虛擬現(xiàn)實在中學教學中的應用-模板

虛擬現(xiàn)實在中學教學中的應用

【摘要】虛擬現(xiàn)實是運用計算機技術，在用戶眼前生成一個虛擬的環(huán)境，使人感到象真實存在的一種技術。本文結合虛擬現(xiàn)實的特征，提出了虛擬現(xiàn)實在中學課堂教學中，實驗教學等中運用，在教學中具有開創(chuàng)性的意義。

【關鍵詞】虛擬現(xiàn)實，教學，應用。

虛擬現(xiàn)實（VirtualReality）是把客觀上存在的或并不存在的東西，通過運用計算機技術，在用戶眼前生成一個虛擬的環(huán)境，使人感到象真實存在的一種技術。虛擬現(xiàn)實技術是在綜合計算機圖形學、計算機動模擬與仿真、傳感技術、顯示技術等許多計算機學科的基礎上發(fā)展起來的一種計算機應用新領域。

一、虛擬現(xiàn)實及其發(fā)展歷史

有人認為，80年代是個人計算機時代，90年代是多媒體時代，21世紀初則是虛擬現(xiàn)實技術時代。而虛擬現(xiàn)實技術的誕生可以追溯到上個世紀的六十年代。

1965年，IvanSutherland在篇名為《TheUltimateDisplay》（終極的顯示）的論文中首次提出了包括具有交互圖形顯示、力反饋設備以及聲音提示的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的基本思想，從此，人們正式開始了對虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的研究探索歷程。

1966年，美國MIT的林肯實驗室正式開始了頭盔式顯示器HMD的研制工作。在這第一個HMD的樣機完成不久，研制者又把能模擬力量和觸覺的力反饋裝置加入到這個系統(tǒng)中。1970年，出現(xiàn)了第一個功能較齊全的HMD系統(tǒng)。

1984年，WilliaGibson寫了一本名為Neuro－mancer的書，書中幻想計算機用戶可以把自己的腦神經(jīng)絡接入計算機，這樣用戶便可以神游于由計算機模擬成的虛擬世界中。他把這個世界稱為“控制空間”（CyberSPace）。在這以后，人們又提出了“虛擬現(xiàn)實”?！叭斯がF(xiàn)實”、”遠程現(xiàn)場控制”等設想，統(tǒng)稱為虛擬現(xiàn)實技術。

基于從60年代以來所取得的一系列成就，美國的VPL公司的創(chuàng)建者JaronLamer在80年代初最后確定以虛擬現(xiàn)實（VirtualReality）一詞作為這一領域的專用術語。

80年代，美國宇航局（NASA）及美國國防部組織了一系列有關虛擬現(xiàn)實技術的研究，并取得了令人矚目的研究成果。1984年，NASAAmes研究中心虛擬行星探測實驗室的和博士組織開發(fā)了用于火星探測的虛擬環(huán)境視覺顯示器，將火星探測器發(fā)回的數(shù)據(jù)輸入計算機，為地面研究人員構造了火星表面的三維虛擬環(huán)境。

1990年在美國Dallas召開的Siggraph的會議上，對VR技術進行了討論，明確提出了VR技術的主要內(nèi)容是：實時三維圖形生成技木、多傳感器交互技術，以及高分辨率顯示技術，為VR技術的發(fā)展確定了研究方向。

近年來，迅速發(fā)展的計算機硬件技術與不斷改進的計算機軟件系統(tǒng)相匹配，使得基于大型數(shù)據(jù)集合的聲音和圖象的實時動畫制作成為可能；人機交互系統(tǒng)的設計不斷創(chuàng)新，新穎、實用的輸入輸出設備不斷地進入市場。而這些都為虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的發(fā)展打下了良好的基礎。同時，VR技術也逐漸從飛行仿真、戰(zhàn)爭應用到教育、科研、娛樂、建筑、醫(yī)療、工業(yè)等各個方面。

二、虛擬現(xiàn)實的種類及特征

1．虛擬現(xiàn)實的種類：

實際應用的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)大體可分為四類：1）桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，也稱窗口中的VR，它成本低，主要用于CAD／CAM、建筑設計、教育教學等領域；本文中所提及的虛擬現(xiàn)實主要指這種類型。2）沉浸虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，使用頭盔顯示器把用戶的視覺、聽覺及其他感覺封閉起來，產(chǎn)生一種身臨其境的錯覺；3）分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，它建立在沉浸虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)和分布式交互仿真（distributedinteractionsimulation）的基礎上；4）增強現(xiàn)實。

