吳 平

[摘要]只有正確運用恰當?shù)募夹g手段，才能做到在教學活動中“學生為主體、教師為主導”，解決課堂和遠程等教學存在問題。文章只從觀念技術的角度來探究光技術在多媒體虛擬仿真教學的應用，在課堂、網(wǎng)絡遠程等教學活動中真正實現(xiàn)與學生互動和教師言傳身教的主導作用，實現(xiàn)教育人性化的活動。

[關鍵詞]多媒體；教育技術：光技術；虛擬仿真

[中圖分類號]G40—057

[文獻標識碼]A

[論文編號]1009—8097(2009)13—0242—02

教學活動中，教師的主導作用不容忽視，教師是教學活動的組織者和引導者、是學習活動的評價者、是漸進層次學習的激發(fā)者；教學活動中“學生為主體、教師為主導”，教師現(xiàn)場的言傳身教尤為重要，不要指望單靠學生個別化學習、自我學習機械操作，再好的學習資源未必帶來預期的成效。而正確運用恰當?shù)募夹g手段，實現(xiàn)師者，所以傳道授業(yè)解惑也，真正解決課堂和遠程等教學存在問題。本文將在以下進行探討。

一光技術在多媒體虛擬仿真課堂教學的應用

從認識論來看，學習的本質是立體的、精神的、多向的、開放的。真實的學習是人與自然、與人相互作用，在開放系統(tǒng)中進行互動，而教育技術則要通過創(chuàng)建學習環(huán)境來達到目的。學習環(huán)境由內容、媒體(包括軟件和硬件)、人員(包括教育工作者和其他學習者)、方法和場所等要素組成，構成一個教育信息傳播的系統(tǒng)，即：傳播什么信息(內容)，通過什么來儲存和傳遞信息(媒體和人員)，如何傳遞(方法)，在哪里傳遞(場所)。在課堂上用何種技術、方法才能做到教師現(xiàn)場仿真的言傳身教、師生互動和教師的主導作用呢?有沒有一種理想的技術手段和方法能真實再現(xiàn)教學情景呢?本人認為采用光電三維成像技術能最好的虛擬仿真課堂真實的教學情景，促進學生個別化學習、自我學習。由于情景逼真，互動性好，虛擬地建立起與真實環(huán)境相近的學習場景，開發(fā)基于網(wǎng)絡的、具有自然語言理解與產生功能的“人一機”交互學習環(huán)境，對多個不同課室教學、網(wǎng)絡遠程個體或集中教學，尤其是在職成年人學習最佳。適應當今信息化發(fā)展進程，適應未來教學模式向著更深層次發(fā)展的要求。本文只從觀念技術的角度來探究光技術在多媒體虛擬仿真教學的應用，主要是在課堂教學，運用恰當?shù)娜斯ぶ悄芗夹g手段，再配合有線、無線、衛(wèi)星、微波等網(wǎng)絡通信技術，實現(xiàn)仿真互動，起到教師的主導作用，教師現(xiàn)場的言傳身教逼真，實現(xiàn)教育人性化的活動，再現(xiàn)與真實環(huán)境相近的學習場景，符合教育技術理論邏輯起點教與學的屬性。

二光技術及其應用效果

1光電子新技術

常說的光學是廣義的，是研究從微波、紅外線、可見光、紫外線直到X射線的寬廣波段范圍內的，關于電磁輻射的發(fā)生、傳播、接收和顯示，以及跟物質相互作用的科學。光學是物理學的一個重要組成部分，也是與其他應用技術緊密相關的學科。光電子技術是以先進探測器和激光器為基礎，由光學技術、電子技術、精密機械技術和計算機技術等密切結合而形成的一項高技術。它既改變了傳統(tǒng)光學的單純觀察功能，又大大擴展了電子技術的功能。由于光電子技術具有探測精度高、傳遞信息速度快、信息容量大、抗干擾和保密能力強等優(yōu)點，因而在軍事上得到了廣泛應用，在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中已顯示了其特有的威力。

