虚拟现实技术在本科实践教学中的应用

虚拟现实技术在本科实践教学中的应用

姜浩

哈尔滨信息工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150000

摘 要:本文提出的虚拟现实技术基于计算机软硬件和各种传感器装置，能够生成可交互和具有沉浸感觉的三维虚拟场景，对现实世界环境及对象模拟仿真来说，可用于构建实践教学环境，提高学习效率，促进教学方式创新。尤其是在抽象理论的实践和学习复杂的模型中，能够使学生理解深刻，提高学习效率，进一步提高学生素养。

关键词: 虚拟现实技术;本科实践教学; 三维虚拟场景;

中图分类号: TP311 文献标识码: A

1 引言

在虚拟现实元宇宙概念热门的当下，为了培养学生的双创思维，培养学生的动手能力，我们需要在教学中增加实践环节，但一些实践内容，由于受到实践条件的限制，依靠课堂上教师的描述和PPT的展示，还是不能让学生了解深刻。随着多媒体计算机技术、智能传感技术和宽带网络的高速发展，以这些技术和器件为基础发展起来的虚拟现实展示系统，用于实践教学已成为现实。虚拟现实展示系统为实验、实训的发展带来了新的契机，为提高实践教学效率，优化教学过程，加强实践技能培养，本文就虚拟现实技术在本科实践教学中的应用做一些探讨。

2 相关理论技术

虚拟现实设备是由计算机软硬件，以及各种传感器构成的视觉、嗅觉、触觉、力反馈等功能单元构成。下面简单介绍具有重要功能的数据手套和3D位置追踪眼镜。

数据手套设有弯曲传感器，不仅能够把人手的姿态准确实时地传递给虚拟环境，而且能够把与虚拟物体的接触信息反馈给操作者，使操作者能够更加直接、自然、有效地与虚拟场景进行交互，这样就极大提高了互动性和沉浸感。

3D眼镜上集成了定位传感器，可以自动识别出设备在虚拟环境中的位置的变化。当头移动时，眼镜上的定位装置与系统的传感器进行交互，传感器会自动调整场景中的坐标，这样给人的感觉是正在虚拟场景中实时地移动，体验效果更加真实。

虚拟现实系统是一种高级的VR系统，常见的有头盔式虚拟现实系统、洞穴式虚拟现实系统、座舱式虚拟现实系统、投影式虚拟现实系统和远程存在系统等。该系统是用一个或多个大屏幕投影来实现大画面的立体视觉和听觉效果，使多个用户同时具有完全投入的感觉，参与者可获得完全身临其境的三维交互式体验。

3 虚拟现实技术应用

引入和应用虚拟现实技术，可以提高实践教学的效率，激发学生的学习兴趣，让学生更好地投入到教学实验中。相关研究数据显示，人对外部世界的认知，大约有75%是来源于视觉。VＲ技术具有沉浸性、交互性及想象性三大特征，能创设个性化学习环境，有利于激发学习者动机，增强学习体验，促进知识和技能的习得。虚拟现实技术利用显示场景的数据作为基础， 将建模完成的三维物体，放到特定场景中，体验者借助相关的设备进行观察，能够达到身临其境的效果。学习是个体在特定的情境下由于练习或反复经验而产生的行为或行为潜能的比较持久的改变。由于是虚拟实践，学生在实践过程中可以放心地去调整不同的实验参数来进行对比，可以从多角度、多层次去观察，加深对实践的理解，丰富对实践的认识，这有助于培养自主探究能力。此外，虚拟实践可以反复进行训练，而不必受到实践资料短缺的影响。虚拟实践也可以作为真实实践的补充，对于真实实践的危险部分，或者是因某种条件限制而不能进行实践的部分可用虚拟实践有效替代。“虚实结合”的实践教学模式，可以更好地促进整个课程的高效开展，将多样化的实践教学模式进行深度结合，从而更好地激发学生学习课程的主观能动性，不断强化学生对课程知识点的深度理解，对学生积极向上的品质建立起着非常重要的作用。因此，虚拟现实技术在学校虚拟仿真类本科课程实践教学环境中有着非常重要的应用。

相比传统的实践教学模式，虚拟现实技术的运用能够让学生获得更加丰富的资讯，促使其能够独立思考现状，并发现问题、分析问题，从而提高学生认知世界的能力，总结有如下优点:

1.创建虚拟实践教学环境，促使学生沉浸在学习的场景中

虚拟现实技术能够提供丰富的画面、逼真的场景，激发学生的学习兴趣和好奇心。需要注意的是，心理活动是对一定对象的指向和集中，是心理过程的动力特征之一。它与认识过程、情感过程、意志过程密切联系，是一切心理活动的共同特征，利用虚拟现实技术在实践教学中可以更加吸引学生的注意力，尽量防止无意注意的出现，也能更好地利用无意注意的特点来吸引学生对教学内容的注意。在实践教学活动中应注意借助该系统构建出符合实际的、合理的实训环境，然后让学生全身心投入到教师所创建的虚拟现实环境中。所构建的虚拟现实环境要紧密联系教材基础内容，并且所构建的虚拟现实环境要主次分明，重点突出实践教学的专业知识性。此外，构建虚拟现实的环境，既要考虑实践教学的知识性，也要兼顾趣味性。这样的实践教学，不仅能给学生以新鲜感，提高其积极主动探究学习的兴趣，还能提高学生的独立自主思考能力。

2.充分发挥多媒体资源，获得更好的实践教学效果

将虚拟现实技术应用到高校实践教学中，要将各类多媒体资源进行充分的整和利用。将生活中、社会生产活动中的不

同情境借助虚拟现实技术展示在学生面前，能让学生通过虚拟现实环境，亲历各种实际情境，从而从多个角度学习教师在虚拟教学环境中所展示的实践教学内容。这样的教学活动，能够加深学生对现场专业知识的印象，提高其学习效率，并且能够促使学生将课本上的知识灵活运用，融入并应用到实地训练中，提高学生的实践能力。

3.构建虚拟实践实训教学系统，强化教学绩效评价

高校要针对实践教学的内容，在沉浸式虚拟现实展示系统的基础上，构建起一套虚拟现实技术教学系统，并以此为依托积极改进教师教学评价体系，摒弃传统的将考试成绩作为唯一考核指标的评价体系，制订注重对学生学习过程的评价。教师在虚拟现实技术教学系统的辅助之下，将专业知识和培养学生目标能力结合在一起，借助所构建起来的虚拟现实环境，锻炼学生操作能力。

4 结论

在实践教学中应用虚拟现实技术，可以提高学生的注意力，加深理解和记忆。随着经济和技术的发展，虚拟现实技术将会更加普遍地应用到虚拟仿真类本科课程实践教学环节当中，也会出现相应的先进的设备和新颖的教学方法，推动实践教学的改革创新，使得实践教学质量得到提高，有利于培养学生的兴趣爱好，促进个性发展，提高操作和创新能力。因此，教师在实践教学中需合理、规范地应用虚拟现实技术，使其成为一项重要的教学辅助手段，不断地提升实践教学质量。

参考文献(References)

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[4] 杨小勤.基于Quest3D平台虚拟现实技术的实践与思考[J].中国教育信息化,2017:91-95.

作者简介：

姜浩(1987-)，男，本科，工程师，研究领域：软件工程、虚拟现实