李 峰

(東北石油大學(xué)，河北 秦皇島 066004)

“互聯(lián)網(wǎng)+”模式下基于VR技術(shù)的實(shí)踐教學(xué)研究

李 峰

(東北石油大學(xué)，河北 秦皇島 066004)

在“互聯(lián)網(wǎng)+”模式下利用移動(dòng)智能終端實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)中的事物與虛擬物體完美融合，通過(guò)現(xiàn)實(shí)與虛擬相結(jié)合的微機(jī)組裝實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生不受到時(shí)間與空間的限制，隨時(shí)隨地可以通過(guò)智能移動(dòng)終端進(jìn)行實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)來(lái)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、動(dòng)手能力，減少計(jì)算機(jī)貴重硬件的浪費(fèi)，使用VR技術(shù)進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)深受學(xué)習(xí)者喜愛(ài)。

互聯(lián)網(wǎng)+；VR；實(shí)踐教學(xué)

目前，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為近年來(lái)剛剛興起的熱門(mén)技術(shù)之一，已經(jīng)逐漸的走進(jìn)了人們的生活，特別是“互聯(lián)網(wǎng)+”的概念與思想越來(lái)越融入社會(huì)的各行各業(yè)，“互聯(lián)網(wǎng)+教育=智慧教育”這一觀點(diǎn)得到了社會(huì)的普遍認(rèn)同，大學(xué)生在QQ、微信中談?wù)搶W(xué)習(xí)問(wèn)題已經(jīng)不是什么新鮮的內(nèi)容。隨著智能移動(dòng)終端的普及，利用互聯(lián)網(wǎng)高效、方便、快捷的特點(diǎn)學(xué)習(xí)已經(jīng)成為當(dāng)代大學(xué)生的一項(xiàng)基本技能，傳統(tǒng)教育所無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)逐漸在“互聯(lián)網(wǎng)+教育”當(dāng)中體現(xiàn)出來(lái)。教育界正在緩緩醞釀著一場(chǎng)信息化顛覆性的變革。

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

根據(jù)被視為教育信息化建設(shè)與發(fā)展的風(fēng)向標(biāo)《國(guó)際教育信息化地平線報(bào)告》預(yù)測(cè)，近兩三年來(lái)能夠?qū)虒W(xué)和創(chuàng)造性研究產(chǎn)生重要推動(dòng)作用的六項(xiàng)主流應(yīng)用信息技術(shù)中，移動(dòng)應(yīng)用、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、3D打印等占據(jù)主要部分。英國(guó)的開(kāi)放大學(xué)開(kāi)放科學(xué)實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了線上實(shí)驗(yàn)功能，學(xué)生下載實(shí)驗(yàn)所需虛擬的儀器硬件后即可進(jìn)行線上實(shí)驗(yàn)。印度甘露大學(xué)的在線實(shí)驗(yàn)室(OnLineAabs)也已經(jīng)為印度大學(xué)生提供網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)功能。美國(guó)耶魯大學(xué)教師正在通過(guò)Ipad等移動(dòng)智能終端為學(xué)生講授實(shí)驗(yàn)操作課程。英國(guó)開(kāi)發(fā)大學(xué)從2006年開(kāi)始就開(kāi)展了基于互聯(lián)網(wǎng)的三維虛擬世界“第二人生”的教學(xué)活動(dòng)。加拿大維多利亞大學(xué)建設(shè)了3D實(shí)驗(yàn)室和人類(lèi)學(xué)創(chuàng)客實(shí)驗(yàn)室也是配備了各種基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的軟、硬件。

我國(guó)在《國(guó)家中長(zhǎng)期教育和改革發(fā)展剛要2010—2020》中明確指出要大力發(fā)展虛擬實(shí)驗(yàn)室，用虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)彌補(bǔ)真實(shí)實(shí)驗(yàn)、訓(xùn)練中所存在的高污染、高風(fēng)險(xiǎn)、高損耗、長(zhǎng)周期等諸多問(wèn)題。建立一所科研虛擬實(shí)驗(yàn)室是目前國(guó)內(nèi)許多高校努力的目標(biāo)。僅2014年就有大連理工大學(xué)、廈門(mén)大學(xué)、武漢理工大學(xué)、山東建筑大學(xué)等十余所高校及科研機(jī)構(gòu)申請(qǐng)建設(shè)國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室。虛擬仿真技術(shù)在我國(guó)也有十余年的發(fā)展歷程，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室案例有很多，例如清華大學(xué)的“電力系統(tǒng)及大型發(fā)電設(shè)備安全控制和仿真”實(shí)驗(yàn)室。隨著“增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)”與“互聯(lián)網(wǎng)+”的發(fā)展，也有一些相關(guān)機(jī)構(gòu)對(duì)教育應(yīng)用有所開(kāi)發(fā)，但大多應(yīng)用于中小學(xué)教育，基于“互聯(lián)網(wǎng)+增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)”技術(shù)的硬件虛擬實(shí)驗(yàn)室目前尚無(wú)案例可循。

