孫苗+蘭曉紅

摘 要：隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和多媒體技術(shù)的不斷發(fā)展，根據(jù)《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020）》，教育部決定于2013年啟動(dòng)開展國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作。目前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已在高校實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)中得到初步應(yīng)用。重慶師范大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院結(jié)合自身實(shí)際，建立了相關(guān)實(shí)驗(yàn)課堂的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以利用虛擬仿真軟件建模，構(gòu)建虛擬儀器和場(chǎng)景，使用戶在虛擬場(chǎng)景進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)和操作?；谔摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)的虛擬實(shí)驗(yàn)室符合教學(xué)改革要求，改變了以往的教學(xué)模式，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的水平和質(zhì)量，具有極強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；虛擬儀器；虛擬實(shí)驗(yàn)室

中圖分類號(hào)：TP393；G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2017）03-0-04

0 引 言

實(shí)驗(yàn)教學(xué)[1]是高校實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)中不可缺少的重要組成部分，是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力和自主解決問(wèn)題能力的主要途徑[2]，同時(shí)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可以加深和鞏固學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解。但由于受到實(shí)驗(yàn)條件和設(shè)備的制約，一些高校的實(shí)驗(yàn)不能有效開展。因此，基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)[3]的虛擬實(shí)驗(yàn)室應(yīng)運(yùn)而生，并且得到了快速發(fā)展。所謂虛擬實(shí)驗(yàn)室[4]，即利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)仿真或虛構(gòu)某些情景和設(shè)備，使用戶可以在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)室。虛擬實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用多種前沿技術(shù)，降低了實(shí)驗(yàn)設(shè)置投入和管理成本，改變了以往的教學(xué)模式，使得遠(yuǎn)程移動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)得以真正實(shí)現(xiàn)，突破了時(shí)間和地域的限制，具有便捷、安全等多方面的優(yōu)勢(shì)。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)概述

虛擬現(xiàn)實(shí)（ Virtual Reality，VR）又稱為人工現(xiàn)實(shí)[5]，即利用計(jì)算機(jī)生成虛擬環(huán)境，并借助輸入設(shè)備進(jìn)入虛擬環(huán)境進(jìn)行自主交互操作，使用戶產(chǎn)生仿佛在真實(shí)場(chǎng)景中的感覺(jué)。它包括兩種形式，一種是通過(guò)佩戴特殊頭盔等外部設(shè)備，以自然方式（比如頭的轉(zhuǎn)動(dòng)、腳的移動(dòng)等）與計(jì)算機(jī)生成的虛擬世界中的對(duì)象進(jìn)行交互操作，產(chǎn)生如同在真實(shí)環(huán)境中的感受和體驗(yàn)。另一種則直接通過(guò)計(jì)算機(jī)桌面，利用鍵盤、鼠標(biāo)等常規(guī)輸入設(shè)備進(jìn)入虛擬空間，進(jìn)行實(shí)時(shí)交互操作[6]。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)[7，8]是計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的最新技術(shù)，它利用三維圖形生成技術(shù)、智能接口技術(shù)、多傳感器技術(shù)等，生成三維逼真虛擬環(huán)境，使用戶可以感知和操作虛擬世界中的各種對(duì)象，產(chǎn)生一種身臨其境和沉浸其中的感覺(jué)。VR技術(shù)可以應(yīng)用于許多領(lǐng)域，如軍事、醫(yī)療、教學(xué)等。目前，這種技術(shù)主要通過(guò)計(jì)算機(jī)桌面的形式應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中，學(xué)生不再受實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地和設(shè)備等的制約，能夠隨時(shí)隨地進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。類似于真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，學(xué)生的行為將會(huì)影響實(shí)驗(yàn)的發(fā)展和結(jié)果。另一方面，教師在虛擬實(shí)驗(yàn)室中可以查看學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)，部署作業(yè)等。

虛擬實(shí)驗(yàn)室是利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備和場(chǎng)景，以軟件形式實(shí)現(xiàn)硬件的功能，仿真實(shí)際的物理實(shí)驗(yàn)過(guò)程的應(yīng)用系統(tǒng)。虛擬實(shí)驗(yàn)室由實(shí)驗(yàn)課程、虛擬器材庫(kù)、網(wǎng)上管理系統(tǒng)等組成。由于其可觀的應(yīng)用前景而受到世界各國(guó)及各大高校的重視，在國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)得到普及，我國(guó)一些知名高校也相繼建立了各具特色的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。如清華大學(xué)利用虛擬儀器構(gòu)建了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)；大連理工大學(xué)研發(fā)了一套化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。北京郵電大學(xué)、上海交通大學(xué)、浙江大學(xué)、重慶大學(xué)等一批高校也致力于虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的研究。

