關(guān)于遠(yuǎn)程開(kāi)放教育虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的探討論文
論文關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)虛擬實(shí)驗(yàn)室遠(yuǎn)程開(kāi)放教育
論文摘要：目前，實(shí)踐性教學(xué)是遠(yuǎn)程開(kāi)放教育的薄弱環(huán)節(jié)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的出現(xiàn)和深入發(fā)展為我們解決這一難題提供了一種有效的途徑。我們可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建設(shè)各種虛擬實(shí)驗(yàn)室，為學(xué)生提供生動(dòng)、逼真的實(shí)驗(yàn)情境和方便、自然的實(shí)驗(yàn)手段，更好的幫助學(xué)生理解知識(shí)、加深記憶，為遠(yuǎn)程開(kāi)放教育提高教學(xué)質(zhì)量提供有效的技術(shù)支持。
遠(yuǎn)程開(kāi)放教育虛擬實(shí)驗(yàn)室是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)領(lǐng)域的—個(gè)良好探索，是遠(yuǎn)程開(kāi)放教育發(fā)展到新階段所提出的技術(shù)需求，而且伴隨著遠(yuǎn)程開(kāi)放教育的發(fā)展，它一定會(huì)被普遍地應(yīng)用到遠(yuǎn)程開(kāi)放教育的各個(gè)專業(yè)和學(xué)科，成為遠(yuǎn)程開(kāi)放教育教學(xué)的重要組成部分。因此，全面認(rèn)識(shí)虛擬實(shí)驗(yàn)室，有針對(duì)性地設(shè)計(jì)開(kāi)放虛擬實(shí)驗(yàn)室就成為當(dāng)前電大工作者的—項(xiàng)重要工作任務(wù)。從介紹虛擬實(shí)驗(yàn)室入手，從虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的必要性、可行性以及建設(shè)的一般方法三個(gè)方面對(duì)遠(yuǎn)程開(kāi)放教育虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)作一點(diǎn)淺顯的探討。
1虛擬實(shí)驗(yàn)室概述
虛擬實(shí)驗(yàn)室是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)上的一項(xiàng)全新應(yīng)用。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是運(yùn)用計(jì)算機(jī)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行全面仿真的技術(shù)，它能夠創(chuàng)建與現(xiàn)實(shí)社會(huì)類似的環(huán)境，能夠解決學(xué)習(xí)媒體的情景化及自然交互性的要求。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開(kāi)發(fā)建設(shè)的虛擬實(shí)驗(yàn)室允許人們?cè)L問(wèn)和使用自己沒(méi)有的設(shè)備資源，使處于不同地理位置的學(xué)習(xí)者可以同時(shí)對(duì)—個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)驗(yàn)工作。
2遠(yuǎn)程開(kāi)放教育虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的必要性
遠(yuǎn)程開(kāi)放教育的實(shí)踐性教學(xué)是指學(xué)習(xí)者在遠(yuǎn)程開(kāi)放學(xué)習(xí)過(guò)程中，按照教學(xué)計(jì)劃的要求，確定學(xué)習(xí)目標(biāo)，在教師的組織和指導(dǎo)下，完成的練習(xí)、實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)等一系列學(xué)習(xí)實(shí)踐活動(dòng)。其環(huán)節(jié)主要包括：課程的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，如課程作業(yè)、實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)(設(shè)計(jì))等；集中實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，如社會(huì)調(diào)查、各類實(shí)習(xí)(見(jiàn)習(xí))以及畢業(yè)沒(méi)計(jì)(論文)等。
實(shí)踐性教學(xué)在遠(yuǎn)程開(kāi)放教育中占據(jù)著特殊重要的位置，然而在具體的遠(yuǎn)程教學(xué)過(guò)程中，實(shí)踐性教學(xué)活動(dòng)卻是—個(gè)難點(diǎn)，有許多因素制約著實(shí)踐性教學(xué)活動(dòng)的開(kāi)展。例如，實(shí)驗(yàn)的近距離和集中性要求與遠(yuǎn)程教學(xué)的遠(yuǎn)距離和分散性教學(xué)模式的矛盾，現(xiàn)在使用的在線教學(xué)平臺(tái)不能提供全面具體的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，在職學(xué)生不能很好的參加學(xué)校組織的相對(duì)集中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)等等。因此，怎樣解決這些問(wèn)題、克服這些矛盾，以更好的推進(jìn)實(shí)踐性教學(xué)活動(dòng)的開(kāi)展，自然就成為遠(yuǎn)程開(kāi)放教育工作者面臨的—個(gè)重要課蹶。
