董宏達(dá)

【摘要】虛擬仿真（VR）技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)已成為目前學(xué)校教學(xué)手段之一。虛擬仿真技術(shù)不但可以輔助教學(xué)，更能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)學(xué)生對(duì)新知識(shí)、新技術(shù)的了解。本文介紹了虛擬軟件（VR）的特點(diǎn)及作用，重點(diǎn)介紹教學(xué)虛擬仿真（VR）系統(tǒng)制作、開(kāi)發(fā)流程經(jīng)驗(yàn)，闡明學(xué)校聯(lián)合軟件公司開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)虛擬仿真教學(xué)軟件的優(yōu)缺點(diǎn)及經(jīng)驗(yàn)，為日后各學(xué)校虛擬仿真系統(tǒng)制作科研創(chuàng)新提供經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)。

【關(guān)鍵詞】虛擬仿真 設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)流程 回顧探索

【基金項(xiàng)目】本文系吉林省教育科學(xué)十三五規(guī)劃立項(xiàng)課題，項(xiàng)目號(hào)：GH16501。

【中圖分類(lèi)號(hào)】G434 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2017）38-0236-02

1.虛擬仿真（VR）介紹

虛擬仿真（VR）技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)與專(zhuān)用設(shè)備相結(jié)合，綜合多項(xiàng)科學(xué)領(lǐng)域的知識(shí)，充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的模擬功能，為社會(huì)、學(xué)校、團(tuán)體、個(gè)人、實(shí)驗(yàn)室等提供系統(tǒng)的模擬與試驗(yàn)，其最大的特點(diǎn)是具有的“感知性”、“沉浸感”、“交互性”、“構(gòu)想性”，可以實(shí)現(xiàn)“人機(jī)”互動(dòng)，極大的引起體驗(yàn)者（學(xué)生）的興趣，是未來(lái)學(xué)校教學(xué)得力輔助工具。

虛擬仿真（VR）技術(shù)可以真實(shí)模擬“事件”全過(guò)程或“物體”組織結(jié)構(gòu)，可以將不可再現(xiàn)或難以復(fù)原的各類(lèi)“事件”全過(guò)程“真實(shí)”再現(xiàn)體驗(yàn)者面前。學(xué)校利用虛擬仿真（VR）技術(shù)輔助教學(xué)能夠有效改變以往的聽(tīng)、讀、寫(xiě)、看、記憶、背誦等老舊教學(xué)方法，能夠?qū)崿F(xiàn)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、積極參與全新教學(xué)過(guò)程，

2016年被稱(chēng)為我國(guó)虛擬仿真（VR）元年，目前虛擬仿真（VR）的硬件發(fā)展為虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用提供了廣闊的發(fā)展空間，虛擬仿真（VR）技術(shù)將會(huì)成為人類(lèi)電子技術(shù)應(yīng)用發(fā)展的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，為人類(lèi)社會(huì)發(fā)展做出重大貢獻(xiàn)。

2.虛擬仿真（VR）系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

1）明確VR系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

虛擬仿真（VR）技術(shù)具有“感知性”、“沉浸感”、“交互性”、“構(gòu)想性”。模擬是虛擬仿真（VR）技術(shù)重要功能之一，利用虛擬仿真（VR）技術(shù)，可模擬機(jī)械裝配、醫(yī)療手術(shù)、微觀(guān)世界、虛擬駕駛等過(guò)程，通過(guò)虛擬仿真穿戴技術(shù)（手套、頭盔、目鏡等），可以將動(dòng)作、聲音、場(chǎng)景、作用力即時(shí)反饋在學(xué)生眼前（身體上），學(xué)生身臨其境，提高學(xué)生的理解能力，提高教學(xué)質(zhì)量。

學(xué)校訂制教學(xué)VR系統(tǒng)輔助教學(xué)，首先要明確做什么？也就是明確目標(biāo)。不同的學(xué)科、不同的專(zhuān)業(yè)、不同的教學(xué)目標(biāo)和計(jì)劃，應(yīng)配備不同的教學(xué)VR系統(tǒng)（課件），只有這樣VR才能更有效、更加專(zhuān)業(yè)輔助教學(xué)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。

例如：模擬駕駛、手術(shù)，模擬產(chǎn)品組裝等

2）組建團(tuán)隊(duì)