2 構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)室的方法

構(gòu)建基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的虛擬實(shí)驗(yàn)室的方法有許多種，大多都通過(guò)軟件建模模擬真實(shí)硬件的功能來(lái)構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)室。下面介紹幾種國(guó)內(nèi)構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)室的常用方法。

2.1 基于VRML構(gòu)建三維虛擬實(shí)驗(yàn)室

VRML（Virtual Reality Modeling Language，VRML）即虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言[9]，用類似HTML標(biāo)記文本語(yǔ)言來(lái)描述三維場(chǎng)景，通過(guò)Internet和Web超鏈接在網(wǎng)上營(yíng)造虛擬環(huán)境的技術(shù)。VRML的基本工作原理包括文本描述、遠(yuǎn)程傳輸、本地計(jì)算生成。文本描述就是用標(biāo)記文本語(yǔ)言描述三維物體和場(chǎng)景，而不利用三維坐標(biāo)點(diǎn)來(lái)描述物體，因?yàn)檫@樣會(huì)產(chǎn)生很大的數(shù)據(jù)緩存，不利于傳輸。遠(yuǎn)程傳輸是指訪問(wèn)由虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言描述的虛擬物體和場(chǎng)景時(shí)，需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將文本數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)本地。本地計(jì)算生成是指瀏覽器要對(duì)傳送到本地的數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋翻譯，重現(xiàn)虛擬場(chǎng)景。

設(shè)計(jì)VRML虛擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景有以下兩種方法：

（1）直接使用文本編輯器編寫程序代碼。該法方便，但不直觀，對(duì)設(shè)計(jì)者的空間想象能力和邏輯思維能力要求較高；

（2）將可視化組件搭建成自己需要的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，可以直接看到實(shí)驗(yàn)效果。

2.2 基于Quick Time VR建模構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)室

Quick Time VR（Quick Time Virtual Reality）是一種基于靜態(tài)圖像處理，即通過(guò)連續(xù)拍攝的實(shí)景照片，形成全景圖像，在計(jì)算機(jī)上建模實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)的技術(shù)。Quick Time VR[10]技術(shù)可以將在不同角度連續(xù)拍攝的實(shí)景照片按照其相互關(guān)系有機(jī)銜接起來(lái)，在視覺(jué)上形成物體的全景圖像。其性能優(yōu)勢(shì)主要有：

（1）所需設(shè)備簡(jiǎn)單，僅通過(guò)一臺(tái)普通電腦，不需要佩戴昂貴的特殊頭盔和特殊眼鏡等就可以進(jìn)入虛擬場(chǎng)景，并進(jìn)行操作；

（2）可跨平臺(tái)運(yùn)行，兼容性好；

（3）采用獨(dú)有壓縮技術(shù)，數(shù)據(jù)量小，占用內(nèi)存少；

（4）運(yùn)用真實(shí)圖像，構(gòu)建虛擬場(chǎng)景，具有高度的現(xiàn)實(shí)性；

（5）制作簡(jiǎn)單，所需周期短。

2.3 采用Cult 3D技術(shù)構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)室

Cult3D是一種基于Java的3D網(wǎng)絡(luò)VR技術(shù)，可動(dòng)態(tài)顯示極高質(zhì)量的圖像。它依靠專門的3D建模軟件建立3D模型，具有獨(dú)特的渲染方式。其特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)主要有以下幾點(diǎn)：

（1）由于是基于幾何模型建模，產(chǎn)生的文件數(shù)據(jù)量很小；

（2）支持多種建模軟件，兼容性好，可跨平臺(tái)運(yùn)用；

（3）使用方便靈活，只要用鼠標(biāo)在3D物件上直接拖動(dòng)，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的移動(dòng)、縮放等功能；

