虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用獲獎(jiǎng)科研報(bào)告論文

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用獲獎(jiǎng)科研報(bào)告論文【摘要】虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是21世紀(jì)的前沿技術(shù)，通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)實(shí)社會(huì)無法實(shí)現(xiàn)或者很難實(shí)現(xiàn)的操作。本文通過一個(gè)實(shí)踐教學(xué)案例討論了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中可以發(fā)揮的重要作用，展現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用前景。

【關(guān)鍵詞】虛擬現(xiàn)實(shí)職業(yè)教育實(shí)踐教學(xué)

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虛擬現(xiàn)實(shí)（VirtualReality）是通過以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的現(xiàn)代高科技生成的視、聽、觸覺一體化的虛擬環(huán)境，用戶借助必要的設(shè)備以自然的方式與虛擬環(huán)境中的對象進(jìn)行交互、相互影響，從而產(chǎn)生等同真實(shí)環(huán)境的感受和體驗(yàn)。通俗地說，“虛擬”是指用計(jì)算機(jī)生成的意思，“現(xiàn)實(shí)”是泛指在物理意義上或功能意義上存在的任何事物或環(huán)境，可以是實(shí)際上的，也可以是實(shí)際上難以實(shí)現(xiàn)的或根本無法實(shí)現(xiàn)的。

一、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其在教學(xué)中的作用

虛擬現(xiàn)實(shí)是用計(jì)算機(jī)技術(shù)模仿已知的事物變化規(guī)律構(gòu)造出來的一種人工環(huán)境，可以使人置身于這種虛擬環(huán)境中產(chǎn)生等同真實(shí)環(huán)境的感受和體驗(yàn)，并可與之相互作用，驗(yàn)證實(shí)際效果和進(jìn)一步探索事物的發(fā)展變化規(guī)律。軟件是指運(yùn)用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)根據(jù)真實(shí)變化規(guī)律開發(fā)出來的虛擬現(xiàn)實(shí)軟件；硬件包括以高性能計(jì)算機(jī)為核心的虛擬環(huán)境處理器。

1.視景仿真方面

據(jù)統(tǒng)計(jì)，人對外部世界的認(rèn)知約75%來源于視覺。兩只眼睛所看到的這種物體的深度和觀察視差經(jīng)視覺中樞綜合后便產(chǎn)生了真實(shí)的立體三維觀察效果，從而達(dá)到身臨其境的效果。

理想的模擬環(huán)境能讓用戶全身心地投入到計(jì)算機(jī)創(chuàng)建的三維虛擬環(huán)境中。該環(huán)境中的一切看上去都是真的，如同在現(xiàn)實(shí)世界中的感覺一樣難以分辨真假。

2.交互仿真方面

虛擬現(xiàn)實(shí)與一般立體電影的不同之處在于能夠人機(jī)交互。三維虛擬現(xiàn)實(shí)中的虛擬空間是動(dòng)態(tài)的、可操縱的。用戶可以借助一些專門的外部設(shè)備以自然的方式來操縱虛擬世界的物體，這些物體可對這種操縱作出響應(yīng)。

3.實(shí)時(shí)跟蹤計(jì)算方面

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)可根據(jù)用戶的不同要求，根據(jù)已知原理的理論、公式和經(jīng)驗(yàn)建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，開發(fā)相應(yīng)的實(shí)時(shí)計(jì)算軟件，即時(shí)報(bào)告相應(yīng)數(shù)據(jù)。在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中人們可以實(shí)時(shí)地從定性和定量兩個(gè)方面得到綜合集成的感性認(rèn)識(shí)和理性認(rèn)識(shí)，從而激發(fā)創(chuàng)造性思維，拓寬人類的認(rèn)知范圍。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

1.教學(xué)手段先進(jìn)

一般來說專業(yè)實(shí)訓(xùn)設(shè)備體積較大而實(shí)訓(xùn)教學(xué)場地很有限，而用現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，通過大屏幕投影可以將有關(guān)設(shè)備真實(shí)地展現(xiàn)在學(xué)生面前，有利于學(xué)生的正確理解和掌握。

2.辦學(xué)成本降低

專業(yè)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備往往結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，單價(jià)較高。為實(shí)訓(xùn)教學(xué)增加設(shè)備的臺(tái)數(shù)勢必大幅度增加購置經(jīng)費(fèi)和后期的維護(hù)保養(yǎng)成本。利用現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)可以減少設(shè)備臺(tái)數(shù)和占地面積，而且沒有原材料消耗，大大減少辦學(xué)成本。

3.學(xué)習(xí)效果明顯提高

用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)將設(shè)備三維“虛擬”出來，可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并且在教學(xué)過程中互動(dòng)，學(xué)生就像在現(xiàn)實(shí)工程設(shè)備上進(jìn)行操作一樣得到最全面最切身的實(shí)操體驗(yàn)。

三、虛擬現(xiàn)實(shí)軟件PacketTracer在實(shí)踐教學(xué)中的運(yùn)用

PacketTracer是由Cisco（思科）公司發(fā)布的一個(gè)虛擬各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的工具，為學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提供了設(shè)計(jì)、配置網(wǎng)絡(luò)，排除網(wǎng)絡(luò)故障的虛擬環(huán)境。軟件的使用和視窗操作系統(tǒng)（Windows）環(huán)境一致，用戶可以在軟件的圖形界面上通過拖曳的方法搭建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌梢阅M現(xiàn)實(shí)設(shè)備的配置過程，現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備絕大部分的配置命令都可以在這個(gè)虛擬環(huán)境中實(shí)現(xiàn)。

1.搭建實(shí)驗(yàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

打開PacketTracer軟件，選擇一臺(tái)路由器，兩臺(tái)交換機(jī)和若干臺(tái)終端計(jì)算機(jī)。

2.基本參數(shù)的設(shè)置

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浯罱ㄍ戤吅螅崾緦C機(jī)、WebServer及路由器各端口的IP地址等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

3.協(xié)議封裝分析

通過分析協(xié)議數(shù)據(jù)的構(gòu)成，來理解物理地址、IP地址在通信中的作用及數(shù)據(jù)的封裝過程。“事件列表”中選擇“來源設(shè)備”是PC1，而目標(biāo)是WebServer的數(shù)據(jù)包。在拓?fù)渲蠸witch1設(shè)備上出現(xiàn)一個(gè)模擬的數(shù)據(jù)包。

四、虛擬化實(shí)踐教學(xué)的局限

如果從交互的真實(shí)性方面考慮，不管虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)如何身臨其境，學(xué)習(xí)效果與真正的動(dòng)手操作是無法比較的。學(xué)生利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)是一個(gè)好辦法，但是這與真實(shí)的實(shí)踐畢竟不同，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不能完全代替具體真實(shí)的操作。

首先，在虛擬實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生無法體驗(yàn)一些在真實(shí)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題。其次，在虛擬實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生很難得到新的發(fā)現(xiàn)或科學(xué)結(jié)論。此外，由于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，某些在真實(shí)設(shè)備上的操作還無法在虛擬現(xiàn)實(shí)軟件中實(shí)現(xiàn)。因此，虛擬現(xiàn)實(shí)的實(shí)驗(yàn)不是完全意義上的實(shí)驗(yàn)，只能在一定程度上代替某些演示、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，而不能完全代替實(shí)踐教學(xué)，尤其不能代替有創(chuàng)造性