關(guān)于遠程開(kāi)放教育虛擬實(shí)驗室建設的探討論文
論文關(guān)鍵詞：虛擬現實(shí)技術(shù)虛擬實(shí)驗室遠程開(kāi)放教育
論文摘要：目前，實(shí)踐性教學(xué)是遠程開(kāi)放教育的薄弱環(huán)節，虛擬現實(shí)技術(shù)的出現和深入發(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實(shí)技術(shù)建設各種虛擬實(shí)驗室，為學(xué)生提供生動(dòng)、逼真的實(shí)驗情境和方便、自然的實(shí)驗手段，更好的幫助學(xué)生理解知識、加深記憶，為遠程開(kāi)放教育提高教學(xué)質(zhì)量提供有效的技術(shù)支持。
遠程開(kāi)放教育虛擬實(shí)驗室是虛擬現實(shí)技術(shù)在教學(xué)領(lǐng)域的—個(gè)良好探索，是遠程開(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(zhù)遠程開(kāi)放教育的發(fā)展，它一定會(huì )被普遍地應用到遠程開(kāi)放教育的各個(gè)專(zhuān)業(yè)和學(xué)科，成為遠程開(kāi)放教育教學(xué)的重要組成部分。因此，全面認識虛擬實(shí)驗室，有針對性地設計開(kāi)放虛擬實(shí)驗室就成為當前電大工作者的—項重要工作任務(wù)。從介紹虛擬實(shí)驗室入手，從虛擬實(shí)驗室建設的必要性、可行性以及建設的一般方法三個(gè)方面對遠程開(kāi)放教育虛擬實(shí)驗室建設作一點(diǎn)淺顯的探討。
1虛擬實(shí)驗室概述
虛擬實(shí)驗室是虛擬現實(shí)技術(shù)在教學(xué)上的一項全新應用。虛擬現實(shí)技術(shù)是運用計算機對現實(shí)世界進(jìn)行全面仿真的技術(shù)，它能夠創(chuàng )建與現實(shí)社會(huì )類(lèi)似的環(huán)境，能夠解決學(xué)習媒體的情景化及自然交互性的要求。利用虛擬現實(shí)技術(shù)開(kāi)發(fā)建設的虛擬實(shí)驗室允許人們訪(fǎng)問(wèn)和使用自己沒(méi)有的設備資源，使處于不同地理位置的學(xué)習者可以同時(shí)對—個(gè)實(shí)驗項目進(jìn)行實(shí)驗工作。
2遠程開(kāi)放教育虛擬實(shí)驗室建設的必要性
遠程開(kāi)放教育的實(shí)踐性教學(xué)是指學(xué)習者在遠程開(kāi)放學(xué)習過(guò)程中，按照教學(xué)計劃的要求，確定學(xué)習目標，在教師的組織和指導下，完成的練習、實(shí)驗、實(shí)習等一系列學(xué)習實(shí)踐活動(dòng)。其環(huán)節主要包括：課程的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節，如課程作業(yè)、實(shí)驗、實(shí)習(設計)等；集中實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節，如社會(huì )調查、各類(lèi)實(shí)習(見(jiàn)習)以及畢業(yè)沒(méi)計(論文)等。
實(shí)踐性教學(xué)在遠程開(kāi)放教育中占據著(zhù)特殊重要的位置，然而在具體的遠程教學(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(zhù)實(shí)踐性教學(xué)活動(dòng)的開(kāi)展。例如，實(shí)驗的近距離和集中性要求與遠程教學(xué)的遠距離和分散性教學(xué)模式的矛盾，現在使用的在線(xiàn)教學(xué)平臺不能提供全面具體的實(shí)驗環(huán)境，在職學(xué)生不能很好的參加學(xué)校組織的相對集中的實(shí)驗教學(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，自然就成為遠程開(kāi)放教育工作者面臨的—個(gè)重要課蹶。
利用虛擬現實(shí)技術(shù)設計開(kāi)發(fā)的虛擬實(shí)驗室在遠程開(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。
2.2虛擬實(shí)驗室可以避免真實(shí)實(shí)驗或操作所帶來(lái)的各種危險。
2.3虛擬實(shí)驗室可以節約教學(xué)成本，充分利用教學(xué)資源。
3遠程開(kāi)放教育虛擬實(shí)驗室建設的可行性
3．1技術(shù)條件成熟，建設成本不高。在目前的技術(shù)條件下，遠程開(kāi)放教育虛擬實(shí)驗室的系統多使用BSDA(BrowsenServeffDatabase&Applica—tion)，即客戶(hù)端有艮務(wù)器數據庫應用程序結構，這種系統組成的虛擬實(shí)驗室—般稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò )虛擬實(shí)驗室。網(wǎng)絡(luò )虛擬實(shí)驗室由客戶(hù)端、網(wǎng)頁(yè)服務(wù)器端、應用服務(wù)器端以及實(shí)驗儀器設備四部分組成。網(wǎng)頁(yè)服務(wù)器主要作用是提供web接人服務(wù)、用戶(hù)認證管理、開(kāi)放式交互實(shí)驗環(huán)境以及動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)的生成；應用服務(wù)器主要作用是控制和管理實(shí)驗儀器、采集和處理實(shí)驗數據；數據庫的主要作用則是配合用戶(hù)帳戶(hù)的管理、動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)的生成以及實(shí)驗數據的存儲和管理。這樣的網(wǎng)絡(luò )虛擬實(shí)驗室的配套技術(shù)已經(jīng)非常成熟，而且對系統的硬件要求不高，系統組成簡(jiǎn)單，建設成本低。
