計算機教學(xué)中計算機虛擬技術(shù)的應(yīng)用

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隨著計算機技術(shù)的不斷完善，人們對計算機的依賴性也越來越強，社會對計算機人才的需求也越來越迫切。提高計算機教學(xué)質(zhì)量，為社會輸送更多計算機領(lǐng)域的人才是計算機教學(xué)的目標(biāo)。計算機虛擬技術(shù)的引入，使計算機教學(xué)滿足了多元化教學(xué)的要求，同時還降低了教學(xué)成本，是提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率的有效途徑之一。

1計算機虛擬技術(shù)概述

虛擬現(xiàn)實技術(shù)又稱靈境技術(shù)，是英文Virtual Reality一詞的中文含義，它是計算機圖形學(xué)、人機接口技術(shù)、傳感技術(shù)、多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、仿真技術(shù)等多種技術(shù)的集合，是具有挑戰(zhàn)性的交叉技術(shù)，它是仿真技術(shù)的重要發(fā)展方向。虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要包含：模擬環(huán)境（由計算機生成的、動態(tài)的、實時的、逼真的三維立體圖像）；感知（包括視覺、觸覺、聽覺、味覺等）；自然技能（人頭部的轉(zhuǎn)動、手勢以及其他人體動作）；傳感設(shè)備（三維交互設(shè)備）。具體來說，虛擬現(xiàn)實就是用戶與計算機之間的一種比較理想化的人機界面形式，它以計算機技術(shù)為核心，運用多種技術(shù)手段，生成一種逼真的虛擬環(huán)境。用戶只需借助專業(yè)的傳感設(shè)備便可以進入虛擬環(huán)境，并與虛擬環(huán)境里的對象進行交互，從而產(chǎn)生一種與真實環(huán)境相同的感受和體驗。虛擬技術(shù)具有如下特征：

1）交互性，是指虛擬現(xiàn)實環(huán)境中被操作對象的可操作程度以及用戶從虛擬現(xiàn)實環(huán)境中得到反饋信息的自然程度。用戶通過借助各種專業(yè)設(shè)備，比如數(shù)據(jù)手套、頭盔顯示器等與虛擬環(huán)境中的操作對象進行交互。計算機根據(jù)用戶的手、頭、眼睛、語言以及肢體運動，對系統(tǒng)的圖像和聲音進行調(diào)整，使用戶得到一種真實的體驗感受。

2）沉浸性，計算機虛擬現(xiàn)實技術(shù)對現(xiàn)實中的事物進行逼真的模仿，使用戶產(chǎn)生如同面對真實事物的感覺，如同置身于真實場景中，并由觀察者的角度轉(zhuǎn)變成了直接參與者，仿佛自己也是虛擬環(huán)境中的一個組成部分，沉浸于虛擬世界中。

3）多感知性，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)具有聽、觸、動、視覺的反應(yīng)和傳感裝置，用戶在虛擬環(huán)境中能夠獲得聽覺、觸覺、視覺等多種感知，進而有一種身臨其境的感覺。

2計算機課程教學(xué)情況

通過分析，計算機課程教學(xué)主要有以下幾個特點：

1）信息技術(shù)的飛速發(fā)展，促使計算機課程內(nèi)容需要不斷進行更新。

2）計算機課程是操作性及實踐性要求非常強的課程，需要理論與實踐緊密結(jié)合。

3）隨著社會的進步，信息技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)滲透到了各個領(lǐng)域，各行各業(yè)有效利用信息技術(shù)是必然要求。因此，計算機課程教學(xué)需要與時俱進，還要科學(xué)合理地選擇教學(xué)模式。由于部分學(xué)生對計算機的認識不夠，而又沒有較系統(tǒng)地學(xué)習(xí)計算機課程；所以他們認為計算機課程學(xué)習(xí)難度較大，而且由于區(qū)域教育水平的差異性，學(xué)生知識水平不太均衡，使得教師在教學(xué)時不太容易確定課程的教學(xué)方式。與此同時，計算機課程較為抽象，理論知識的學(xué)習(xí)須在實踐操作中得以體現(xiàn)，才能讓學(xué)生直觀地學(xué)習(xí)課程內(nèi)容，但目前部分學(xué)校理實結(jié)合的學(xué)習(xí)還存在一定難度，這讓部分學(xué)生要么難以理解理論知識，要么掌握了理論但不懂得如何實踐操作。教師在教學(xué)時，通常利用軟件模擬操作或者使用電腦直接演示，將內(nèi)容直觀地呈現(xiàn)給學(xué)生，更利于他們掌握學(xué)習(xí)的內(nèi)容。但是，由于部分學(xué)校課程安排等原因，這些內(nèi)容的學(xué)習(xí)間隔時間可能較長，連貫性不夠且又沒有進行實操，導(dǎo)致部分學(xué)生在理解時往往出現(xiàn)偏差。