而光電子三維成像技術和全息攝影術不同，不需要依靠連貫的激光束產生圖像。它使用普通光束即可。普通照相機的鏡頭工作原理類似模擬計算機，通過程序的運行將外界傳來的信息(光線)轉換成平面媒介上(通常是膠片)的圖像。

[因特網(wǎng)消息1999年7月7日報道]，美國伊利諾依州大學電氣工程師大衛(wèi)布萊迪在數(shù)字計算機而非光學鏡頭的幫助下，利用射電天文學家繪制天空的數(shù)學方法從光線中提取出足夠的信息來生成三維圖像。研究人員用鹵燈照亮一只小小的塑料恐龍，將來自恐龍的光線分離成兩束。當這兩束光線再度會合時，它們相互干擾，雖然強度不如沒有受到過干擾的光線，但是所有的波型卻都很和諧。在恐龍模型轉動時，科學家們記錄下來了128種干擾波。這些干擾波中包含有該物體三維圖像的全部信息，計算機程序可以對它們作還原處理。

這項技術最大的優(yōu)點是無論景深多大，它都能保持清晰的聚焦，這一點與傳統(tǒng)光學鏡頭相比表現(xiàn)出極大的優(yōu)勢。決定圖像解晰度的唯一因素就是物體離開鏡頭的距離。這一特點使其對于三維顯微具有特別的應用意義。布萊迪設想他發(fā)明的技術可用來拍攝細胞在產生交互作用時的高清晰度圖像。共焦顯微技術采用的是掃描技術，聚焦平臺來回移動，以獲得細胞的細部信息，從而生成三維圖像。利用這種方法，當細胞在移動時，要拍攝到細胞的移動過程就是非常困難的。有了布萊迪發(fā)明的科學方法，記錄裝置就可利用排列成圓圈的光學感應器幫助研究人員記錄實時的三維數(shù)據(jù)。

科學家們指出，即使要拍攝的對象遠離感應器，這項技術仍然有用。麻省理工學院電氣工程師喬治說：“這個系統(tǒng)同樣可以用來拍攝籃球比賽的三維影片。如果你的家中有三維播放機，你就可以在虛擬現(xiàn)實狀態(tài)下觀看籃球比賽，觀看者會感覺自己仿佛就在場內一樣。”

2光電三維成像技術在多媒體虛擬仿真課堂教學的具體應用及效果

現(xiàn)在的有線、無線、衛(wèi)星和微波等網(wǎng)絡遠程教學，學生面對的都是單向平面銀幕，一是沒有互動缺乏雙向交流，而是畫面平面呆板與真實情景差別太大，很難調動學生的興趣。就是普通的現(xiàn)場課堂教學，應用多媒體課件，也由于畫面內容很難反饋真實形象化的情景而大打折扣。如果能將課堂教學情景、課件內容立體可視化，再配合聲音、資源庫雙向互動，完全模擬真實情景，與現(xiàn)場無異，那將是教育教學新的飛躍。有什么適當?shù)募夹g能實現(xiàn)刺激鼓勵指導學生的思考和自動學習方法呢?光電三維成像技術就能在課堂教學應用中虛擬仿真真實場景，而虛擬現(xiàn)實是指通過特殊的輸入設備和一些能實現(xiàn)三維圖形和三維音效的特殊輸出設備來模擬人和環(huán)境之間的交互技術。假如遠程課堂教學，通過有線、無線、衛(wèi)星、微波等通信傳輸，使用課堂多媒體光電三維成像設備，主教室和各分教室雙方的三維立體全息圖像便瞬間出現(xiàn)在對方面前，就好像一個真人站在你面前一樣，然后你便可以和他隨意交談，使用各種表情，那是一種呈現(xiàn)在空氣中的光學立體影像，不需要任何屏幕之類的媒質，不像今天的網(wǎng)絡衛(wèi)星遠程教學、可視電話還需要一個屏幕才能顯像。光虛擬現(xiàn)實技術可很好地應用到虛擬學習環(huán)境的建立。它可以虛擬地建立起與真實環(huán)境相近的學習場景，使學生似乎已處于真實環(huán)境之中。