2 VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)技術(shù)現(xiàn)狀分析

VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)起源于美國(guó)，第一個(gè)虛擬設(shè)備為“全傳感仿真器”，是由Morton Heiling 于1962制造。該仿真器的主要作用是對(duì)人騎車(chē)通過(guò)紐約所產(chǎn)生的感受，包括風(fēng)、路面顛簸甚至方向等。隨后，VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)高速發(fā)展。在我國(guó)，盡管VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)起步晚，但發(fā)展迅速。譬如，以北京航空航天大學(xué)為代表的學(xué)院派，在VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的接口部分、硬件部分、算法及實(shí)現(xiàn)部分，均取得長(zhǎng)足進(jìn)步。目前我國(guó)已可以基于分析事物的物理特性設(shè)計(jì)分布式虛擬環(huán)境，可以合成特定人臉圖像、表情、唇動(dòng)等。我國(guó)的國(guó)家光盤(pán)工程研究中心，基于布達(dá)拉宮，提出了Quick Time技術(shù)，在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了大全景虛擬現(xiàn)實(shí)的制作。以騰訊、樂(lè)視為代表的公司，在VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)方面也取得了很大的發(fā)展，在體感輸入、觸覺(jué)反饋、VR一體機(jī)等都取得了極大發(fā)展，并有部分產(chǎn)品已投入市場(chǎng)應(yīng)用。

盡管VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在技術(shù)方面取得了很大的發(fā)展，但還存在很多問(wèn)題，包括：VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，現(xiàn)有的技術(shù)容易造成使用者的疲勞感，VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的輸入方面還沒(méi)有解決等。針對(duì)目前VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)存在的問(wèn)題，未來(lái)的技術(shù)必將朝著技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一化、技術(shù)應(yīng)用輕松化，技術(shù)輸入可行化等方向發(fā)展。此外，為滿足社會(huì)發(fā)展需要，VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將會(huì)遵循低成本、高性能的發(fā)展準(zhǔn)則進(jìn)行發(fā)展，譬如：動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)、大型網(wǎng)絡(luò)分布式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究及應(yīng)用、智能化人機(jī)交互設(shè)備研制等研制。

VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在某種意義上可以改變?nèi)藗兊乃季S模式以及生活方式，其屬于新型的技術(shù)，應(yīng)用前景極為廣闊。VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以通過(guò)與Internet技術(shù)結(jié)合，建立真正的遠(yuǎn)程教室、開(kāi)放性大學(xué)，促使教育產(chǎn)生翻天覆地的改變。

3 VR技術(shù)在實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

現(xiàn)如今，我國(guó)大學(xué)生的理論學(xué)習(xí)能力普遍較強(qiáng)，而實(shí)際動(dòng)手操作能力卻與國(guó)外大學(xué)生有很大的差距。產(chǎn)生這個(gè)問(wèn)題的原因一方面是受到我國(guó)教育體制的影響，另一方面也是因?yàn)樵诖髮W(xué)中，大多數(shù)需要實(shí)際動(dòng)手操作的實(shí)驗(yàn)受到了客觀條件的限制。上述第二點(diǎn)原因在大學(xué)的硬件試驗(yàn)中體現(xiàn)的尤為突出。以計(jì)算機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)為例，微機(jī)的硬件組裝是《計(jì)算機(jī)安裝與維護(hù)》這門(mén)課中核心的組成部分，是學(xué)生在大學(xué)學(xué)習(xí)中難得的親自動(dòng)手組裝計(jì)算機(jī)的機(jī)會(huì)。但由于這項(xiàng)操作技術(shù)要求較高，計(jì)算機(jī)硬件價(jià)格又比較昂貴，盡管教師在實(shí)驗(yàn)課之前講得非常仔細(xì)，在學(xué)生親自動(dòng)手操作的過(guò)程中也難免造成各種損壞。而且我國(guó)部分高校還沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的微機(jī)組裝與維護(hù)實(shí)驗(yàn)室，大部分高校所具備的實(shí)驗(yàn)室也都是使用一些淘汰過(guò)時(shí)的舊計(jì)算機(jī)供學(xué)生做拆裝實(shí)驗(yàn)，即使這樣也不能做到實(shí)驗(yàn)學(xué)生人手一臺(tái)計(jì)算機(jī)，更不用提機(jī)器硬件能夠完好無(wú)損正常運(yùn)行。

