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教学用虚拟仿真(VR)系统制作探索与研究

发布时间:2017-11-15  点击量:

  【摘要】虚拟仿真(VR)技术应用于教学已成为目前学校教学手段之一。虚拟仿真技术不但可以辅助教学,更能够调动学生学习的积极性,同时能够实现学生对新知识、新技术的了解。本文介绍了虚拟软件(VR)的特点及作用,重点介绍教学虚拟仿真(VR)系统制作、开发流程经验,阐明学校联合软件公司开发、设计虚拟仿真教学软件的优缺点及经验,为日后各学校虚拟仿真系统制作科研创新提供经验与教训。
  【关键词】虚拟仿真 设计开发流程 回顾探索
  【基金项目】本文系吉林省教育科学十三五规划立项课题,项目号:GH16501。
  【中图分类号】G434 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2017)38-0236-02
  1.虚拟仿真(VR)介绍
  虚拟仿真(VR)技术是利用计算机技术与专用设备相结合,综合多项科学领域的知识,充分发挥计算机的模拟功能,为社会、学校、团体、个人、实验室等提供系统的模拟与试验,其最大的特点是具有的“感知性”、“沉浸感”、“交互性”、“构想性”,可以实现“人机”互动,极大的引起体验者(学生)的兴趣,是未来学校教学得力辅助工具。
  虚拟仿真(VR)技术可以真实模拟“事件”全过程或“物体”组织结构,可以将不可再现或难以复原的各类“事件”全过程“真实”再现体验者面前。学校利用虚拟仿真(VR)技术辅助教学能够有效改变以往的听、读、写、看、记忆、背诵等老旧教学方法,能够实现学生主动学习、积极参与全新教学过程,
  2016年被称为我国虚拟仿真(VR)元年,目前虚拟仿真(VR)的硬件发展为虚拟仿真技术的应用提供了广阔的发展空间,虚拟仿真(VR)技术将会成为人类电子技术应用发展的转折点,为人类社会发展做出重大贡献。
  2.虚拟仿真(VR)系统设计与开发
  1)明确VR系统设计目标
  虚拟仿真(VR)技术具有“感知性”、“沉浸感”、“交互性”、“构想性”。模拟是虚拟仿真(VR)技术重要功能之一,利用虚拟仿真(VR)技术,可模拟机械装配、医疗手术、微观世界、虚拟驾驶等过程,通过虚拟仿真穿戴技术(手套、头盔、目镜等),可以将动作、声音、场景、作用力即时反馈在学生眼前(身体上),学生身临其境,提高学生的理解能力,提高教学质量。
  学校订制教学VR系统辅助教学,首先要明确做什么?也就是明确目标。不同的学科、不同的专业、不同的教学目标和计划,应配备不同的教学VR系统(课件),只有这样VR才能更有效、更加专业辅助教学,实现教学目标。
  例如:模拟驾驶、手术,模拟产品组装等
  2)组建团队
  由计算机专家、专业教师、行业专家(技术能手)组成的制作教学用虚拟仿真(VR)系统团队为最佳,该团队的组建是VR系统开发与设计成功的关键。专业教师负责教学大纲、教学内容讲解说明,重要的是专业教师负责带领团队进行编写VR系统的制作脚本,没有该脚本计算机专家将无法制作虚拟仿真(VR)系统,并且只有如此制作出的VR系统才能更好地为学校教学服务。行业专家(技术能手)负责VR系统脚本编制时的问题甄别,负责与实际生产(操作)相对比,进行VR系统脚本的完善过程,没有行业专家(技术能手)的问题(流程)改善,将会出现知识理论化可能与实际生产(操作)相背离,出现错误的操作方法。计算机专家负责庞大的编程任务,负责最终的软件制作。由于多数计算机专家对学校教学专业内容(知识点)不熟知,因此必须在教师、专家、技术能手的不断讲解和指导下才能够设计出完美的仿真系统。
