談Web3D技術在現(xiàn)代教學中的應用
前 言
近年來，大量現(xiàn)代化的媒體形式在教學中予以應用，對教學方法、教學形式的作用和影響也日益顯著，現(xiàn)代教學媒體已成為傳播教育信息的重要工具。80年代初，計算機開始較廣泛應用于輔助教學，CAI概念也逐漸為人所熟識。今天，網(wǎng)絡技術、虛擬現(xiàn)實技術的出現(xiàn)和應用則將為今后的教學形式帶來前所未有的沖擊。
虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，簡稱VR）技術是一種逼真地模擬人在自然環(huán)境中的視覺、聽覺、運動等行為的高級人機交互技術，是當前現(xiàn)代教育技術中的前沿技術。將虛擬現(xiàn)實技術應用于教學，能夠使學生由知識的被動接受者變成了虛擬環(huán)境中的參與者，可以調(diào)動學生的學習積極性，帶給學生體驗式學習的愉悅經(jīng)歷。因此，虛擬現(xiàn)實技術在高等學校教學，尤其是實踐教學環(huán)節(jié)中具有廣闊的應用前景。
Web3D技術簡介
Web3D技術是虛擬現(xiàn)實技術中的一種，通過使用這些技術可以開發(fā)出應用在網(wǎng)絡頁面中，達到照片級渲染效果的虛擬場景，實現(xiàn)相應的動畫效果，并可根據(jù)瀏覽者輸入的指令及時反饋信息，達到人機交互的目的。Web3D還可以簡單地被看成是Web技術和3D技術相結合的產(chǎn)物，網(wǎng)絡性、三維性和交互性是其顯著的本質(zhì)特征。通過應用Web3D技術，用戶可以在網(wǎng)上瀏覽以三維形式表現(xiàn)的物體，并對其進行交互性操作以體驗身臨其境的奇妙感受。
Web3D技術在教學中的應用
傳統(tǒng)的媒體教學方式多以文字、圖片、聲音或視頻資料出現(xiàn)，學生只是一味被動的接受，而利用Web3D技術構造的虛擬環(huán)境在呈獻知識信息的方式方法上卻有著獨特的優(yōu)勢，它可以在廣泛的科目領域提供無限的虛擬現(xiàn)實的體驗，從而迅速引起學生的學習興趣，加速和鞏固學生學習知識的過程。采用這種方法可以大大提高人們的想像力、激發(fā)受教育者的學習興趣，從而獲得十分顯著的學習效果。它的優(yōu)點主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
1.在信息展示方式上打破時間與空間的限制
利用Web3D虛擬技術，可以徹底打破時間與空間的限制，為學生提供逼真、生動的感性學習材料，幫助學生解決學習中的知識難點。例如在學習建筑工程時，通過Web3D技術，學生可以自由地在虛擬建筑物中進行游歷，了解各種建筑設計的特色，甚至通過特定的Web3D功能可以透視建筑物的內(nèi)部結構，或由學生親身體會模擬搭建各類建筑的過程。這些體驗都是學生感興趣，而在傳統(tǒng)課堂教學中卻往往無法實現(xiàn)的。
2.彌補教學條件的不足
在現(xiàn)有的教學環(huán)節(jié)中，由于學生上課的時間、空間環(huán)境，無法對所有的實踐性環(huán)節(jié)進行實際操作，大部分情況下由教師演示，或直接觀看過程錄象。一些實驗設備由于價格昂貴，數(shù)量較少，學生也無法展開全面的使用或根本不能進行操作，而利用Web3D技術構建的虛擬實驗環(huán)境和虛擬實驗設備恰好可以彌補這些方面的不足。學生足不出戶便可以做各種各樣的虛擬實驗，獲得與真實實驗一樣的體驗，從而豐富感性認識，加深對教學內(nèi)容的理解。例如在指導學生學習機械手臂運動的課程中，利用Web3D構建機械手臂的三維模型，發(fā)布為網(wǎng)絡瀏覽器可以瀏覽的網(wǎng)頁格式，通過在網(wǎng)頁中加入相應的JavaScirpt腳本語言，以使該模型具有交互功能。學生通過調(diào)節(jié)機械手臂的每一零部件的運動參數(shù)，即可獲得即時的模型運動反饋信息。這樣，學生可以直接觀察到機械手臂中每一個零部件的運動方式，直觀的理解每一個調(diào)節(jié)參數(shù)的作用，從而對整個機械手臂的機構運動有了感性的認識。
3.節(jié)省大量教學成本
在許多試驗和操作性環(huán)節(jié)中，需要為學生提供大量的實驗設備及耗材，這無疑增添了教學成本，而Web3D技術的應用則將可以這些方面的成本降到最低。通過計算機上模擬試驗過程，不需要通過對設備實物的.操作，尤其是在需要耗材的實驗中，可以省去購買耗材的成本。學生可以在設計好的虛擬環(huán)境中作多次試驗，既不會產(chǎn)生機器的耗損，也不消耗任何材料，這不但節(jié)省了成本，也可以使學生獲得更多的實驗次數(shù)，有利于加深學生學習的印象和學習效果。例如在數(shù)控加工中心的訓練中，要求學生對金屬毛坯材料進行車、銑等加工操作，在真實的加工環(huán)境中，需要使用真實的鑄鐵毛坯工件，學生實驗結束后，這些材料就無法再次使用了，而且若出現(xiàn)操作上失誤，還會相應的增加材料使用量，從而造成浪費。如果采用虛擬加工，學生對計算機生成的三維毛坯工件在計算機屏幕上進行加工，既不必擔心學生因誤操作加工產(chǎn)生廢料，也可以讓學生對虛擬加工中心進行多次操作以加深對學習內(nèi)容的理解。
4.避免真實實驗中的危險環(huán)節(jié)
在真實的實驗環(huán)節(jié)中，存在各種危險隱患，因此對于這種類型的實驗環(huán)節(jié)在傳統(tǒng)教學中多數(shù)以演示為主，學生無法直接參與，因而不能形成對該實驗的感性認識。通過使用Web3D技術進行虛擬實驗則打破了這種瓶頸，學生在虛擬實驗環(huán)境中，可以放心地去做各種危險的或?qū)θ梭w有危害的實驗，而不用考慮會造成傷害。這樣不但使學生對這些學習內(nèi)容有了感性的認識，也提高了學生對于這些內(nèi)容的興趣，增加了學生學習的深度與廣度。
結束語
Web3D虛擬技術為學生提供生動、逼真的學習環(huán)境，對教學在時間和空間上進行了擴展，具有強大的交互功能，可以讓學生與研究對象進行三維交互，不僅能夠讓學習者感受一種身臨其境的感覺，還使學習者成為虛擬環(huán)境中的參與者，對調(diào)動學習者的學習積極性，突破教學的重點、難點，培養(yǎng)學生的技能起到了積極的作用。將Web3D技術應用于高校教學是必然趨勢，必將在提高教育技術水平、改造實驗環(huán)境和優(yōu)化教學過程、培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的人才等方面發(fā)揮重要作用。
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