基于上述，課題組以互聯(lián)網(wǎng)+教育為指導(dǎo)思想，依靠增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)與移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，從解決實(shí)際問(wèn)題的角度出發(fā)，以“微機(jī)組裝與維護(hù)虛擬實(shí)驗(yàn)室”建設(shè)為例，利用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合，提出了《“互聯(lián)網(wǎng)+”模式下基于VR技術(shù)的實(shí)踐教學(xué)研究》這一課題，目前移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)+增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)在國(guó)內(nèi)外尚處于起步階段，在各種數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中也很難查找到同類(lèi)科研項(xiàng)目的相關(guān)論文和材料，更沒(méi)有現(xiàn)成的實(shí)例以供課題組參考。這是一個(gè)計(jì)算機(jī)技術(shù)的新領(lǐng)域，通過(guò)對(duì)該項(xiàng)目的研究有助于我們?cè)诋?dāng)前信息社會(huì)的新環(huán)境下對(duì)基于“互聯(lián)網(wǎng)+教育”方面有更加深刻的認(rèn)識(shí)，為一種全新的教育方式提供經(jīng)驗(yàn)和參考，具有較高的社會(huì)價(jià)值與經(jīng)濟(jì)價(jià)值，值得人們投入精力去研究探索，以便以后滲透到其他的各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中。

在計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)中，可以由VR 技術(shù)生成適用于進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)，包括有關(guān)的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)環(huán)境、實(shí)驗(yàn)對(duì)象以及實(shí)驗(yàn)信息等資源。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，根據(jù)現(xiàn)實(shí)環(huán)境中需要的設(shè)備，通過(guò)VR 環(huán)境中完成器件的選擇，完成實(shí)訓(xùn)要求。這樣既能真實(shí)的反映計(jì)算機(jī)組裝現(xiàn)場(chǎng)操作，也能達(dá)到教學(xué)目的和節(jié)約購(gòu)買(mǎi)設(shè)備的資金。通過(guò)VR 技術(shù)實(shí)現(xiàn)“模擬”實(shí)訓(xùn)，不僅縮短了實(shí)驗(yàn)的時(shí)間，學(xué)生也能獲得直觀、真實(shí)的效果。為后期進(jìn)行真實(shí)設(shè)備操作做好鋪墊，做到虛實(shí)結(jié)合，提高教學(xué)效果。

4 結(jié)語(yǔ)

“移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)+增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)”的教育模式可以推廣到其他教學(xué)實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域，如石油、地質(zhì)、旅游、機(jī)械等。更可以將其延伸到其他領(lǐng)域，如能源、醫(yī)療、軍工、機(jī)械制造等都可以采用此模式進(jìn)行快捷、高效的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)仿真操作，以創(chuàng)造出更大的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)價(jià)值。

[1] 陳超良.芻議VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)[J].電子技術(shù)與軟件工程，2016，(16)：22-23.

[2] 郭曉紅.將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)用于微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)[J].山西電子技術(shù)，2016，(04)：56-58.

[3] 李方正，劉春英.基于VR-Platform的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)中應(yīng)用[J].科技信息，2012，(09)：186-187.

Practical teaching research under the mode of “Internet+” based on VR technology

LI Feng

(Northeast University of Petroleum, Qinhuangdao 066004, China)

To achieve the perfect fusion of reality of things and virtual objects by the use of mobile intelligent terminal in the “Internet+” mode, through the combination of reality and virtual computer assembly experiments, so that students are not subject to time and space constraints. Intelligent mobile terminal can be used anytime and anywhere to improve students′ interest in learning, practical ability so as to reduce the waste of expensive hardware. The use of VR technology for practical teaching is popular among students.

Internet+; VR; Practice teaching

2016-09-17

課題項(xiàng)目：2016年度黑龍江省教育科學(xué)規(guī)劃課題(GJC1316046)成果

李峰(1981-)，男，副教授。

G712

B

1674-8646(2016)24-0100-02