  团队有分工,同时有协作。教师、技术能手、计算机专家三方缺一不可,任何一方都应主动积极沟通、相互学习、互补工作,才能实现团队目标。
  3)虚拟仿真(VR)系统脚本编写
  脚本编制是VR系统制作的重点,虚拟仿真(VR)系统脚本如同拍摄电影剧本一样重要,脚本需要将每一个场景、内容、人物编写细致、清晰明了,并且与计算机专家进行有效沟通,使计算机专家对脚本充分理解,才能设计出优秀的虚拟仿真(VR)课件。如果脚本编制不够详细,教师与计算机专家沟通不畅,就会出现由于计算机专家对教学内容不了解,对专业知识不熟知,制作出来的VR系统(课件)将与教学要求相距千里,无法清晰表达、展示需要的内容。
  脚本编制需要有局部细致性,同时要有大局观。学校教学内容(课程)是递进式,环环相扣,知识的关联性极强,因此VR系统(课件)脚本编写时既要关注模拟单一教学内容,又要注重本专业整体性,更为重要的是要为VR软件日后扩展开发做好衔接准备。
  例如:环境、场景的一致性、设备设施的统一性、课程间的连接性等。
  腳本编制应注意有阶段性验收(讨论)时间,团队成员定期对VR软件设计进行研讨(验收),避免出现大的漏洞时对VR编程进行修改浪费时间。
  4)教学“VR”制作与改善
  脚本编写完毕,虚拟仿真(VR)系统制作就进入实质设计与开发阶段。该阶段主要由计算机专家承担,其主要任务是建模、建库、编程等一系列工作,该工作相当繁琐、费时、费力,并且容易出现返工耗费大量的人力、物力、财力。
  制作过程中常见问题有:
  脚本需要进行修改
  脚本理解错误、制作有偏差
  环境、物体、“事件”与事实不符
  操作过程(流程)顺序错误
  物质贴图、体积大小尺寸失真
  情节设计没有吸引力
  过于程序化,没有随机性
  3.虚拟仿真(VR)制作探索研究
  教学用虚拟仿真软件系统开发主要有三种形式。
  其一:学校与软件公司合作进行设计开发
  其二:购买成型软件系统
  其三:学校组织教师独立设计开发
  学校与软件公司合作设计开发虚拟仿真(VR)系统,其优点在于教师通过参与软件设计开发强化了教师的专业知识内容、学习和掌握了实际操作(应用)过程,通过结识行业专家、技术能手,使学校教师将理论与实际相结合,使教学内容更加贴近实际,能够满足社会、行业的需求。
  学校向软件公司购买成型虚拟仿真(VR)系统,优点是能够实现快速应用,但缺点是教师由于没有参与设计、开发,软件不能完全符合教师授课的需求,教学重点、难点不能很好的展现出来,教师对软件仅仅处于使用的过程,没有得到锻炼与成长。
  学校组织教师独立设计开发软件系统,优点是软件完全能够符合教学要求,但缺点是教师忙于授课,没有时间进行软件编程、设计;其次,软件编程制作不是专业教师的强项;其三,学校投入费用较大、时间长、经费筹集困难。
  通过以上的分析建议学校与软件公司进行合作,同心协力开发教学虚拟仿真软件。合作开发软件使学校教师得到锻炼,软件更能符合教学要求,软件公司也有的放矢,并且学校对软件系统的应用,成为软件公司的免费实体广告,学校、软件公司双方受益。
  虚拟仿真(VR)系统主要是通过其模拟功能将不可再现的事件过程、微观世界展现在体验者面前,通过其“交互性”操作功能,使体验者能够随机进行探索与实践,通过其具有的“沉浸感”激发体验者对该“事件”(课程、专业)的兴趣,从而实现辅助教学。
  虚拟仿真(VR)系统能够帮助教师轻松、细致讲解课程,作为教学辅助工具,不仅可以减轻教师工作量,更为突出的是能够促使教师思考教学如何创新、改善,更好地实现教学目标。


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