浅析虚拟现实技术在信息技术教学中的应用
永丰中学 杨偏
【摘要】随着信息技术的迅猛发展，新的教学媒体不断涌现，继多媒体教学之后，教育技术领域又出现了一个新型教学媒体，它就是虚拟现实技术，由于虚拟现实技术能构造模拟真实的学习场景，使学生具有身临其境的感受，乐于参与到学习中来，增加学习的兴趣。信息时代的到来使虚拟现实技术不断的得到完善,在很多方面得到广泛的应用。它作为一种新的教学媒体，无疑将对信息技术教学产生深远的影响，会带给我们崭新的教育思维，同时还将给我们的信息技术教学带来一系列的重大变革。
【关键词】虚拟现实；虚拟现实技术；信息技术
一、引言
虚拟现实技术是随着计算机技术的发展与成熟在二十一世纪初开始逐步普及的一种新的技术，以往受到计算机硬件和软件条件限制而无法实现的基于三维建模的虚拟现实技术如今在普通的PC机上实现起来已经非常方便。目前的虚拟现实技术不但在娱乐、新闻、广告等领域应用广泛，而且利用虚拟现实技术开发设计交互性的学习环境也逐渐成为教育领域的一个热点。基于虚拟现实技术的教学手段最大的优点就在于其能为学习者提供一个非常接近真实的环境，并因此能极大地提高学习者的注意力，增强学习者的学习兴趣，优化学习者的体验效果。
二、虚拟现实技术的定义
虚拟现实(VR—Virtual Reality)，又可以翻译成虚拟实在、灵境、临境等，是20世纪80年代末走出实验室，开始进入实用化阶段，也是近年来迅速发展的一门技术。研究内容涉及到人工智能、计算机科学、电子学、传感器、计算机图形学、智能控制等。虚拟现实技术是利用三维图形生成技术、多传感交互技术以及高分辨显示技术,生成三维逼真的视、听、触觉一体化的虚拟环境,使用者戴上头盔式屏幕、数据手套、立体眼镜等设备,或通过键盘、鼠标等输入设备便可以进入到虚拟空间当中,从而可以进行人机实时交互,感知和操作虚拟世界中的各种对象,获得身临其境的感受,随着人们不同的动作，这些感觉也随之改变。事实上，虚拟现实技术不仅仅是那些戴着头盔和手套的技术，而且还应包括一切与之相关的具有自然模拟、逼真体验的技术和方法。它的最重要目标就是真实的体验和方便自然的人机交互，能够达到或部分达到这样目标的系统统称为虚拟现实技术系统。
利用虚拟现实技术可以使参与者处于一个身临其境的、有完善的交互作用的、能帮助和启发构思的信息环境。人不只是靠听读材料获取信息，而是通过他与所处环境的交互作用，利用本身对所触环境事物的感知和认知能力，以全方位的方式获取各种形式的信息系统。
三、信息技术的定义
信息技术（Information Technology，缩写IT），是主要用于管理和处理信息所采用的各种技术的总称。它主要是应用计算机科学和通信技术来设计、开发、安装和实施信息系统及应用软件。它也常被称为信息和通信技术（Information and Communications Technology, ICT）。主要包括传感技术、计算机技术和通信技术。
基本含义：
人们对信息技术的定义，因其使用的目的、范围、层次不同而有不同的表述：
(1)凡是能扩展人的信息功能的技术，都可以称作信息技术。
(2)信息技术“包含通信、计算机与计算机语言、计算机游戏、电子技术、光纤技术等”。
(3)信息技术是指在计算机和通信技术支持下用以获取、加工、存储、变换、显示和传输文字、数值、图像以及声音信息，包括提供设备和提供信息服务两大方面的方法与设备的总称。
(4)信息技术包括信息传递过程中的各个方面，即信息的产生、收集、交换、存储、传输、显示、识别、提取、控制、加工和利用等技术。
四、信息技术教学的特点
信息技术教学与其他课程的教学既有共性亦有不同，随着课程发展和教育改革的推进，信息技术教学在延续自身传统的同时，又呈现出许多新的特点，也对信息技术教师的教学实施提出了新的要求。教学目标：在多元化和全面性中培养学生的信息素养，信息素养是一个丰富而全面的能力体系，有观点认为，包括信息技术知识、技术、人际互动、问题解决、评价调控、情感态度与价值观等六大方面。教学对象：由被动接受向主动建构转向。由被动向主动转向，就是要尊重学生的主体性，把作为施教客体的学生转变为学习的主体。师生关系：构建民主平等的和谐关系。教学方法：以教学需要为中心。教学方法要有针对性：要针对学生的准备状态、教学内容的特点、具体的教学目标、教学方法的适用范围、已有的软硬件条件和教师自身的素养条件等，综合权衡，选择和使用合适的教学方法教学过程：贴近生活、探究学习和因材施教
五、虚拟现实技术在信息技术教学中的应用