由計(jì)算機(jī)專(zhuān)家、專(zhuān)業(yè)教師、行業(yè)專(zhuān)家（技術(shù)能手）組成的制作教學(xué)用虛擬仿真（VR）系統(tǒng)團(tuán)隊(duì)為最佳，該團(tuán)隊(duì)的組建是VR系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵。專(zhuān)業(yè)教師負(fù)責(zé)教學(xué)大綱、教學(xué)內(nèi)容講解說(shuō)明，重要的是專(zhuān)業(yè)教師負(fù)責(zé)帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行編寫(xiě)VR系統(tǒng)的制作腳本，沒(méi)有該腳本計(jì)算機(jī)專(zhuān)家將無(wú)法制作虛擬仿真（VR）系統(tǒng)，并且只有如此制作出的VR系統(tǒng)才能更好地為學(xué)校教學(xué)服務(wù)。行業(yè)專(zhuān)家（技術(shù)能手）負(fù)責(zé)VR系統(tǒng)腳本編制時(shí)的問(wèn)題甄別，負(fù)責(zé)與實(shí)際生產(chǎn)（操作）相對(duì)比，進(jìn)行VR系統(tǒng)腳本的完善過(guò)程，沒(méi)有行業(yè)專(zhuān)家（技術(shù)能手）的問(wèn)題（流程）改善，將會(huì)出現(xiàn)知識(shí)理論化可能與實(shí)際生產(chǎn)（操作）相背離，出現(xiàn)錯(cuò)誤的操作方法。計(jì)算機(jī)專(zhuān)家負(fù)責(zé)龐大的編程任務(wù)，負(fù)責(zé)最終的軟件制作。由于多數(shù)計(jì)算機(jī)專(zhuān)家對(duì)學(xué)校教學(xué)專(zhuān)業(yè)內(nèi)容（知識(shí)點(diǎn)）不熟知，因此必須在教師、專(zhuān)家、技術(shù)能手的不斷講解和指導(dǎo)下才能夠設(shè)計(jì)出完美的仿真系統(tǒng)。

團(tuán)隊(duì)有分工，同時(shí)有協(xié)作。教師、技術(shù)能手、計(jì)算機(jī)專(zhuān)家三方缺一不可，任何一方都應(yīng)主動(dòng)積極溝通、相互學(xué)習(xí)、互補(bǔ)工作，才能實(shí)現(xiàn)團(tuán)隊(duì)目標(biāo)。

3）虛擬仿真（VR）系統(tǒng)腳本編寫(xiě)

腳本編制是VR系統(tǒng)制作的重點(diǎn)，虛擬仿真（VR）系統(tǒng)腳本如同拍攝電影劇本一樣重要，腳本需要將每一個(gè)場(chǎng)景、內(nèi)容、人物編寫(xiě)細(xì)致、清晰明了，并且與計(jì)算機(jī)專(zhuān)家進(jìn)行有效溝通，使計(jì)算機(jī)專(zhuān)家對(duì)腳本充分理解，才能設(shè)計(jì)出優(yōu)秀的虛擬仿真（VR）課件。如果腳本編制不夠詳細(xì)，教師與計(jì)算機(jī)專(zhuān)家溝通不暢，就會(huì)出現(xiàn)由于計(jì)算機(jī)專(zhuān)家對(duì)教學(xué)內(nèi)容不了解，對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)不熟知，制作出來(lái)的VR系統(tǒng)（課件）將與教學(xué)要求相距千里，無(wú)法清晰表達(dá)、展示需要的內(nèi)容。

腳本編制需要有局部細(xì)致性，同時(shí)要有大局觀(guān)。學(xué)校教學(xué)內(nèi)容（課程）是遞進(jìn)式，環(huán)環(huán)相扣，知識(shí)的關(guān)聯(lián)性極強(qiáng)，因此VR系統(tǒng)（課件）腳本編寫(xiě)時(shí)既要關(guān)注模擬單一教學(xué)內(nèi)容，又要注重本專(zhuān)業(yè)整體性，更為重要的是要為VR軟件日后擴(kuò)展開(kāi)發(fā)做好銜接準(zhǔn)備。

例如：環(huán)境、場(chǎng)景的一致性、設(shè)備設(shè)施的統(tǒng)一性、課程間的連接性等。

腳本編制應(yīng)注意有階段性驗(yàn)收（討論）時(shí)間，團(tuán)隊(duì)成員定期對(duì)VR軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行研討（驗(yàn)收），避免出現(xiàn)大的漏洞時(shí)對(duì)VR編程進(jìn)行修改浪費(fèi)時(shí)間。