利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的虛擬實(shí)驗(yàn)室在遠(yuǎn)程開(kāi)放教育的實(shí)踐性教學(xué)活動(dòng)中可以解決以下幾方面的問(wèn)題。
2.1學(xué)生可以不受空間和時(shí)間的限制來(lái)做課程實(shí)驗(yàn)。
2.2虛擬實(shí)驗(yàn)室可以避免真實(shí)實(shí)驗(yàn)或操作所帶來(lái)的各種危險(xiǎn)。
2.3虛擬實(shí)驗(yàn)室可以節(jié)約教學(xué)成本，充分利用教學(xué)資源。
3遠(yuǎn)程開(kāi)放教育虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的可行性
3．1技術(shù)條件成熟，建設(shè)成本不高。在目前的技術(shù)條件下，遠(yuǎn)程開(kāi)放教育虛擬實(shí)驗(yàn)室的系統(tǒng)多使用BSDA(BrowsenServeffDatabase&Applica—tion)，即客戶端有艮務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)，這種系統(tǒng)組成的虛擬實(shí)驗(yàn)室—般稱為網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室。網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室由客戶端、網(wǎng)頁(yè)服務(wù)器端、應(yīng)用服務(wù)器端以及實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備四部分組成。網(wǎng)頁(yè)服務(wù)器主要作用是提供web接人服務(wù)、用戶認(rèn)證管理、開(kāi)放式交互實(shí)驗(yàn)環(huán)境以及動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)的生成；應(yīng)用服務(wù)器主要作用是控制和管理實(shí)驗(yàn)儀器、采集和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)庫(kù)的主要作用則是配合用戶帳戶的管理、動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)的生成以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理。這樣的網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的配套技術(shù)已經(jīng)非常成熟，而且對(duì)系統(tǒng)的硬件要求不高，系統(tǒng)組成簡(jiǎn)單，建設(shè)成本低。
3.2使用簡(jiǎn)便，對(duì)學(xué)習(xí)者的計(jì)算機(jī)操作水平要求不高。網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室能夠向使用者提供—個(gè)在線參與、交互性的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。利用3D技術(shù)和VR技術(shù)可實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)對(duì)于沉浸性、交互性的要求。在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上，考慮到設(shè)計(jì)成本與具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選取，最終設(shè)計(jì)為簡(jiǎn)易型的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，不需要特殊的頭盔、數(shù)據(jù)手套等傳感設(shè)備，用戶只需用鼠標(biāo)操作，操作簡(jiǎn)便。實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)的過(guò)程清晰明了，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)，能夠進(jìn)行分析和比皎并填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，完全滿足不同層次學(xué)習(xí)者的實(shí)驗(yàn)要求。
3.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容完備，對(duì)學(xué)習(xí)者的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)進(jìn)行有效管理。網(wǎng)絡(luò)虛擬包括了實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)要求、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)幫助、實(shí)驗(yàn)測(cè)試等教學(xué)部分，按照模塊化設(shè)計(jì)的'原則，網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)分為注冊(cè)與登錄漠塊、用戶管理模塊、成績(jī)管理模塊、測(cè)試模塊、公共信息模塊和進(jìn)入實(shí)驗(yàn)子模塊等，功能劃分清晰，但又互相聯(lián)系影響，保證學(xué)習(xí)者正確使用虛擬實(shí)驗(yàn)室，完成課程實(shí)驗(yàn)。
