基于VR 的開放式計算機網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室的研究與實踐

付凡成 南昌理工學(xué)院

前言

“開放式計算機網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室”是當(dāng)下我國實驗教學(xué)創(chuàng)新重要模式之一，具有較大的意義影響。然而現(xiàn)階段有關(guān)我國基于VR 的開放式計算機網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室的研究與實踐研究相對較少，基于該問題現(xiàn)狀，要求行之有效的方法對其進行分析研究，如注重結(jié)合性、注重技術(shù)性、采用小組實驗?zāi)Ｊ降?，本次研究對基于VR 的開放式計算機網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室的研究與實踐進行分析，有十分重要的理論意義。

一、VR 技術(shù)及開放式網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室概述

虛擬現(xiàn)實技術(shù)，即VR 技術(shù)。該技術(shù)主要融合了計算機圖形技術(shù)、計算機仿真技術(shù)、傳感器技術(shù)、顯示技術(shù)等多種科學(xué)技術(shù)，它在多維信息空間上創(chuàng)建一個虛擬信息環(huán)境，能使用戶具有身臨其境的沉浸感，具有與環(huán)境完善的交互作用能力，并有助于啟發(fā)構(gòu)思。隨著我國教育體制改革逐漸完善，教學(xué)理念與教學(xué)模式也日益突破更顯。其中，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)與實驗教學(xué)作為當(dāng)下較為新穎的教學(xué)方法，對提升教學(xué)質(zhì)量、教學(xué)效率十分重要。如何將網(wǎng)絡(luò)教學(xué)與實驗教學(xué)進行結(jié)合應(yīng)用，一直是廣大教學(xué)者急需研究問題之一。因此，一種新型的實驗教學(xué)模式，即開放式網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室。開放式網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室不是單一片面的簡單流程，而是更為科學(xué)、合理的系統(tǒng)布局。需要從硬件設(shè)備、軟件部分、管理層面等進行多方協(xié)調(diào)、作用發(fā)揮。該實驗室主要包括：實驗對象、實驗環(huán)境、實驗儀器、實驗信息資源等，且這些設(shè)備資源都是基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)之上。首先，在硬件設(shè)備方面，在對硬件設(shè)備進行配置中，主要以互聯(lián)網(wǎng)、校園網(wǎng)、局域網(wǎng)三方對接為重點。包括計算機、網(wǎng)絡(luò)電聯(lián)、服務(wù)器、媒體屏幕等；軟件方面主要是指相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)軟件、數(shù)據(jù)庫軟件及安全保障軟件等。從實驗室建設(shè)方面，軟件的作用發(fā)揮十分關(guān)鍵，它是構(gòu)建實驗平臺的重要基礎(chǔ)核心。最后，管理層主要面涉及對該實驗室教學(xué)過程、信息、安全的控制、管理。例如：實驗指導(dǎo)、實驗報告、實驗儀器維護、網(wǎng)上答疑、實驗成績統(tǒng)計分析等。同時，管理層面也負責(zé)對實驗平臺的實時監(jiān)控、安全維護等。

二、開放式網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室建設(shè)的積極作用

通過對部分學(xué)校教學(xué)走訪調(diào)查發(fā)現(xiàn)，針對當(dāng)下實驗教學(xué)需求及問題現(xiàn)狀，對其進行開放式網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室建設(shè)十分重要，且作用性較為積極。具體如下：第一、對設(shè)備滯后進行問題解決。很多學(xué)校在實驗教學(xué)中都面臨設(shè)備老化、設(shè)備傳統(tǒng)等問題，根本無法適合其應(yīng)用教學(xué)。開放式網(wǎng)絡(luò)實驗室的建設(shè)可以有效解決此問題，主要是通過采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，對硬件設(shè)備進行虛擬化營造，將實驗教學(xué)的效果性進行大幅度提升。第二、對學(xué)生實驗時間不夠用進行解決。當(dāng)下學(xué)生學(xué)習(xí)任務(wù)繁重，且時間上往往多為緊湊，這樣就造成了學(xué)生實驗時間的嚴重缺乏。傳統(tǒng)實驗室教學(xué)需要學(xué)生、教師在特定的時間內(nèi)進入實驗環(huán)境進行教學(xué)學(xué)習(xí)，具有一定的局限性、控制性。而開放式網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室的建設(shè)，將學(xué)生實驗時間進行變向延展，只要通過計算機與網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)平臺就可以進行學(xué)習(xí)，對學(xué)習(xí)時間、地點、環(huán)境等進行自由選擇。第三、對培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力十分重要。當(dāng)下我國已經(jīng)由應(yīng)試教育向素質(zhì)教育全面轉(zhuǎn)變。從教育本身角度來講，提升學(xué)生發(fā)現(xiàn)能力、探索能力、動手能力、解決能力十分關(guān)鍵。開放式網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室對提升學(xué)生綜合素質(zhì)及核心素養(yǎng)十分關(guān)鍵，將傳統(tǒng)的等候式學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)樽灾鲗W(xué)習(xí)。讓學(xué)生可以在自主學(xué)習(xí)過程中不斷提升對問題的探索、解決能力，將實驗?zāi)康?、實驗步驟等進行自主性設(shè)計，鍛煉了學(xué)生的分析與應(yīng)變能力。

