盧苗

摘 要：虛擬實(shí)驗(yàn)在教學(xué)應(yīng)用的過(guò)程中所受到的限制，即為虛擬實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用限度。它主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：一是虛擬實(shí)驗(yàn)功能的限度；二是學(xué)科領(lǐng)域應(yīng)用的限度；三是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用的限度。功能決定了虛擬實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效能，學(xué)科領(lǐng)域不同的應(yīng)用目的導(dǎo)致了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用條件的多樣性。充分認(rèn)識(shí)和客觀分析虛擬實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用限度，對(duì)于更好地發(fā)揮虛擬實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的作用具有重要的理論和實(shí)踐意義。

關(guān)鍵詞：虛擬實(shí)驗(yàn)；限度；功能

中圖分類(lèi)號(hào)：G434文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-8454（2014）12-0079-02

虛擬實(shí)驗(yàn)是指借助于多媒體、仿真和虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)，在計(jì)算機(jī)上營(yíng)造可輔助、部分替代甚至全部替代傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)各操作環(huán)節(jié)的相關(guān)軟硬件操作環(huán)境，實(shí)驗(yàn)者可以像在真實(shí)的環(huán)境中一樣完成各種實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，所取得的實(shí)驗(yàn)效果等價(jià)于甚至優(yōu)于在真實(shí)環(huán)境中所取得的效果。虛擬實(shí)驗(yàn)以其虛擬性、沉浸性、交互性、多感知性等特點(diǎn)，為目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)中迫切需要解決的問(wèn)題提供策略和方法。虛擬實(shí)驗(yàn)在教學(xué)應(yīng)用的過(guò)程中所受到的限制，即為虛擬實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用限度。筆者從以下三個(gè)方面對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)在教育中的應(yīng)用限度展開(kāi)分析。

一、虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)功能的限度

1.專(zhuān)注模擬真實(shí)實(shí)驗(yàn)，以真實(shí)實(shí)驗(yàn)功能擴(kuò)展為限度

現(xiàn)有的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究主要專(zhuān)注于對(duì)真實(shí)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的虛擬化模仿，而超越真實(shí)平臺(tái)的功能擴(kuò)展還有待繼續(xù)深入研究。虛擬實(shí)驗(yàn)不是將課本上的實(shí)驗(yàn)用電子形式呈現(xiàn)，而是使師生在三維臨境環(huán)境下, 通過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、甚至嗅覺(jué)和味覺(jué)得到多重感官刺激，為學(xué)生提供教學(xué)性、沉浸性、交互性、多感知性等全方位的體驗(yàn)情境。[1]

2.以學(xué)生為中心，培養(yǎng)學(xué)生多元智能為限度

完整、優(yōu)質(zhì)的教育不僅需要學(xué)生在情境中體驗(yàn)學(xué)習(xí)，還需要學(xué)生在虛擬實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)環(huán)境中得到全面鍛煉與培養(yǎng)。因此，虛擬實(shí)驗(yàn)的研究應(yīng)扭轉(zhuǎn)以“技術(shù)為中心”走向以“學(xué)生為中心”，進(jìn)行以問(wèn)題為導(dǎo)向的情境創(chuàng)設(shè)，開(kāi)展以設(shè)計(jì)為主線帶動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新的研究范式，探索培養(yǎng)學(xué)生多元智能的開(kāi)發(fā)策略。

3.以關(guān)注虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)自身的管理和評(píng)價(jià)研究，保證實(shí)驗(yàn)體系完整為限度

虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、應(yīng)用、管理和評(píng)價(jià)是一個(gè)完整的系統(tǒng)，每一個(gè)環(huán)節(jié)都有其自身不可替代的作用。目前，對(duì)于虛擬實(shí)驗(yàn)管理和評(píng)價(jià)的研究卻幾乎空白。虛擬實(shí)驗(yàn)中的反饋和評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)，大多數(shù)是針對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容而進(jìn)行的，真正對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)自身的反饋和評(píng)價(jià)也被忽視。什么樣的評(píng)價(jià)機(jī)制、如何進(jìn)行評(píng)價(jià)工作以及如何管理是虛擬實(shí)驗(yàn)亟待解決的問(wèn)題。

4.以虛擬實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)為限度

對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)統(tǒng)一、系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)方法和設(shè)計(jì)模型很少。虛擬實(shí)驗(yàn)的開(kāi)發(fā)是一個(gè)龐大和復(fù)雜的體系，根據(jù)各領(lǐng)域?qū)嶒?yàn)的共同點(diǎn)和相似性，為虛擬實(shí)驗(yàn)建立通用的分析方法、建模方法、實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)等，可以為虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)提供指導(dǎo)和參考作用。華中科技大學(xué)劉超、金海等人曾提出了一種多學(xué)科的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)，基于多學(xué)科統(tǒng)一建模，設(shè)計(jì)了一種面向多學(xué)科的統(tǒng)一仿真計(jì)算流程，并實(shí)現(xiàn)了一種高效的多學(xué)科虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的仿真調(diào)度機(jī)制。[2]此研究的成功充分肯定了虛擬實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)的必要性與可行性。