（4）對(duì)硬件要求相對(duì)較低，低配或者普通電腦即可滿足要求。

2.4 采用Flash等技術(shù)構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)室

Flash是由Macromedia公司開發(fā)的矢量圖和 Web動(dòng)畫技術(shù)，是一種集動(dòng)畫創(chuàng)作與應(yīng)用程序開發(fā)于一身的軟件。建模所需要的圖像和內(nèi)容可以在Flash中創(chuàng)建或者從其它應(yīng)用程序?qū)搿Ｓ肍lash開發(fā)VR數(shù)據(jù)文件，主要采用其腳本語(yǔ)言Action Script控制交互，通過(guò)導(dǎo)入序列圖像來(lái)形成3D對(duì)象或全景虛擬環(huán)境。利用Flash進(jìn)行VR開發(fā)，靈活性較大，但開發(fā)步驟較為復(fù)雜。

上面介紹的四種網(wǎng)絡(luò)VR技術(shù)各有特色，可以滿足不同的實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求。為了更好地研究和比較這四種VR技術(shù)的性能和特點(diǎn)，表1列出了四種VR技術(shù)的對(duì)照。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高校實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)中的應(yīng)用

基于VR技術(shù)的虛擬實(shí)驗(yàn)室可以為用戶提供一個(gè)基于網(wǎng)絡(luò)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)、交流和反饋平臺(tái)。通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建所需學(xué)科的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，教師和學(xué)生可以隨時(shí)隨地進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)室，開展實(shí)驗(yàn)和研究，改變了以往只能借助硬件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的教育模式，具有極強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)的具體功能主要有在線虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)演示、作業(yè)部署、智能批改和成績(jī)管理等。目前，基于VR技術(shù)的虛擬實(shí)驗(yàn)室的研究國(guó)內(nèi)還處于萌芽和發(fā)展階段，部分高校和研究所已經(jīng)構(gòu)建了自己的虛擬實(shí)驗(yàn)室（網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)），進(jìn)行虛擬仿真教學(xué)。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室可以應(yīng)用于高校很多學(xué)科的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，如電子類實(shí)驗(yàn)、機(jī)械類實(shí)驗(yàn)、通信和計(jì)算機(jī)類實(shí)驗(yàn)、物理和化學(xué)類實(shí)驗(yàn)、醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)等眾多領(lǐng)域。根據(jù)不同的課程和實(shí)驗(yàn)要求開發(fā)相應(yīng)的虛擬實(shí)驗(yàn)室。虛擬實(shí)驗(yàn)室可以由教師、學(xué)生自己設(shè)計(jì)開發(fā)或者由專門的公司研發(fā)制作。針對(duì)單一特殊的新開實(shí)驗(yàn)課程，可以自行設(shè)計(jì)開發(fā)，既可以學(xué)習(xí)和掌握用VR技術(shù)開發(fā)課程技術(shù)，又可以滿足實(shí)驗(yàn)要求，進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)操作；針對(duì)基礎(chǔ)且開設(shè)較普遍的課程，由于涵蓋實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目眾多，可以到專門公司定制一套教學(xué)系統(tǒng)，用于相應(yīng)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

3.1 用VR實(shí)現(xiàn)對(duì)一畸形胎兒標(biāo)本的全方位觀察

用VR實(shí)現(xiàn)對(duì)一畸形胎兒標(biāo)本的全方位觀察可以由教師、學(xué)生自行開發(fā)設(shè)計(jì)。

實(shí)驗(yàn)要求：可以全方位360°觀察畸形胎兒標(biāo)本，使學(xué)生加深對(duì)畸形胎兒結(jié)構(gòu)的理解和認(rèn)識(shí)。

實(shí)驗(yàn)方法：采用Quick Time VR技術(shù)。

實(shí)驗(yàn)步驟分為如下幾步：

（1）用攝像機(jī)或者手機(jī)每隔10°拍攝一張畸形胎兒標(biāo)本的圖像。

（2）用Photoshop軟件對(duì)36幅圖像進(jìn)行處理。

（3）在VR ToolBox中導(dǎo)入經(jīng)過(guò)處理的36幅圖像，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)帶寬和內(nèi)存狀況等，設(shè)定圖像的壓縮率，最后導(dǎo)出VR影視.mov文件[11]。

（4）將VR數(shù)據(jù)文件嵌入到網(wǎng)頁(yè)中，設(shè)計(jì)課程鏈接，并上傳到服務(wù)器；在學(xué)生機(jī)上安裝Quick Time播放插件。