2．虛擬現(xiàn)實技術的特怔

虛擬現(xiàn)實的特征可以表示為3I特征（Immersion、Interaction、Imagination）

（l）投入（Immersion）：這是VR系統(tǒng)的核心，指使用戶投入到由計算機生成的虛擬場景中的能力。用戶在虛擬場景中有“身臨其境”之感。

（2）交互性（Interaction）：指用戶與虛擬場景中各種對象相互作用的能力，它是人機和諧的關鍵性因素。

（3）構想（Imagination）：虛擬現(xiàn)實不僅僅是一個用戶與終端的接口，而且可使用戶沉浸于此環(huán)境中獲取新的知識，提高感性和理性認識，從而產(chǎn)生新的構思。

三、虛擬現(xiàn)實在教學中的應用

虛擬現(xiàn)實應用于中學教學主要表現(xiàn)在以下兩個方面：課堂教學中，實驗教學。

1．課堂教學

課堂教學是教學的主要方式，也是虛擬現(xiàn)實運用于教學的主要戰(zhàn)場。根據(jù)不同的學科，虛擬現(xiàn)實發(fā)揮著不同的作用，主要有以下方面的應用：立體物體的或英語在教學過程中經(jīng)常采用情境教學法。在以往，學習情境的創(chuàng)設只能通過教師的言語，圖片的展示，或者一些錄像。學生大多只能被動地接受，對于一些情境，老師描繪的和學生理解的可能相去甚遠。如在介紹《回聲》一課時，雖然教師對“四聲谷”、回音壁、三音石和圓丘等介紹了許多，或者也提供了圖片或錄象，但學生的理解還是有一定的困難。如果采用虛擬現(xiàn)實，讓學生進入虛擬故宮（:s:///apac/gb/virtualcity），讓學生自己動手，去游覽一番回音壁、三音石，然后再對照課文，我想效果一定會很好的。如果有條件，采用沉浸的虛擬現(xiàn)實，讓學生戴上頭盔，面對虛擬的“四聲谷”、回音壁、三音石和圓丘，進行聲音反射試驗，從而加深對這種奇妙的聲學現(xiàn)象的理解。

在英語語言學習的環(huán)境創(chuàng)設上，科學技術先后為語言教學提供了音像視聽、計算機輔助教學、多媒體、絡遠程教學等多種方法、手段和設備。隨著科學技術的飛速發(fā)展，可以預言，在本世紀具有夢幻般魅力的虛擬現(xiàn)實技術將成為英語語言教學的重要手段。通過虛擬現(xiàn)實，學生可以和國外友人親切交談，也可以感受美國總統(tǒng)競選時演講的現(xiàn)場氣氛。在由學生進行角色扮演時，虛擬現(xiàn)實也可以起到創(chuàng)設特定情境的作用。以往學生的角色扮演只能在教室里進行，所進行的表演帶有很強的為表演而表演的成分，采用虛擬現(xiàn)實，可以使學生完全沉浸到教學所需要的環(huán)境中去，這對提高學生的外語綜合能力無疑是一個很大的突破。如在指導學生進行shopping扮演時，可以利用虛擬現(xiàn)實創(chuàng)設特定的情境，如零售店或大型商場，這些場景都是課堂上所無法給予的。

2．科學實驗

一般學?，F(xiàn)有的條件下，有許多實驗是根本不可能做的，如核反應實驗，還有些實驗是不能讓學生做的，如涉及到放射性物質(zhì)或有毒物質(zhì)的部分。利用VR技術，可以有效地解決實驗條件與實驗效果之間的矛盾。在教學中，許多昂貴的實驗、培訓器材，由于受價格的限制而無法普及。如果利用VR技術，在多媒體計算機上建立虛擬實驗室，學習者便可以走進這個虛擬實驗室，身臨其境般的操作虛擬儀器，操作結果可以通過儀表顯示身體的感受反饋給學生，來判斷操作是否正確。這種實驗既不消耗器材，也不受場地等外界條件限制，可重復操作，直至得出滿意結果。VR實驗室的一大優(yōu)點還在于其絕對的安全性，不會因操作失誤而造成人身事故。

四、虛擬現(xiàn)實在教學中應用的展望

隨著計算機技術的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實正掀開其神秘的面紗，逐漸走進教學。但在目前，完全沉浸虛擬現(xiàn)實