（1）利用虚拟技术辅助课堂教学，由于信息技术课程的实践性和逻辑性都很强,很多知识单纯地在书本上描述难免会给学生的理解带来困难。利用虚拟现实技术设计和开发的交互式三维课件可以用来解释一些复杂的、抽象的概念,是一种非常有效的工具。用虚拟现实技术可以建立出虚拟学习环境,为学生提供生动、逼真的学习环境,在广泛的科目领域提供无限的虚拟体验,从而促进和巩固学生学习知识的过程。亲身去经历、亲身去感受比空洞抽象的说赦更具说服力,主动地去交互学习与被动的灌输,有本质的差别。利用虚拟现实技术可以制作出三维的、交互的、具有沉浸感的内容,让学生从各角度来观察和学习,更好地理解学习内容。通过制作VRML课件,可以对学习过程中所提出的各种假设模型进行虚拟,通过虚拟系统便可直观地观察到这一假设所产生的结果或效果。例如在计算机组成原理教学中,部分内容具有抽象性、关联性和层次性等特点,造成学生理解困难。比如信息的存储、指令的执行等知识非常抽象,可以利用VR课件制作出动态的画面,直观地呈现出程序的流程、指令的执行过程等内容,将枯燥难懂的学习内容变得生动、一目了然,便于学生理解。在介绍计算机组件知识的时候,利用VRML造型设计和动画创建出一个可视化的三维环境,模拟出组装计算机所需的主要硬件设备，学生可以从各个角度观察计算机的内部结构,增强感性认识。
通过虚拟现实技术制作课件来辅助课堂教学,为学生提供生动通真的学习媒体素材和环境,使抽象的学习内容直观化、形象化,帮助学生解决学习中的重点和难点问题,提高学习的积极性。
（2）利用虚拟现实技术建立虑拟实验室,虚拟实验室拥有传统实验室难以比拟的优势。首先可以有效地节省成本,通常我们由于设备、场地、经费等硬件的限制,许多实验都无法进行。而有了虚拟实验室,学生便可以做各种实验,获得与真实实验一样的体会。在保证教学效果的前提下,极大地节省了成本。
其次，利用虚拟现实技术建立起来的虚拟实验室,其中的“设备”与“部件”多是虚拟的，可以根据教学需要随时生成新的设备。教学内容可以不断更新,使实践训练及时跟上技术的发展。同时,虚拟现实的沉浸性和交互性,使学生能够在虚拟的学习环境中扮演角色,全身心地投入到学习环境中去,有利于学生的技能训练。 在常用的信息技术课程实训中,利用虚拟现实技术可以虚拟出各种实验设备、实训环境和操作过程,使大多数课程的实训都可以在虚拟实验室中进行，而不必购置昂贵的实验实训设备。可以解决在教学中因为实验设备、实验场地、教学经费等各方面的原因而无法进行的教学实验。虚拟实验还可以避免实验实训设备的损坏、训练材料的消耗等问题,有效节约教育成本。例如《计算机网络》教学中实验大都涉及交换机或路由器之间的物理线路连接,学生在接线过程中经常会出现线路故障,并且频繁断电重启或热插拔端口,容易造成设备损坏,由于学生排除故障的能力较差,物理设备的某些故障使得其纠缠于设备的细节,不能按要求完成实验内容。通过虚拟技术构建的网络虚拟实验环境既可以模拟路由器、交换机等网络设备的配置、分析,又不会造成教学资源的浪费,同时也不需要考虑物理线路的连接故障,是实验教学的有效手段。虚拟实验教学有很大的经济性和方便性。使用虚拟的实验室进行实验,可以在自己现有的实验条件下,花费较少的资金就能给大量学生提供实训环境。并且学生在虚拟实验环境中可以反复操作,强化巩固基本操作技能,提高学习主动性。
（3）虚拟技术的应用能够实现学生学习方式、教师教学方式以及师生互动方式的改变，在传统的教育体制下,学生的学习是被动的，老师是知识的传授者和灌输者,学生被动地接受知识，按照老师的路走，问题的答案是唯一的，一切以老师的答案为标准。学生根据老师所讲的和课本上文字的提示，被动地进行再现想象。学生的主观能动性受到了抑制,在学习中表现出消极和厌学的情绪。虚拟技术在信息技术教学中的应用，使教师由传统的知识传递者变为学生学习的指导者、参与者和合作者,甚至成为学生学习的伙伴。它要求教师把主要精力放在如何教学生“学”上,指导学生懂得从哪里获取自己需要的知识、掌握获得知识的工具和根据认知的需要处理信息的方法,使学生“学会学习”。由传统学习中以教师为中心的方式向以学生为中心转变，使学生具有更大的选择和自由,促使学生进一步提高学习过程的主动性,使学习向自主化、个性化发展。师生之间、生生之间互动方式发生了变化,更随意、更方便、更直接、更灵活、更有针对性。由此可见，在信息技术教学中引进虚拟现实技术，不仅对传统的教学模式是一个巨大的冲击，传统的学习方式也将受到巨大的影响,出现根本性的变化。综上所述，虚拟技术在信息技术教学中的应用实现了三个转变一个提高:教学内容呈现方式的变革；学生学习方式的转变；教师教学方式和师生互动方式的变革；学生的创新思维能力得到了提高。在信息技术教学应用上有很大的优势和发展空间。作为当代的青年教师,我们有信心未来能够很好地利用好虚拟技术，为新课程的实施贡献自己的力量。
六、结束语
目前,尽管虚拟现实系统的硬件设备还比较昂贵,虚拟现实技术尚未能普及,在我国虚拟现实技术应用于网络教学领域的研究还处于起步阶段，具体开展的研究还不是很深入，但是随着现在科学技术的不断发展，虚拟现实技术在网络教学中的应用将更加的深入，以灵境的感官使学生比较真实的体会各种情景，在与传统的单讲授型教学更为具体和容易理解，能掌握各种情景内容。相信通过对虚拟技术和网络教学的不断研究，虚拟现实技术在网络教学领域中的应用将能够更上一个层次。
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