二、虛擬實(shí)驗(yàn)在學(xué)科領(lǐng)域應(yīng)用的限度

1.以開(kāi)拓新的學(xué)科和領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)虛擬實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新發(fā)展為限度

目前，虛擬實(shí)驗(yàn)已廣泛應(yīng)用于生物、化學(xué)、物理、機(jī)械、電子等操作性強(qiáng)的學(xué)科領(lǐng)域。為了促進(jìn)虛擬實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新發(fā)展，更好的在教育中發(fā)揮虛擬實(shí)驗(yàn)的作用，我們還需開(kāi)拓新的學(xué)科領(lǐng)域和實(shí)驗(yàn)對(duì)象。例如，虛擬實(shí)驗(yàn)在醫(yī)學(xué)教育中的應(yīng)用，虛擬實(shí)驗(yàn)在地理學(xué)中的應(yīng)用，虛擬實(shí)驗(yàn)在語(yǔ)言和智能培訓(xùn)方面的應(yīng)用等。

2.以實(shí)現(xiàn)案例開(kāi)發(fā)，建立虛擬實(shí)驗(yàn)資源庫(kù)為限度

虛擬實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜性和多樣性導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)上出現(xiàn)不同層次、不同屬性的虛擬實(shí)驗(yàn)資源，但沒(méi)有針對(duì)不同學(xué)科而建立的學(xué)科化虛擬實(shí)驗(yàn)資源庫(kù),我們迫切需要對(duì)這些資源以學(xué)科為界限進(jìn)行整理。資源庫(kù)中可包括典型的學(xué)科案例、學(xué)生與教師錄制的實(shí)驗(yàn)過(guò)程等各種多媒體素材和資源。

三、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用的限度

1.虛擬實(shí)驗(yàn)常用三維建模技術(shù)應(yīng)用限度

Web3D技術(shù)是目前開(kāi)發(fā)虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)的主要手段，該技術(shù)在開(kāi)發(fā)虛擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程中有三種建模方式：第一，運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)的底層技術(shù)進(jìn)行虛擬環(huán)境的建模，Web3D技術(shù)創(chuàng)建虛擬環(huán)境模型時(shí)主要以編程的方式進(jìn)行，常用技術(shù)有VRML、OpenGL、DirectX3D、Java3D。第二，運(yùn)用自身綜合的建模模塊建模，MultiGen Creator是運(yùn)用自身綜合模塊建模技術(shù)的代表，它包括一套綜合強(qiáng)大的建模工具。第三，采用第三方建模工具建模，主要有3ds Max、Maya、AutoCAD/Mechanical DeskTop等。工具沒(méi)有好與壞之分，只有合適與不合適之說(shuō)，只要選擇合適的工具，就可以減少設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的時(shí)間和難度，為使用者提供好的虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境和平臺(tái)。[3]三種建模方式和第三方建模工具的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如表1。

2.以系統(tǒng)的穩(wěn)定，網(wǎng)絡(luò)傳輸順暢，易于開(kāi)發(fā)、更新、維護(hù)為限度

虛擬實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用必須考慮軟、硬件的運(yùn)行條件和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)捻槙?，超過(guò)軟、硬件的運(yùn)行負(fù)荷，實(shí)驗(yàn)效果往往會(huì)適得其反。[4]在虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，充分考慮其后期的更新和維護(hù)，才能推動(dòng)虛擬實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的可持續(xù)性。

3.以資源共享、均衡發(fā)展為限度

教學(xué)資源分配不平衡是地區(qū)差異導(dǎo)致的必然惡果。提倡資源共享，加大落后地區(qū)的虛擬實(shí)驗(yàn)資源建設(shè)，是虛擬實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的一大困境。

事物的發(fā)展是一個(gè)不斷完善的過(guò)程，虛擬實(shí)驗(yàn)以其愈發(fā)完善的功能在很多領(lǐng)域創(chuàng)造了極大的應(yīng)用價(jià)值。但是，在虛擬實(shí)驗(yàn)的教學(xué)應(yīng)用中還存在多方面的限制。充分認(rèn)識(shí)和分析虛擬實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的應(yīng)用限度是為了促進(jìn)虛擬實(shí)驗(yàn)在教學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用價(jià)值的最大化，助推虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)更科學(xué)、更有效的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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（編輯：魯利瑞）