4）教學(xué)“VR”制作與改善

腳本編寫(xiě)完畢，虛擬仿真（VR）系統(tǒng)制作就進(jìn)入實(shí)質(zhì)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)階段。該階段主要由計(jì)算機(jī)專(zhuān)家承擔(dān)，其主要任務(wù)是建模、建庫(kù)、編程等一系列工作，該工作相當(dāng)繁瑣、費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，并且容易出現(xiàn)返工耗費(fèi)大量的人力、物力、財(cái)力。

制作過(guò)程中常見(jiàn)問(wèn)題有：

腳本需要進(jìn)行修改

腳本理解錯(cuò)誤、制作有偏差

環(huán)境、物體、“事件”與事實(shí)不符

操作過(guò)程（流程）順序錯(cuò)誤

物質(zhì)貼圖、體積大小尺寸失真

情節(jié)設(shè)計(jì)沒(méi)有吸引力

過(guò)于程序化，沒(méi)有隨機(jī)性

3.虛擬仿真（VR）制作探索研究

教學(xué)用虛擬仿真軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)主要有三種形式。

其一：學(xué)校與軟件公司合作進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)

其二：購(gòu)買(mǎi)成型軟件系統(tǒng)

其三：學(xué)校組織教師獨(dú)立設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)

學(xué)校與軟件公司合作設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)虛擬仿真（VR）系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)在于教師通過(guò)參與軟件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)強(qiáng)化了教師的專(zhuān)業(yè)知識(shí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)和掌握了實(shí)際操作（應(yīng)用）過(guò)程，通過(guò)結(jié)識(shí)行業(yè)專(zhuān)家、技術(shù)能手，使學(xué)校教師將理論與實(shí)際相結(jié)合，使教學(xué)內(nèi)容更加貼近實(shí)際，能夠滿(mǎn)足社會(huì)、行業(yè)的需求。

學(xué)校向軟件公司購(gòu)買(mǎi)成型虛擬仿真（VR）系統(tǒng)，優(yōu)點(diǎn)是能夠?qū)崿F(xiàn)快速應(yīng)用，但缺點(diǎn)是教師由于沒(méi)有參與設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)，軟件不能完全符合教師授課的需求，教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)不能很好的展現(xiàn)出來(lái)，教師對(duì)軟件僅僅處于使用的過(guò)程，沒(méi)有得到鍛煉與成長(zhǎng)。

學(xué)校組織教師獨(dú)立設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)軟件系統(tǒng)，優(yōu)點(diǎn)是軟件完全能夠符合教學(xué)要求，但缺點(diǎn)是教師忙于授課，沒(méi)有時(shí)間進(jìn)行軟件編程、設(shè)計(jì)；其次，軟件編程制作不是專(zhuān)業(yè)教師的強(qiáng)項(xiàng)；其三，學(xué)校投入費(fèi)用較大、時(shí)間長(zhǎng)、經(jīng)費(fèi)籌集困難。

通過(guò)以上的分析建議學(xué)校與軟件公司進(jìn)行合作，同心協(xié)力開(kāi)發(fā)教學(xué)虛擬仿真軟件。合作開(kāi)發(fā)軟件使學(xué)校教師得到鍛煉，軟件更能符合教學(xué)要求，軟件公司也有的放矢，并且學(xué)校對(duì)軟件系統(tǒng)的應(yīng)用，成為軟件公司的免費(fèi)實(shí)體廣告，學(xué)校、軟件公司雙方受益。

虛擬仿真（VR）系統(tǒng)主要是通過(guò)其模擬功能將不可再現(xiàn)的事件過(guò)程、微觀(guān)世界展現(xiàn)在體驗(yàn)者面前，通過(guò)其“交互性”操作功能，使體驗(yàn)者能夠隨機(jī)進(jìn)行探索與實(shí)踐，通過(guò)其具有的“沉浸感”激發(fā)體驗(yàn)者對(duì)該“事件”（課程、專(zhuān)業(yè)）的興趣，從而實(shí)現(xiàn)輔助教學(xué)。

虛擬仿真（VR）系統(tǒng)能夠幫助教師輕松、細(xì)致講解課程，作為教學(xué)輔助工具，不僅可以減輕教師工作量，更為突出的是能夠促使教師思考教學(xué)如何創(chuàng)新、改善，更好地實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。endprint