實(shí)驗(yàn)效果：每個(gè)學(xué)生都可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)全方位觀察畸形胎兒標(biāo)本的圖像，一張標(biāo)本多個(gè)網(wǎng)絡(luò)復(fù)制本，提高了教學(xué)效率；學(xué)生可以通過(guò)鼠標(biāo)移動(dòng)控制標(biāo)本，實(shí)現(xiàn)如同觀察真標(biāo)本的效果；學(xué)習(xí)不僅局限于學(xué)校課堂，學(xué)生在課外也可以通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行查看，實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)學(xué)習(xí)。

3.2 計(jì)算機(jī)類基礎(chǔ)課程方案設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)類基礎(chǔ)課程方案設(shè)計(jì)由公司研發(fā)定制。

方案要求：通過(guò)構(gòu)建一個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)室——虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)類相關(guān)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程的管理和操作。

方案內(nèi)容：虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)提供了全方位的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)輔助功能，主要包括中心門戶網(wǎng)站、實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理、實(shí)驗(yàn)前理論知識(shí)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)過(guò)程智能指導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果自動(dòng)批改評(píng)分、線上互動(dòng)交流等，如圖1所示。

構(gòu)建的虛擬實(shí)驗(yàn)室要涵蓋計(jì)算機(jī)類專業(yè)開設(shè)的虛擬實(shí)驗(yàn)課程，主要有計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、Linux操作系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、電路分析、模擬電路、數(shù)字電路、單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)等。

方案實(shí)施：方案實(shí)施流程如圖2所示。

案例展示：以北京潤(rùn)尼爾公司為我校——重慶師范大學(xué)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)中心設(shè)計(jì)的開放式虛擬實(shí)驗(yàn)室為例，介紹虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的各部分模塊及功能。

（1）網(wǎng)上搜索“http：//219.221.10.27”，進(jìn)入網(wǎng)站首頁(yè)，輸入賬號(hào)和密碼登錄平臺(tái)。如圖3所示。

（2）登錄賬戶分為教師、學(xué)生、管理員，分別對(duì)應(yīng)不同的虛擬化平臺(tái)。圖4展示了教師登錄進(jìn)入的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)界面，在此平臺(tái)上教師可以進(jìn)行各項(xiàng)教學(xué)安排，包括實(shí)驗(yàn)課程安排、實(shí)驗(yàn)批改、成績(jī)導(dǎo)出等操作。登錄進(jìn)入學(xué)生端虛擬實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生可以查看實(shí)驗(yàn)課程項(xiàng)目，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)和操作等。在管理員端虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，管理員可以進(jìn)行教學(xué)系統(tǒng)設(shè)置、管理和維護(hù)虛擬教學(xué)平臺(tái)等操作。

（3）用戶只要連接網(wǎng)絡(luò)，不管在校內(nèi)還是校外，都可以通過(guò)賬號(hào)自主進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行不同的實(shí)驗(yàn)操作。圖5，圖6所示分別為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)臺(tái)和模擬電路實(shí)驗(yàn)臺(tái)界面。在不同的實(shí)驗(yàn)臺(tái)界面可以實(shí)現(xiàn)與真實(shí)環(huán)境一樣的實(shí)驗(yàn)效果，學(xué)生通過(guò)下載插件，自主選擇所需廠家的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和器材，按照實(shí)驗(yàn)步驟連接好電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并且實(shí)驗(yàn)結(jié)果提交后系統(tǒng)可以自動(dòng)批改。如果學(xué)生對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)的操作不熟悉，可以選擇演示實(shí)驗(yàn)，先觀看學(xué)習(xí)再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。

（4）教師可以通過(guò)登錄實(shí)驗(yàn)管理平臺(tái)查看學(xué)生的實(shí)驗(yàn)完成情況，并進(jìn)行評(píng)分、交流和管理等操作。

實(shí)驗(yàn)效果：通過(guò)在網(wǎng)上開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程，讓學(xué)生不再受外在條件的制約，可以自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、學(xué)習(xí)，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性；通過(guò)虛擬管理平臺(tái)及時(shí)反饋學(xué)生的實(shí)驗(yàn)信息，使教師更快、更準(zhǔn)地掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，提高教學(xué)效率；通過(guò)觀看虛擬演示實(shí)驗(yàn)，使在課堂沒(méi)有掌握老師所講實(shí)驗(yàn)方法的同學(xué)，可以自行復(fù)習(xí)和鞏固，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

4 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)勢(shì)與不足

4.1 基于VR技術(shù)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室在教學(xué)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