當然，屏幕還有作用，顯示課件文本等其它信息。過去的所謂三維顯像技術顯示的并不是真正的三維圖像，而是在二維平面上利用人體肉眼的雙眼像差而虛擬出的“偽三維圖像”，長期觀看這種偽三維圖像，會損傷視力或造成視覺疲勞。這樣，教學所使用的各式方法(如演講法、問題教學法、設計教學法、復述背誦法、小組研討法、訪問式教學法、辯論法、座談研討法、甚至實驗教學)都能應用光電三維多媒體

虛擬仿真成像技術達成教學目標[手段]。當然，要真正將光技術應用于實踐非一朝一夕，但可以采取過度方法，如先實現(xiàn)屏幕顯示三維立體畫面，學生觀看而無需頭盔等輔助設備，能實現(xiàn)師生聲像遠程互動，虛擬地建立起與真實環(huán)境比較相近的學習場景，再隨光技術發(fā)展和實現(xiàn)，使學生似乎處于真實環(huán)境之中將成為現(xiàn)實。光電三維成像技術不但可以應用于多媒體虛擬仿真課堂教學，還可以應用在網(wǎng)絡遠程在線教學、虛擬學習社區(qū)等。由于有教師和學習者之間通過網(wǎng)絡進行社會交互的一種虛擬仿真環(huán)境建構，有強烈的社交真實感和虛擬社區(qū)歸屬感，不僅可增強學生的在線學習的持久性，提高學習績效，而且能加強合作和學習滿足感，提升合作學習水平?，F(xiàn)在，在線學習者只是獨立的個體，容易產生焦慮、逆反心理和喪失學習動力，會導致學習的挫折感和低效率。

3采用中間件技術

中間件(middleware)是一種獨立的系統(tǒng)軟件或服務程序，分布式應用軟件借助這種軟件在不同的技術之間共享資源，中間件位于客戶機服務器的操作系統(tǒng)之上，管理計算資源和網(wǎng)絡通信。滿足大量應用的需要運行于多種硬件和OS平臺支持分布計算，提供跨網(wǎng)絡、硬件和OS平臺的透明性的應用或服務的交互支持標準的協(xié)議支持標準的接口。利用中間件技術，將多媒體虛擬仿真應用類似于中間件，任何設計制作軟件，包括現(xiàn)在應用的課程教學所需軟件，如PowerPoint、Photoshop、Dreamweavcr、Flash等，都可無縫應用。教師無需專門培訓，教學應用與以前無異，只是效果大為改觀，真實再現(xiàn)場景，其它技術工作則由人工智能管理平臺后的多媒體和課程制作人員負責，避免和改善教師計算機焦慮現(xiàn)象。

三結合我校實踐探討多媒體人工智能課堂教學的管理模式

我?，F(xiàn)有四個校區(qū)，分布在越秀區(qū)、海珠區(qū)、番禺區(qū)和珠海市，多媒體課室有279間，都基本配置了多媒設備，部分校區(qū)具有初級的網(wǎng)絡多媒體教學平臺。網(wǎng)絡學院在省內有50來個教學點，上萬名在讀生，使用的是目前市場上唯一支持百萬級用戶的Blackboard網(wǎng)絡教學平臺。不過由于校區(qū)距離較遠，不少老師要長年往返于各校區(qū)上課，雖然教師身臨現(xiàn)場授課，但運作成本較高。網(wǎng)絡教學點分布較廣，學員分散，對學生來說，多媒體屬于模擬交際而非學生直接參與的自然交際，缺乏自然語言進行人際交流的環(huán)境。而遠程教育更需要互動和教師的主導作用，教師現(xiàn)場的言傳身教尤為重要。

