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1、基于VRML的虚拟实验教学系统的研究与实现摘要:本文在介绍虚拟现实技术的相关知识基础上,对基于VRML的虚拟实验教学系统进行了深入研究,详细阐述了一个基于VRML的虚拟实验教学系统的实现。 关键词:虚拟现实技术VRML虚拟实验教学 :G712:A:1007-9416(2010)09-0112-02 随着我国教育和科技的飞速发展,新的教学手段不断涌现,继多媒体技术之后,教学技术领域又出现一种新型教学媒体,它就是虚拟现实技术(VirtualReality,简称为VR)。虚拟现实技术在教育领域的应
2、用日益增多,今天就让我们把计算机变成实验台,软件变成实验设备,X络变成实验室,共同来完成一个虚拟实验教学系统的构建工作。 1虚拟现实技术简介 虚拟现实技术这一名词是由美国VPL公司创建人拉尼尔(JargonLanier)在20世纪80年代初提出的,也称灵境技术或人工环境。所谓VR技术,是以计算机技术为主,综合运用三维图形技术、计算机模拟与仿真、传感技术、显示技术、人工智能等多种信息技术基础的一门崭新的综合性信息技术。它利用计算机、数据手套、头盔显示器等设备来产生一个逼真的三维视觉、触觉等多种感
3、官体验的虚拟世界,用户通过自己的视点直接地、多角度地对环境进行观察、发生“交互”作用,使人和计算机很好地“融为一体”,给人一种“身临其境”的感觉。虚拟现实技术具有沉浸性、交互性、多感知性的特征。虚拟现实技术根据“沉浸”程度的高低,可分为沉浸式、桌面式、分布式和增强现实性虚拟现实系统四种类型。其中桌面式虚拟现实技术能形象生动地表现各个学科的教学内容,有效地营造随技术发展的教学环境,需要投入的成本也不高,在教育领域的应用最广。 2虚拟现实技术在实验教学中的应用 2.1虚拟现实技术应用于教学的理论基
4、础是情境化学习理论 情境学习是指在要学习的知识、技能的应用情境中进行学习的方式。“在哪里用,就在哪里学。”譬如,你要学习讨价还价的技巧,就应该在实际的销售场合学习。情境化学习理论的积极倡导者莱夫(Lave)认为,学习是一个社会性的过程,知识在这个过程中是由大家共同建构的;这样的学习总是处于一个特定的情境中,渗透在特定的社会和自然环境中。在具体的教学实验中,学生可以作为主角存在于虚拟环境中,对虚拟环境内的物体进行操作并从环境中得到自然的反馈,而且当学生沉浸在多维信息空间中时,更能够主动地获取知识,寻求
5、解答,掌握技能。 2.2构建虚拟实验教学系统的意义 虚拟实验教学是指在传统实验的基础上利用虚拟现实技术通过计算机系统进行信息分析和信息控制,组织信息用计算机模拟出实验的过程和结果。在虚拟实验室中,学生能够在计算机建立的三维的模拟实验场景中从不同的视角观察一个实验对象,通过鼠标的选择或者拖曳操作便可以进行虚拟的实验。虚拟实验教学开创了全新的学习场景,使学生全身心地投入到学习环境中去,大大提高了学生的学习兴趣和感知水平,有利于学生操作技能的提高。 2.3虚拟实验教学系统的开发方法 构建虚拟实验教学
6、系统有多种方法,但它们的基本思想应该是一致的,即用软件方法来模拟硬件设备的功能。目前国内外对虚拟实验室的开发大致采用以下几种方法:使用JAVA+VRML进行开发;使用ActiveX控件进行开发;使用QuickTimeVR进行开发;使用FLASH进行开发。 2.4基于VRML虚拟实验教学系统的实现 2.4.1VRML简介 VRML(VirtualRealityModelingLanguage)是一种三维场景的描述性语言,也是互联X上营造虚拟环境的关键性技术。它的基本原理是用文本信息描述三维场景,在
7、InterX上传输,在本地机上由VRML的浏览器解释生成三维场景。一般来说,文本描述是嵌在L解释器。 2.4.2构建过程 (1)虚拟实验的规划。在进行真实实验操作时,必须充分了解实验的操作方法,通过虚拟实验仿真平台,对每个仿真角色的实验内容进行细致深入的分析,规划出学生模拟实验操作步骤,让学生完成一次零距离的实际操作体验。在X络虚拟实验设计过程中,应结合计算机和通讯技术发展的实际水平,对虚拟实验的操作方法进行具体规划,只有这样才能使实验的开发真实可行。下面以计算机组X为例说明如何对虚拟实验进行规划
8、设计。 在本虚拟实验中,要让学生完成一个组建X络的所有工作。学生可以直接进入虚拟实验场景进行实验,也可以先进行必要的学习,对实验有一定的了解之后再进行操作。学生进入虚拟环境后可以查看实验的操作方法,可以点击电子屏播放关于实验原理的相关视频,将电脑、交换机、路由器等仪器根据实验需要动态地添加到场景。仪器添加完成以后,电脑等仪器的各项配置可以通过点击相关的仪器进行设置,如当点击仪器上两个不同的端口后,再点击双绞线图标,可以完成在它们之间建立连接的工作。当场