（1）實(shí)驗(yàn)靈活性大，有助于培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造性。虛擬實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)課題目設(shè)定、器材選取等可以隨時(shí)更改，以適應(yīng)時(shí)代的快速發(fā)展需求；學(xué)生可以通過(guò)登錄網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和探究，也可以尋求老師的幫助或者和線上同學(xué)交流，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和創(chuàng)造思維能力。

（2）突破時(shí)間、空間的限制，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)。以往的硬件實(shí)驗(yàn)室只能在學(xué)校專門的實(shí)驗(yàn)教室學(xué)習(xí)和操作，基于VR技術(shù)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室不再受傳統(tǒng)硬件條件的制約，學(xué)生可以隨時(shí)通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入虛擬環(huán)境進(jìn)行實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)。

（3）用虛擬實(shí)驗(yàn)取代實(shí)物實(shí)驗(yàn)，節(jié)約了成本和開銷，提高了安全性。在虛擬實(shí)驗(yàn)室中，用一臺(tái)計(jì)算機(jī)就可以取代一套硬件實(shí)驗(yàn)設(shè)備，模擬真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境，節(jié)省了設(shè)備開支，且更加安全、環(huán)保；而且以往一些具有危險(xiǎn)或者不易觀察的實(shí)驗(yàn)都可以通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)。

（4）化繁為簡(jiǎn)，提高教學(xué)效率。以往在真實(shí)的硬件實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行一次實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)，教師不僅要講解原理，還要為學(xué)生演示操作，但卻無(wú)法保證每一個(gè)學(xué)生都可以看到、學(xué)會(huì)，雖然浪費(fèi)了大量時(shí)間但教學(xué)效果不理想；采用虛擬實(shí)驗(yàn)室后，每個(gè)學(xué)生都可以根據(jù)自己的情況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和學(xué)習(xí)，提高了教學(xué)效率。

（5）可以作為硬件實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充，輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)。由于虛擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果是在比較理想的條件下得到的，而實(shí)際的硬件實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能存在偏差，因此可以通過(guò)兩種實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)照來(lái)改善硬件實(shí)驗(yàn)條件，以逼近虛擬理想實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

（6）網(wǎng)絡(luò)管理和維護(hù)簡(jiǎn)單方便。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的硬件設(shè)備容易壞損，管理和維修極不方便，耗時(shí)耗財(cái)；利用VR技術(shù)構(gòu)建的虛擬實(shí)驗(yàn)室不需要昂貴的硬件維修費(fèi)，只要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和程序就可以方便地進(jìn)行管理和維護(hù)。

4.2 基于VR技術(shù)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的不足

（1）與實(shí)際實(shí)驗(yàn)相比，虛擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)條件都是在較理想環(huán)境下進(jìn)行，很難完全反映現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)真實(shí)環(huán)境的復(fù)雜性，因此實(shí)驗(yàn)結(jié)果是理性化的；

（2）虛擬實(shí)驗(yàn)室中的實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備等只能用肉眼看到，并非實(shí)際存在，因此很難清楚感知實(shí)驗(yàn)設(shè)備的具體大小和重量等，缺少實(shí)物感；

（3）學(xué)生可以隨時(shí)隨地通過(guò)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)室，導(dǎo)致學(xué)習(xí)自主性大，容易偏離學(xué)習(xí)目標(biāo)；

（4）由于虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)登錄，緩存和下載大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和插件，這就對(duì)計(jì)算機(jī)配置和網(wǎng)絡(luò)要求較高，容易產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)使用瓶頸。

5 結(jié) 語(yǔ)

簡(jiǎn)而言之，基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的虛擬實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用到高校實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)中，是深化教學(xué)改革，提高教學(xué)效率的有效手段。它可以使學(xué)生隨時(shí)隨地通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，同時(shí)還降低了實(shí)驗(yàn)室建設(shè)成本，使一些危險(xiǎn)或者不便操作的硬件實(shí)驗(yàn)?zāi)芡ㄟ^(guò)桌面直觀呈現(xiàn)出來(lái)，加深學(xué)生的理解，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。但是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不能完全取代傳統(tǒng)的硬件實(shí)驗(yàn)教學(xué)，因?yàn)樗泊嬖谝恍┎蛔?，因此我們?yīng)該將兩者有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化教學(xué)。這種依托于現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)為現(xiàn)實(shí)服務(wù)的虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)，具有巨大的應(yīng)用空間，同時(shí)它也是未來(lái)現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)教學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)發(fā)展方向。

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