3.2使用簡(jiǎn)便，對學(xué)習者的計算機操作水平要求不高。網(wǎng)絡(luò )虛擬實(shí)驗室能夠向使用者提供—個(gè)在線(xiàn)參與、交互性的實(shí)驗環(huán)境。利用3D技術(shù)和VR技術(shù)可實(shí)現虛擬現實(shí)對于沉浸性、交互性的要求。在實(shí)驗內容上，考慮到設計成本與具體實(shí)驗內容的選取，最終設計為簡(jiǎn)易型的虛擬現實(shí)技術(shù)，不需要特殊的頭盔、數據手套等傳感設備，用戶(hù)只需用鼠標操作，操作簡(jiǎn)便。實(shí)驗室實(shí)驗的過(guò)程清晰明了，實(shí)驗結束后獲得相應的數據，能夠進(jìn)行分析和比皎并填寫(xiě)實(shí)驗報告，完全滿(mǎn)足不同層次學(xué)習者的實(shí)驗要求。
3.3實(shí)驗內容完備，對學(xué)習者的實(shí)驗環(huán)節進(jìn)行有效管理。網(wǎng)絡(luò )虛擬包括了實(shí)驗預習、實(shí)驗要求、實(shí)驗步驟、實(shí)驗內容、實(shí)驗幫助、實(shí)驗測試等教學(xué)部分，按照模塊化設計的原則，網(wǎng)絡(luò )虛擬實(shí)驗室系統分為注冊與登錄漠塊、用戶(hù)管理模塊、成績(jì)管理模塊、測試模塊、公共信息模塊和進(jìn)入實(shí)驗子模塊等，功能劃分清晰，但又互相聯(lián)系影響，保證學(xué)習者正確使用虛擬實(shí)驗室，完成課程實(shí)驗。
4遠程開(kāi)放教育虛擬實(shí)驗室建設的一般方法
遠程開(kāi)放教育虛擬實(shí)驗室是以網(wǎng)絡(luò )為載體的虛擬實(shí)驗室，網(wǎng)絡(luò )技術(shù)已相當成熟，所以遠程開(kāi)放教育虛擬實(shí)驗室建設實(shí)際上就是虛擬實(shí)驗室的建設。虛擬實(shí)驗建設的關(guān)鍵是采用計算機仿真技術(shù)來(lái)構建實(shí)驗模型，設計出用于實(shí)驗的虛擬儀器設備、實(shí)驗流程、實(shí)驗元器件或構件庫、實(shí)驗效果仿真等。
41選擇合適的仿真開(kāi)發(fā)工具。從對虛擬實(shí)驗的要求看，仿真工具必須具有與多媒體相結合的功能，也就是做實(shí)驗的人員，做實(shí)驗時(shí)是在多媒體下進(jìn)行實(shí)驗操作，然后將操作所產(chǎn)生的信息輸給后臺的仿真系統進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真，然后再實(shí)時(shí)地將仿真的結果回放到前臺的多媒體，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)驗時(shí)，應根據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(lèi)虛擬實(shí)驗，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(lèi)虛擬實(shí)驗，可選用Maflab等仿真軟件；開(kāi)發(fā)電子系統和控制系統類(lèi)虛擬實(shí)驗，可選用cadanee、Mentor、Matrix等仿真軟件開(kāi)發(fā)含虛擬視境類(lèi)虛擬實(shí)驗，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虛擬實(shí)驗開(kāi)發(fā)的針對性和適應性。
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)驗實(shí)際上就是用虛擬化的操作界面向仿真軟件輸入數據或指令，經(jīng)過(guò)仿真軟件的實(shí)時(shí)仿真將仿真結果輸送到虛擬化的顯示設備。虛擬化的操作界面和顯示設備，通常是采用多媒體技術(shù)產(chǎn)生的。因此如何將計算機仿真技術(shù)與虛擬化的儀器或多媒體環(huán)境有機地結合起來(lái)是虛擬實(shí)驗建立的關(guān)鍵和核心技術(shù)，也是遠程開(kāi)放教育虛擬實(shí)驗建設必須解決好的問(wèn)題。由于當前國內外的仿真軟件都是用來(lái)搞仿真設計的，所以都不具有與多媒體相結合的功能，該問(wèn)題是當前影響虛擬實(shí)驗室建設發(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。
從目前國際和國內的情況看，虛擬實(shí)驗室在提高教學(xué)質(zhì)量，滿(mǎn)足不同類(lèi)型學(xué)習者的個(gè)性化學(xué)習要求，解決硬件投資不足，節約教學(xué)成本方面具有廣闊的前景，特別是培養學(xué)習者的實(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，為培養技能型、應用型人才發(fā)揮不可估量的作用。但是建設真正意義上的沉浸式、交互式的虛擬實(shí)驗室還有很大困難，但我們相信，伴隨著(zhù)虛擬現實(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)驗室一定會(huì )與我們見(jiàn)面。
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