4遠(yuǎn)程開(kāi)放教育虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的一般方法
遠(yuǎn)程開(kāi)放教育虛擬實(shí)驗(yàn)室是以網(wǎng)絡(luò)為載體的虛擬實(shí)驗(yàn)室，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已相當(dāng)成熟，所以遠(yuǎn)程開(kāi)放教育虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)實(shí)際上就是虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)。虛擬實(shí)驗(yàn)建設(shè)的關(guān)鍵是采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)來(lái)構(gòu)建實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停O(shè)計(jì)出用于實(shí)驗(yàn)的虛擬儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)流程、實(shí)驗(yàn)元器件或構(gòu)件庫(kù)、實(shí)驗(yàn)效果仿真等。
41選擇合適的仿真開(kāi)發(fā)工具。從對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)的要求看，仿真工具必須具有與多媒體相結(jié)合的功能，也就是做實(shí)驗(yàn)的人員，做實(shí)驗(yàn)時(shí)是在多媒體下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，然后將操作所產(chǎn)生的信息輸給后臺(tái)的仿真系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真，然后再實(shí)時(shí)地將仿真的結(jié)果回放到前臺(tái)的多媒體，通過(guò)多媒體的形式輸出。目前的仿真軟f牛彳艮多，有EASY-T、VT-I』NK3．3、SPW、cadance、Mentor、Matrix、Matlab、prote199、labview、labwindows／CVI、OpenGL、MuhiGen等，建立虛擬實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體需隸選用合適的仿真開(kāi)發(fā)工具。比如，開(kāi)發(fā)電子電路技術(shù)類虛擬實(shí)驗(yàn)，可選用prote199、lab—view、labwindows／CVI等仿真軟件；開(kāi)發(fā)自動(dòng)控制原理類虛擬實(shí)驗(yàn)，可選用Maflab等仿真軟件；開(kāi)發(fā)電子系統(tǒng)和控制系統(tǒng)類虛擬實(shí)驗(yàn)，可選用cadanee、Mentor、Matrix等仿真軟件開(kāi)發(fā)含虛擬視境類虛擬實(shí)驗(yàn)，可選用OpenGL、MultiGen等仿真建模軟件�？偲蛟谶x用仿真軟件時(shí)要把握好仿真軟件對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)的針對(duì)性和適應(yīng)性。
4．2開(kāi)發(fā)研制仿真軟件與多媒體環(huán)境的接口。虛擬實(shí)驗(yàn)實(shí)際上就是用虛擬化的操作界面向仿真軟件輸入數(shù)據(jù)或指令，經(jīng)過(guò)仿真軟件的實(shí)時(shí)仿真將仿真結(jié)果輸送到虛擬化的顯示設(shè)備。虛擬化的操作界面和顯示設(shè)備，通常是采用多媒體技術(shù)產(chǎn)生的。因此如何將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)與虛擬化的儀器或多媒體環(huán)境有機(jī)地結(jié)合起來(lái)是虛擬實(shí)驗(yàn)建立的關(guān)鍵和核心技術(shù)，也是遠(yuǎn)程開(kāi)放教育虛擬實(shí)驗(yàn)建設(shè)必須解決好的問(wèn)題。由于當(dāng)前國(guó)內(nèi)外的仿真軟件都是用來(lái)搞仿真設(shè)計(jì)的，所以都不具有與多媒體相結(jié)合的功能，該問(wèn)題是當(dāng)前影響虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)發(fā)展的—個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題因此，開(kāi)發(fā)研制仿真軟件與多媒體環(huán)境的接口是十分重要的。
從目前國(guó)際和國(guó)內(nèi)的情況看，虛擬實(shí)驗(yàn)室在提高教學(xué)質(zhì)量，滿足不同類型學(xué)習(xí)者的個(gè)性化學(xué)習(xí)要求，解決硬件投資不足，節(jié)約教學(xué)成本方面具有廣闊的前景，特別是培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的實(shí)踐動(dòng)手能力，提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力方面具有重要的意義，為培養(yǎng)技能型、應(yīng)用型人才發(fā)揮不可估量的作用。但是建設(shè)真正意義上的沉浸式、交互式的虛擬實(shí)驗(yàn)室還有很大困難，但我們相信，伴隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的提高，在人們孜孜不懈的努力下，真正的虛擬實(shí)驗(yàn)室一定會(huì)與我們見(jiàn)面。
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