未來的新型多媒體教學將是以多媒體技術、計算機技術、網(wǎng)絡通信技術、自動控制技術、傳感技術、光技術、人工智能和虛擬仿真技術等的有機結合，能夠全面整合網(wǎng)絡各種“資源”而形成先進的網(wǎng)絡多媒體教學平臺。在這種教學平臺上.多媒體教室不再是孤立的，它已融入到校園網(wǎng)教學系統(tǒng)中，并以校園網(wǎng)資源為“背景”構建出一個富有時代特色的現(xiàn)代化教學環(huán)境：即集教學、管理、娛樂為一體的“數(shù)字化校園”。多媒體課室是現(xiàn)代教學環(huán)境建設的重要組成部分，是教育技術信息傳遞的展示平臺，是教師了解、聯(lián)系、應用教育技術的橋梁。既然新型多媒體教學、特別是網(wǎng)絡課堂教學如此重要，一般的管理就遠不能適應現(xiàn)代化的課堂教學應用。

結合我校的教學實際，本人認為，未來的新型多媒體課堂教學將是一個系統(tǒng)集成，不但要從后端課堂教學管理考慮，還要聯(lián)系前端課件制作。即多媒體課室管理人員既要參與后端維護保養(yǎng)，也要了解甚至參與前端課件制作，這就需要先進的多媒體人工智能管理平臺管理，從制作到應用一條龍服務，時刻把握教師課堂教學需求的命脈，為管理和新技術應用于課堂教學提供依據(jù)。即教師只需在其中一個教室就可通過網(wǎng)絡開啟其它多個接收教室的多媒體設備(無須電教人員參與)，對教師上課教室實施“直播”方式，通過安裝在課室的特殊的多媒體光電三維成像、自動跟蹤拾音等攝錄設備，實現(xiàn)三維圖形和三維音效來模擬人和環(huán)境之間場景的拾取，多個教室通過特殊的輸入設備和一些能實現(xiàn)三維圖形和三維音效的特殊輸出設備，真實呈現(xiàn)在空氣中的主課室教學光學立體影像，各分教室還可以現(xiàn)場與主講教師交流。并同步錄制仿真教學內容，作為課件保存錄入資源庫中。網(wǎng)絡學院的學生可在課堂或家中電腦上，調用資源，遠程課堂上的特殊設備也真實呈現(xiàn)在空氣中的主課室教學光學立體影像，與現(xiàn)場無誤。人工智能管理平臺集中監(jiān)測、控制和管理，教師可在辦公室或家中的計算機上，利用人工智能管理平臺的多媒體教學系統(tǒng)，遠程開啟網(wǎng)絡教室，同在網(wǎng)絡多媒體教室中的學生們實現(xiàn)遠程點對點虛擬仿真場景答疑?？蓪⒍啻未鹨蓤鼍白詣訁R編入庫，與相關課程智能結合，當點播網(wǎng)絡虛擬課程，真實再現(xiàn)上課場景，學生有疑問時，可即時點擊提問，人工智能管理平臺隨即快速智能搜索虛擬課程答疑庫，如有相關知識即刻虛擬回復場景，如沒有隨即跳過繼續(xù)上課，而此問題現(xiàn)場攝錄保存到虛擬仿真場景答疑系統(tǒng)，在下次相關教師登陸遠程點對點虛擬仿真場景答疑系統(tǒng)時，人工智能管理平臺系統(tǒng)自動插入其中，與現(xiàn)場答疑無異，隨答疑量增多，人工智能管理平臺上的智能搜索虛擬課程答疑庫容量增大，將能即時回復大多數(shù)疑難需求。

四結束語

信息時代的到來，社會節(jié)奏的加快，知識呈現(xiàn)出高速增長和快速更新之勢。隨著科學技術的發(fā)展，還會有更多的新技術應用在教育技術中，光技術就是其中重要的一項，21世紀將是光技術應用發(fā)展的時代。

參考文獻

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