王國威+付燕

摘 要：隨著教育部、國家發(fā)展改革委和財政部在《關于引導部分地方普通本科高校向應用型轉變的指導意見》中提出的相關要求，地方性新建本科院校面臨著轉型發(fā)展的重要任務。

關鍵詞：虛擬現(xiàn)實;轉型發(fā)展;大學物理;教學;演示實驗

對于地方性新建本科院校，轉型發(fā)展既是響應國家政策，同時也是自身前進發(fā)展的唯一出路。基于轉型發(fā)展的時代背景，誕生于上個世紀60年代的VR技術，在近10年隨著計算機技術的快速發(fā)展，在越來越多的領域，特別是高校教育教學領域得到了推廣應用。

一、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

在發(fā)達國家，VR技術在教育領域中已得到了廣泛的應用。VR技術誕生于上個世紀60年代。1985年，美國國立醫(yī)學圖書館就開始人體解剖圖像數(shù)字化研究，并利用虛擬人體開展虛擬解剖學、虛擬放射學及虛擬內(nèi)窺鏡學等學科的計算機輔助教學;1992年，馬克·英格里伯格和洛賓·比得迪提合作創(chuàng)建了一個虛擬物理實驗室;1995年，在Internet上出現(xiàn)了“虛擬青蛙解剖”虛擬實驗，“實驗者”在網(wǎng)絡上互相交流、發(fā)表自己的見解，甚至可以在屏幕上親自動手進行解剖，用虛擬手術刀一層層地分離青蛙，觀察它的肌肉和骨骼組織，與真正的解剖實驗幾乎一樣，瀏覽者還能任意調整觀察角度、縮放圖像。

在國內(nèi)，VR技術在高校的應用范圍還不是很廣泛，目前處于領先地位的國家級虛擬現(xiàn)實仿真實驗室主要集中在清華大學、浙江大學、北京大學、上海交通大學、復旦大學、同濟大學等知名高校。

二、VR技術給《大學物理》教學帶來的好處

在高校教育領域，虛擬現(xiàn)實仿真實驗室依托虛擬現(xiàn)實與多媒體技術，結合多種互動硬件設施，積極探索《大學物理》課程內(nèi)容建設、教學環(huán)境、教學手段與虛擬互動平臺的搭建，通過VR技術與傳統(tǒng)教學資源的整合，對傳統(tǒng)“填鴨式”教學模式進行改革、創(chuàng)新，對《大學物理》教學中遇到的難理解、難觀測、長時耗、高能耗、不可逆、高輻射等教學內(nèi)容進行多視角觀測，不斷豐富和完善轉型發(fā)展背景下高?！洞髮W物理》課程內(nèi)涵，提升教學質量。

VR技術在《大學物理》課程教學中的應用，可以徹底打破空間和時間的限制。小到原子粒子，大至宇宙天體，學生都可以很直觀地仔細觀察其外觀、形狀、內(nèi)部空間、結構等。而且，一些需要長耗時、高污染、高輻射的教學內(nèi)容，通過VR技術，可以在短時間、零污染、無輻射的條件下呈現(xiàn)給學生觀察。采用VR技術進行教學，學?？梢詼p少許多價格昂貴、不可逆、高危害性的實驗配置，VR技術所用的儀器設備、原材料可以利用相關軟件進行自動復原，并且能夠無限使用，這樣就讓學校大大節(jié)約了成本，降低了開支。

VR技術應用在《大學物理》教學中，具備安全便捷、創(chuàng)新發(fā)展的特點。目前國內(nèi)很多高校的虛擬現(xiàn)實仿真實驗室大多借助于三維虛擬仿真平臺DVS3D系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以直接實時獲取多種3D數(shù)據(jù)內(nèi)容，可以自由的搭建3D虛擬場景，并且結合3D立體沉浸式投影、3D-LED系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實頭盔和交互設備來實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實的沉浸性和交互性，具備協(xié)同設計、可視管理、實時交互等特點。教師在教學的時候，可以通過演示實驗或者是現(xiàn)場交互體驗來展開教學內(nèi)容，使學生能夠在虛擬的學習環(huán)境中扮演一個角色，全身心地投入到學習環(huán)境中去，這非常有利于學生的技能訓練。

根據(jù)VR的高度可控性與真實體驗，以學生為本，開展針對性強、個性化突出的教學策略和教學活動，因材施教。以互動開放式教學策略取代單向的灌輸式教學方式，采取研究性學習、任務驅動等多種教學設計，有助于激發(fā)學生探索求知的欲望，又保持了教育的多樣化。

三、利用VR技術開展《大學物理》課程教學的具體案例

（一）斯特恩-蓋拉赫虛擬仿真實驗

該實驗的內(nèi)容采用虛擬仿真實驗軟件，測量不同原子的原子磁矩。在具體的實驗參數(shù)設定時，可以設定原子種類、磁場B、狹縫寬度d等參數(shù)，通過測量原子通過不均勻磁場的偏轉得出原子磁矩M。

（二）氣體分子碰撞虛擬仿真實驗

該實驗的內(nèi)容通過改變分子束的參與，根據(jù)虛擬仿真實驗研究相同速率的兩束分子在2D密閉容器中對碰，速度分布何時才能趨近麥克斯韋分布。在具體實驗操作時，可以設定分子束的參數(shù)，測量容器中分子從單一速率分布到麥克斯韋分布所需的時間。

四、結 語

在高校教育領域，VR技術具有廣泛的作用和影響：親身去經(jīng)歷、去感受比空洞抽象的說教更具說服力;主動地去交互與被動的觀看，更具感染力。科技的進步，嶄新的技術，會給我們帶來全新的教育理念、思維，解決我們以前無法解決的問題，將給轉型發(fā)展期的本科高校教育帶來一系列的重大變革。

參考文獻：

[1]尹玉亮， 李培珍， 康與云. 虛擬現(xiàn)實技術及其應用現(xiàn)狀[J]， 計算機與信息技術， 2007， （26）， 73.

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