3計算機虛擬現(xiàn)實技術(shù)在計算機教學(xué)中的優(yōu)勢

計算機虛擬技術(shù)在計算機教學(xué)過程中具有以下幾方面的優(yōu)勢：

1）逼真，通過利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的軟硬件系統(tǒng)，為學(xué)生搭建一個逼真的虛擬環(huán)境，對學(xué)生聽覺、觸覺、視覺等多種感官形成一種刺激，激發(fā)學(xué)生的大腦，使其在非常興奮的狀態(tài)下接受信息，這樣有利于提高學(xué)生的注意力，增強記憶。

2）交互，學(xué)生利用虛擬手套、虛擬頭盔等傳感設(shè)備的瞬時反饋，完成與虛擬環(huán)境中的老師之間的交互，老師也可以通過及時處理和加工學(xué)生的反饋信息，構(gòu)建一個更加適合學(xué)生、更能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的虛擬環(huán)境。

3）合作，在虛擬環(huán)境中學(xué)生可以互相合作、相互探討、共同交流，老師也可以對學(xué)生學(xué)習(xí)情況進行觀察和了解，對學(xué)生學(xué)習(xí)過程中存在的不足進行糾正和指導(dǎo)，還可以直接參與到學(xué)生的合作、交流中，進一步激發(fā)學(xué)生潛能。

4在計算機教學(xué)中計算機虛擬技術(shù)的具體應(yīng)用

4.1虛擬現(xiàn)實技術(shù)在計算機理論教學(xué)中的應(yīng)用

計算機是一門實踐性較強的課程，單憑老師的講述很難讓學(xué)生對知識有一個深刻的認識，而虛擬現(xiàn)實技術(shù)的引入則可以讓抽象的知識變得更加形象、具體。比如，在對計算機結(jié)構(gòu)和組裝過程進行講解時，教材中的文字和圖片很難讓學(xué)生對組件結(jié)構(gòu)和組裝過程有形象、直觀的了解。大部分老師都會帶學(xué)生到實驗室結(jié)合具體的計算機實物進行操作與指導(dǎo)。雖然這種方法可以讓學(xué)生切身感受到計算機的組裝過程，但在實際操作中還是存在一定的弊端。比如，老師沒有充足的時間對每位學(xué)生都進行現(xiàn)場指導(dǎo)，而學(xué)生們也希望能夠按照自己的想法去進行實踐。為了更好地解決這些問題，可以嘗試利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)來學(xué)習(xí)這些教材內(nèi)容。VR技術(shù)可以將圖片、聲音、動畫、文字等媒體表現(xiàn)形式進行有機地結(jié)合，通過巧妙地設(shè)計制作出具有沉浸感和交互性，并且生動活潑的教學(xué)課件，以滿足學(xué)生可以從多種角度進行學(xué)習(xí)和實踐的教學(xué)要求。同時，還可以給學(xué)生營造一種仿佛置身其中的感覺，使他們能夠更好地理解課本內(nèi)容。在“操作系統(tǒng)”這門課中，進程管理和處理機調(diào)度是比較難理解的地方，尤其是生產(chǎn)者和消費者以及死鎖問題。老師可以結(jié)合3Ds Max制作VR課件，將生產(chǎn)者和消費者以及死鎖問題的原理利用課件形象生動地展示給學(xué)生，使學(xué)生對其原理有一個深刻的理解。在進行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的講解過程中，常見的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的算法思想較抽象，在演示時不容易讓學(xué)生掌握，這也是計算機課程教學(xué)里較為困難的一點。這個時候，也可以通過使用VR技術(shù)來進行處理，把抽象的算法過程直接地呈現(xiàn)給學(xué)生，便于學(xué)生的理解與掌握。在講解信息編碼、二進制以及十進制這些基本概念時，也可利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)制作一些游戲案例，這樣既可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，又可以通過游戲中設(shè)置的問題來提高學(xué)生主動思考問題、解決問題的能力。