三、基于VR 的開放式計算機網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室的實踐要點

（一）注重結(jié)合性

在開放式計算機網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室應(yīng)用中，一定要注重其結(jié)合性。實驗教學(xué)不是單一片面的簡單流程，而是更為科學(xué)、合理的系統(tǒng)布局。在對計算機網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室應(yīng)用中需要對學(xué)生情況、教學(xué)目的、實驗儀器設(shè)備定進行掌握了解，對各方實驗信息資源進行結(jié)合利用，而不是肆意設(shè)計、盲目進行。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以為學(xué)生營造一種“現(xiàn)實”氛圍，讓學(xué)生通過虛擬實驗平臺完成其學(xué)習(xí)任務(wù)，在該過程中教師需要結(jié)合虛擬環(huán)境與實驗情況，將實驗教學(xué)內(nèi)容進行選擇設(shè)計，讓學(xué)生可以更為清晰、立體的了解及掌握學(xué)習(xí)任務(wù)。

（二）注重技術(shù)性

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是計算機網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室建設(shè)及作用發(fā)揮的重要保障，在對其進行應(yīng)用中一定要注重其技術(shù)性。開放式網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室主要包括：虛擬實驗室管理系統(tǒng)、課程實驗室仿真系統(tǒng)兩大部分。首先，課程實驗仿真系統(tǒng)主要是滿足學(xué)生自主學(xué)習(xí)需求，通過對實驗案例、實驗環(huán)節(jié)的虛擬化營造，讓學(xué)生可以在平臺上進行實驗器材自由搭建來完成學(xué)習(xí)任務(wù)。例如：開放式計算機虛擬實驗平臺主要采用一個“器材欄”，以便于對各種實驗器材的虛擬管理。在實際操作過程中學(xué)生可以將該器材從器材欄中進行提取，當(dāng)然也可以將該器材進行拉回。其次，虛擬實驗室管理。在虛擬實驗室管理中教師需要對教學(xué)任務(wù)、教學(xué)目的、學(xué)生成績及學(xué)習(xí)現(xiàn)狀等進行全面分析，并按照虛擬實驗教學(xué)規(guī)定，對其可能存在的諸多問題風(fēng)險進行規(guī)避。

（三）采用小組實驗?zāi)Ｊ?/h3>

建議采用“小組學(xué)習(xí)”模式，讓學(xué)生在虛擬網(wǎng)絡(luò)實驗平臺中可以互相溝通，在分組過程中教師需要進行認真分析，即科學(xué)分組、合理分組。然后教師可以對實驗任務(wù)通過網(wǎng)絡(luò)平臺進行小組下發(fā)，各小組通過網(wǎng)絡(luò)實驗平臺進行內(nèi)部討論，其后可以進行實驗開展，并由該小組成員做逐一陳述，將實驗結(jié)果及自我想法通過平臺網(wǎng)絡(luò)進行上傳。通過小組學(xué)習(xí)方式與虛擬網(wǎng)絡(luò)實驗平臺結(jié)合應(yīng)用，提升了學(xué)生自主學(xué)習(xí)意識、促進了學(xué)習(xí)興趣，讓原本枯燥、乏味的實驗學(xué)習(xí)變得立體活躍。因此，在進行開放式計算機網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室應(yīng)用過程中，應(yīng)采用與時俱進、緊跟時代的理念觀念，結(jié)合實驗教學(xué)實際情況，對其進行分析研究，這樣才能構(gòu)建及研發(fā)出更為科學(xué)、合理的教學(xué)方案。

四、結(jié)論

綜上所述，通過對基于VR 的開放式計算機網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室的研究與實踐進行分析研究，主要包括：開放式網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室概述、開放式網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室建設(shè)的積極作用、基于VR 的開放式計算機網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室的實踐要點，其包括注重結(jié)合性、注重技術(shù)性、采用小組實驗?zāi)Ｊ降龋瑥亩喾矫?、多角度對基于VR 的開放式計算機網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室的建設(shè)應(yīng)用進行闡明，為下一步教學(xué)工作開展打下重要基礎(chǔ)。