行导入,但始终不能摆脱二维平面的限制。目前已有的三维课件制作工具,能够将声音、图像、文字、动画等有机地结合起来,突破了二维平面的局限,提高了学生们的学习兴趣与积极性。例如,在讲解计算机指令的工作机制时,涉及到取指、译码、执行、回写和硬件等。在传统的教学中仅仅使用文字和图片很难理解指令的运行机制和流程,在三维课件中,可以使用虚拟现实技术动态演示的方式,表达出计算机内部运行机制和内在逻辑关系,这样学生就很容易理解这个知识点。在学习计算机网络、路由器、单片机等课程都可以采用类似的形式制作课件[4]。

　　2.2实现对理论知识的深入理解

　　一些学生对计算机课的理论知识理解的比较浅,在头脑中对知识概念的理解难以与实际的事情进行关联。学生只有透过社会现象理解理论知识才能体会更加深入。借助虚拟情境对相关计算机知识的内涵进行呈现挖掘,让学生可以深入地认知和掌握[5]。这个理论知识学习的过程可利用利用虚拟现实技术来实现。高校可以建立虚拟实验室,通过虚拟现实可以对所学理论进行实践操作。计算机是一门实践性很强的课程,学生们通过虚拟现实展现出来的三维立体课件进行操作。按照目前的教学条件,不是每个学生们都有机会看到计算机的各种硬件,通过虚拟现实技术学生们可以轻松了解计算机并且还可以安装操作。计算机硬件故障检修、操作系统、计算机网络等的实验都可以采用这种模式。教师通过构建实践性的虚拟场景,可以让学生沉浸到场景中,从而进行自主思考,获得深刻的理解[6]。如图2所示。

　　2.3实现课堂互动教学

　　高校计算机课教学离不开师生互动交流。以往教师不注重与学生的交流,不能对学生进行引导,所讲授的知识也仅仅停留在表面。但是,受制于教学条件,课堂教学的师生交流的机会比较少。而通过虚拟现实技术所创设的虚拟场景,学生可以进行角色扮演和人物模拟,根据所设定的目标,来进行师生交流和学生之间的交流,完成教学目标。比如,在高校内建立虚拟教室。采用分布式虚拟现实技术构造一个虚拟真实的教学环境,可以使分布在不同地方的学生,通过网络参与到虚拟课堂中。虚拟教室模拟了真实的教学环境,可以实现教学、答疑解惑、抢答等教学环节。这种模式可以增强师生之间的互动,激发学习兴趣,提高学习质量,满足了大学生学习计算机课程的趣味性和创新性[7]。

　　2.4计算机课应用简易虚拟学习环境设计

　　要进行简易虚拟学习环境的设计要通过以下几个步骤：(1)进行立体图绘制。之所以首先要绘制立体图是因为要记性空间立体感的构建。人们所看到的事物之所以会有空间立体感是因为人们的双眼在进行成像的时候会出现重叠,从而形成立体视觉。绘制立体图就是要营造空间立体感,要对同一场景用左右两个视点分别计算其透视图的,因此恢复三维深度信息。(2)立体驱动。这部分就是将立体图进行立体的显示出来。通过一些立体软件将图像由平面转化成立体显示,通过立体驱动的换页扫描模式将左右图像重复、快速的交替扫描输出,即可实现屏幕上同时显示左右眼图像的效果。(3)立体图像的输出与观察。这部分的实现是要依靠很多的设备的,计算机、主动转被动转换仪投影仪。通过这些设备将计算机中的图像最终以立体的形式呈现在投影仪上面。(4)图像调整。通过对最初形成的图像进行调整,通过距离的调整、立体模式更改等,将最终呈现在屏幕上的图像更加的立体化。

　　3互动课堂和远程教育

　　虚拟现实技术在教学领域的应用是非常广泛的,比如可以虚拟一些历史人物,在远程教育系统中可以虚拟教师、课堂氛围、学生等,这种虚拟环境都能够提升学生的自身参与感和互动性[8]。在远程教育的学习中,可以实现虚拟教师对学生开展教学活动,同时也能够实现与学生的交流讨论等。同时在一些课堂中可以虚拟一些人物来促进学生的学习,从而提升教学质量。如图3所示。

　　比如在思想教育课堂上可以虚拟历史人物与学生一起进行座谈,从而用历史人物的言行来感化学生,提升学生的情操。在英语课堂上也可以虚拟英语交流的氛围和英语国家的任务进行交流,这样既能提升学生的兴趣,也能提升学生的交流能力。无论是教学课堂还是远程课堂应用虚拟现实技术都能够提升教学的互动性,提升教学效率。

　　4结语

　　总而言之,虚拟现实技术的发展让教学环节更加多样,而且教学课堂上所有的数据都可以被分析和整理。在这种情况下,无论是教育工作者还是学生都可以取得更大的进步。

　　参考文献

　　[1]周美云.机遇、挑战与对策:人工智能时代的教学变革[J].现代教育管理,2020(3):110-116.

　　[2]于泽元,尹合栋.人工智能所带来的课程新视野与新挑战[J].课程.教材.教法,2019,39(2):27-36.

　　[3]韩广欣,吴华君,周彦伟,等.融合学科教学的“VR+翻转课堂”教学模式设计研究[J].中国医学教育技术,2021,35(2):210-215.

　　[4]蒋伟进,张婉清,刘晓亮,等.商科型高校理工类研究生创新能力的培养[J].数学建模及其应用,2021,10(1):55-61+111.

　　[5]俞晴,徐东娥,马硕,等.虚拟现实技术预防老年人跌倒有效性的Meta分析[J].中国护理管理,2021,21(4):532-539.

　　[6]彭浩.从计算机教室到自带设备:一对一数字化学习环境的变迁与挑战[J].中国传媒科技,2021,(5):100-104.

　　[7]李海强,杨朝义,黄芬梅,等.基于虚拟现实技术的饲料销售统计网站设计:评《畜禽饲料与配方设计》[J].中国饲料,2021(8):149.

　　[8]蒋倩倩,杨德刚.基于虚拟现实的初中语文教学过程模型构建[J].数字教育,2021(5):101-103.
 
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