U3D的虛擬實驗室在高校實驗教學(xué)中的應(yīng)用前景

李綱 趙永杰 侯賀佳 管淑慧 張夢如

摘 要 高校實驗室的建設(shè)是關(guān)乎學(xué)?？萍佳邪l(fā)和創(chuàng)新力水平的重要工作，必須引起有關(guān)部門的重視，而在信息技術(shù)不斷發(fā)展的前提下，許多學(xué)校已經(jīng)借助有關(guān)技術(shù)完成了數(shù)字化校園的建設(shè)，在高校實驗室的管理方面，依托現(xiàn)代的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以有效提高實驗室的管理水平。本文將以U3D虛擬實驗室為主要研究對象，探究其在高校實驗教學(xué)中的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞 虛擬實驗室 數(shù)字化技術(shù) 高校實驗教學(xué)

中圖分類號：G482文獻標識碼：A

1 U3D游戲軟件虛擬電路實驗室概述及開發(fā)意義

U3D，全稱 Unity 3D，是由Unity Technologies開發(fā)的一個讓玩家輕松創(chuàng)建諸如三維視頻游戲、建筑可視化、實時三維動畫等類型互動內(nèi)容的多平臺的綜合型游戲開發(fā)工具，是一個全面整合的專業(yè)游戲引擎。

在高校教育改革不斷深入的背景下，傳統(tǒng)實驗室教學(xué)不再適應(yīng)于現(xiàn)代化實驗教學(xué)中，各種問題與矛盾日益凸顯，特別是學(xué)生群體對傳統(tǒng)實驗失去興趣，迫切要求高校實驗教學(xué)實現(xiàn)多元化和多樣化，基于Unity 3D游戲開放軟件的虛擬電路實驗室，旨在提高學(xué)生實驗興趣，利用Unity 3D游戲開放軟件的優(yōu)勢，實現(xiàn)寓教于樂，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和主動性。

2 U3D游戲軟件虛擬電路實驗室的特點和優(yōu)勢

（1）交互性和自主性。虛擬實驗室技術(shù)與傳統(tǒng)的實驗室有一個最大的不同，那就是動態(tài)、不固定，因為這種特質(zhì)而使得虛擬實驗室具備了交互性和自主性。交互性實質(zhì)上就是互動性，能大大提高人機互動。此外，由于虛擬實驗室的非固定性，因而又賦予了學(xué)生在實驗過程中極大的自主性，利于激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造活力和創(chuàng)新潛力。且U3D游戲軟件的應(yīng)用，可為學(xué)生創(chuàng)建優(yōu)良的虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境，在游戲中展開電路實驗，可顯著提高學(xué)生的實驗積極性和實驗熱情。

（2）開放性特征。由于虛擬實驗室采用的是數(shù)字模擬的方式，因此不容易受時間、空間等條件的限制。虛擬實驗室中的虛擬設(shè)備、仿真安裝包等資源都可以被外界平等地使用，從這一角度來說，虛擬實驗室向外界的開放程度是較高的，實驗者也可以根據(jù)自己的需要在U3D虛擬實驗室中任意添加自己需要的“工具”，通過U3D技術(shù)和計算機、互聯(lián)網(wǎng)等相互銜接，有效拓展了學(xué)生實驗空間，便于學(xué)生獲取資源，以軟件游戲的形式鍛煉電路設(shè)計和電路實踐能力。

（3）高效性與共享性。由于U3D虛擬實驗室完全借助于先進的數(shù)字科技，因而會賦予操作者一個更為廣闊的時空觀，更加不受客觀條件限制，提升了實驗的效率。此外，由于網(wǎng)絡(luò)平臺的共享性，各類實驗所需的資源都能在第一時間匯聚在一起，也在另一個角度加快了實驗的進度，游戲形式可以便于學(xué)生進行多次操作，在虛擬實驗室中展開實驗，能夠提高學(xué)生實驗信心，也便于教師掌握學(xué)生實驗進展和技能培訓(xùn)，教師可以采用U3D游戲軟件的形式，將實驗過程以動畫和游戲形式展現(xiàn)給學(xué)生，有效提高實驗效率。