4.2虛擬現(xiàn)實技術(shù)在計算機實驗教學(xué)中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以生成計算機實驗教學(xué)中所需的實驗系統(tǒng)，包括實驗對象、實驗儀器設(shè)備、實驗室環(huán)境，還有自評、測試、導(dǎo)航等實驗信息資源。既可以利用虛擬技術(shù)虛擬出一個構(gòu)想的實驗室，也可以重現(xiàn)某一現(xiàn)實的實驗室。比如，在計算機操作系統(tǒng)安裝以及調(diào)試實驗中，可以使用VMware軟件創(chuàng)建出一臺和真實計算機相同的虛擬機，這種虛擬機具有獨立的硬盤、操作系統(tǒng)和內(nèi)存空間，并且獨立運行，所以即便某臺虛擬機出現(xiàn)了故障，也不會對物理機和其他虛擬機產(chǎn)生影響。而且它的投入成本較低，安全性較高。每臺虛擬機都可以根據(jù)用戶的需要安裝不同的操作系統(tǒng)，比如Linux、Windows，可以滿足多種學(xué)習(xí)要求，真正實現(xiàn)了一機多用。當(dāng)然，如此所構(gòu)建的虛擬網(wǎng)絡(luò)實驗室并非十全十美，也是缺在一定缺陷的，如：虛擬機的啟動速度相對較慢且各虛擬機之間的交互性也需改善。但是虛擬網(wǎng)絡(luò)實驗室的優(yōu)勢也是非常明顯的，相較于傳統(tǒng)的物理網(wǎng)絡(luò)實驗室，每臺虛擬機具有很好的獨立性和隔離性。同時在對虛擬機進行使用的過程中，學(xué)生都具有管理員身份，因此學(xué)生具有實際的上機體驗。另外，虛擬機在配置設(shè)定之后不會受到其他虛擬機的影響，所以在資源分配方面更加合理。而且虛擬機的適應(yīng)性較強，當(dāng)計算機實驗教學(xué)要求發(fā)生變化時，只需改變虛擬機的配置即可，不需要再另購計算機設(shè)備，進而節(jié)省了教學(xué)成本。除了虛擬機，還可以利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)模擬其他的實驗環(huán)境。比如，在電子商務(wù)課程的實驗中，可以對商務(wù)環(huán)境進行虛擬，讓學(xué)生切身感受到現(xiàn)場交易的氣氛，并且參與到交易過程中。在數(shù)字電路課程的實驗中，可以利用虛擬的電路器件來進行電路設(shè)計，免去了購買器件的費用。在建設(shè)廣域網(wǎng)和城域網(wǎng)的教學(xué)實驗中，可以利用VR技術(shù)模擬出一個真實的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，學(xué)生可以親身體驗，如同現(xiàn)場操作一樣。通過虛擬實驗室來進行計算機實驗操作，既可以節(jié)省實驗時間，又能夠達到真實、直觀的實驗教學(xué)效果，尤其是對于那些具有一定隱蔽性結(jié)構(gòu)原理的講解以及無法重組的儀器設(shè)備的仿真訓(xùn)練，計算機虛擬現(xiàn)實技術(shù)有效避免了真實實驗操作所可能發(fā)生的危險，減少了設(shè)備投入方面的開銷。

5結(jié)束語

計算機虛擬現(xiàn)實技術(shù)在計算機教學(xué)中的應(yīng)用越來越廣泛，尤其是在實驗教學(xué)中，它不僅可以降低教學(xué)成本、節(jié)省教學(xué)時間，而且還可以為學(xué)生提供好的實踐操作機會，創(chuàng)造了良好的教學(xué)環(huán)境，提高了教學(xué)質(zhì)量。因此，應(yīng)當(dāng)推廣計算機虛擬技術(shù)在計算機教學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用，使計算機教學(xué)水平再上一個新臺階。