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虚拟现实技术在学科教学中的应用
作者：郑开晞
来源：《读写算》2011年第27期
【摘要】虚拟现实技术在学科教学领域的应用开创了教学新途径，本文阐述了虚拟现实技术的基本含义，并从多角度对虚拟现实技术在学科教学中的应用进行了探讨。 【关键词】虚拟现实技术 学科教学 应用 一．虚拟现实技术
虚拟现实又称为虚拟环境，是指由计算机生成的一个实时三维空间。主要研究交互式实时三维图形在计算机环境模拟方面的应用。通俗地说，虚拟现实的目的是：采用计算机技术，以模拟的方式为使用者创造一个实时的具有交互性的三维图像世界，在视、听、触、嗅等感知行为的逼真体验中，使参与者可以直接感受虚拟对象在所处环境中的作用和变化，产生沉浸感。它综合了计算机图形学、图像处理与模式识别、智能技术、传感技术、语音处理与音响技术、网络技术等多门科学，将计算机处理的数字化信息变为人们所能感受的具有各种表现形式的多维信息。虚拟现实是在计算机图形学、计算机仿真技术、人机接口技术、多媒体技术以及传感技术的基础上发展起来的交叉学科。
一个典型的虚拟现实系统有三个主要的特征：(1)沉浸性。虚拟现实技术是根据人类的视觉、听觉的生理心理特点，由计算机产生逼真的三维立体图像。使用者戴上头盔显示器和数据手套等交互设备，便可将自己置身于虚拟环境中，成为虚拟环境中的一员，有一种身临其境的感觉。(2)交互性。虚拟现实系统中的人机交互，使用者不仅可以利用电脑键盘、鼠标进行交互，而且能够通过特殊头盔、数据手套等传感设备进行交互。计算机能根据使用者的头、手、眼、语言及身体的运动，来调整系统呈现的图像及声音。使用者通过自身的语言、身体运动或动作等自然技能，就能对虚拟环境中的对象进行考察或操作。3、感知性。由于虚拟现实系统中装有视、听、触、动觉的传感及反应装置，因此，使用者在虚拟环境中可获得视觉、听觉、触觉、动觉等多种感知，从而达到身临其境的感受。
随着计算机硬件以及软件系统功能的增强，虚拟现实技术在近年来得到了较快的发展。目前，虚拟现实技术正在建筑设计、电子商务、医学实习、军事训练、娱乐游戏等许多领域得到推广应用。同时，虚拟现实技术的应用也为学校学科教育的现代化带来了新的契机和新的机遇。虚拟现实技术在教育领域如何得到发展，这是教学创新一个十分重要的内容。 二．虚拟现实与学科教学
现代教学其宗旨是培养创造性人才，应注重先进科技在教学过程中的应用，充分认识到计算机是教具，更是学具。虚拟现实技术是一种新的图文并茂的、丰富多彩的人机交互方式，能
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够有效地激发学生的学习兴趣，能够把教学中的抽象概念原理、真实的实验过程等形象生动地表现出来，给学生创设真实学习情境，帮助学生获得示范性的知识，把握概念原理的实质。 1.虚拟现实在课堂教学中的应用
利用虚拟现实技术进行教学不再局限于有形的教室中，教学活动的空间和时间得到了无形扩展，将进一步向虚拟课堂、虚拟大学发展。根据不同的学科，虚拟现实发挥着不同的作用。 (1)三维展示和交互。我们在化学、生物、物理教学中经常要使用一些实物或模型，在以往的课堂教学中，为了更好的使学生理解和感受这些的信息，教师主要采用实物展示法、幻灯片或实物投影法、动画展示法等这样一些方法，这些传统方法在交互性和和感知性方面均存在一定不足。如实物展示受视角和大小的影响，幻灯片或投影只能提供立体物体的某一个视角或者某几个视角，动画展示法线性播放，无法交互。通过虚拟现实，构建一个与实物同样的三维物体，利用虚拟现实编辑器或虚拟现实软件加上交互行为，学生可以自由旋转，移动三维物体，从各个角度进行观察，对三维物体产生比较全面的了解，从而对知识得到更深的更解，并产生浓厚的兴趣。
(2) 虚拟场景的构造。虚拟现实技术可以再现实际生活中无法观察到的自然现象或事物的变化过程，为学生提供生动、逼真的感性学习材料，并能使抽象的概念、理论直观化、形象化，方便学生对抽象概念的理解。
利用虚拟现实技术，我们能够重新虚拟出历史场景，重现历史事件，再现历史人物，参与历史进程。我们可以把学生带入任何历史时代，在漫漫的历史进程中，学生可以作为某个历史阶段的一员参与其中，在虚拟的历史阶段，体验特定阶段的文明和特征，真切感受历史文明的进程。
2. 虚拟现实在技能训练中的应用
技能训练虚拟现实的沉浸性和交互性，使学生能够在虚拟的学习环境中扮演一个角色，全身心地投入到学习环境中去，这非常有利于学生的技能训练。利用虚拟现实技术可以克服天气、场地、器械、经费等各种条件的限制。例如教学技能、体育技能、汽车驾驶技能、电器维修技能等各种技能的训练。由于这些虚拟的训练系统无任何危险，学生可以不厌其烦地反复练习，直至掌握操作技能为止。 3. 虚拟现实在实验教学中的应用
利用虚拟现实技术可以建立各种虚拟实验室，如地理、物理、化学、生物实验室，在“实验室”里，学生可以自由地做各种实验。在虚拟的地理实验室里，可以做地震波传播、火山喷发等实验，可以到非洲东海岸去作一次旅游；在虚拟的生物实验里，可以做各种解剖实验，近距离的观察DNA分子的双螺旋结构；在虚拟物理实验室里，学生可以做光学、重力、惯性等实验；在虚拟的化学实验室里，可以利用各种化学药品和天平、砝码、温度计等工具，做各种
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不同的化学反应，观察燃烧、爆炸等反应现象。在学习过程中，学生总有着许许多多的疑问有待解答，通过亲身实践—做、看、听来学习不仅效率高，而且很有趣味性，虚拟实验使这种方式成为可能。 三．结束语
虚拟现实技术在学校教育中，已经有了越来越多的应用形式，随着虚拟现实技术发展的不断成熟和深入，其应用范围和形式也将越来越广泛。虚拟现实技术以其独到的优势，与教学活动相结合，可以弥能补传统课堂内的不足，将教学活动变得生动活泼，丰富多彩，对调动学生的学习积极性，突破教学的重点、难点，培养学生的技能都将起到非常积极的作用。 参考文献
[1] 孙宏彬.VRML－Java远程虚拟教学平台的研究与实现[J].
[2] 刘志广,岳锌,吴超，三种网络虚拟实验室实现方法的研究与比较[J].