3高校U3D游戲軟件虛擬電路實驗室的應(yīng)用前景

3.1開發(fā)相應(yīng)的應(yīng)用程序

U3D游戲軟件可發(fā)布游戲至Windows、Mac、Wii、iPhone、WebGL（需要HTML5）、Windows phone 8和Android平臺。也可以利用Unity web player插件發(fā)布網(wǎng)頁游戲，支持Mac和Windows的網(wǎng)頁瀏覽，其應(yīng)用前景、開發(fā)空間可以說是非常巨大的。隨著智能手機、平板電腦等現(xiàn)代化設(shè)備的普及，移動學(xué)習(xí)方式又成了新的熱門學(xué)習(xí)方式，對當(dāng)下乃至未來的教育行業(yè)都會產(chǎn)生深遠影響。移動學(xué)習(xí)的方式，為學(xué)生提供了更豐富的學(xué)習(xí)資源，更廣闊的學(xué)習(xí)空間，以及更機動靈活的學(xué)習(xí)方式。因此，借助U3D設(shè)計軟件虛擬電路實驗室以及實驗應(yīng)用程序，便于學(xué)生以移動學(xué)習(xí)方式展開實驗學(xué)習(xí)，實時查看實驗進度、隨機進行模擬練習(xí)并在線上與同學(xué)展開交流與討論，不受場地、時間的限制，促進高校實驗教學(xué)方式革新。

3.2建立新型實驗場所

與高校傳統(tǒng)的實驗教學(xué)不同，U3D游戲軟件虛擬電路實驗室，運用高新技術(shù)，能夠讓每位學(xué)生盡可能地接受到最先進的技術(shù)，最時新的科學(xué)知識，從而營造一個良好的教學(xué)氛圍。此外，通過讓學(xué)生接觸電學(xué)相關(guān)學(xué)科的知識，還能夠培養(yǎng)學(xué)生觸類旁通的發(fā)散性思維，開啟智力，開發(fā)潛能。與以往的實驗基地不同，虛擬實驗室環(huán)境下的實驗場所可以是“有質(zhì)無形”的，也不必拘泥于現(xiàn)有的儀器設(shè)備，而是可以根據(jù)實驗的需要而自行“生成”有關(guān)的設(shè)備，使之與教學(xué)內(nèi)容相契合。還有一點，在這種新型實驗場所中，教學(xué)資源能夠得到最大程度的共享。

3.3挖掘?qū)嶒灲虒W(xué)的潛能

通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，使用者可以在電腦上輕松瀏覽3D視圖，并操作3D文件，這種先進的虛擬技術(shù)能夠最大程度地減少實驗室建設(shè)成本，減少不必要的器材、設(shè)備、工具花費，僅用一臺電腦就可以完成幾乎所有的實驗操作，因此對于學(xué)生和教師來說都是極為便捷的一項技術(shù)。同時，由于U3D游戲軟件對實驗場景的模擬程度較高，結(jié)合了仿真、人工智能等先進技術(shù)，能夠從聲、畫、情境等方面提供全方位的操作服務(wù)，學(xué)生們可以身臨其境地感受實驗過程，在逼真的場景中完成各項實踐，從而就能提升學(xué)生的實際操作技能，助力高校的實驗教學(xué)。

4結(jié)語

在信息化時代，構(gòu)建數(shù)字化校園是大勢所趨。在高校實驗室管理系統(tǒng)構(gòu)建的過程中，運用數(shù)字化手段，可以有效提高工作效率和管理水平，為實驗室的發(fā)展提供更廣闊的空間，為祖國的科研建設(shè)保駕護航。雖然目前在實驗室現(xiàn)代化管理系統(tǒng)的建設(shè)過程中還存在許多問題，但總體來看，U3D虛擬實驗室系統(tǒng)在高校實驗教學(xué)中的應(yīng)用前景依然是十分明朗的。

作者簡介：李綱（1987.7-）男，漢族，河南新鄉(xiāng)人，河南科技學(xué)院信息工程學(xué)院講師，碩士研究生，研究方向：教育技術(shù)學(xué)。

參考文獻

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[2] 彭慧.基于虛擬實驗室的高校實驗教學(xué)改革[J].赤峰學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2016，32（06）：264-265.