虚拟现实技术VR在技校教学中的实现、实践与研究.doc

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1、 虚拟现实技术(VR)在技校教学中的实现、实践与研究 摘 要：随着计算机技术的发展，虚拟现实技术作为一种高新技术在技校教学中将会发挥很重要的作用。本文从虚拟现实技术的定义、特点、常用技术出发，结合教学理论，阐述虚拟现实技术在技校教育中的必要性，着重研究在技校教育中将传统教学与虚拟现实技术相结合的实际应用及其实用价值，并探讨虚拟现实技术发展的障碍与方向。关键词：虚拟现实 VR 技校教育 教学实践Abstract: With the development of computer technology, Virtual reality technology will play a very sig

2、nificant role in Technical School Education. Based on the definition and features of Virtual reality technology and ordinary-used technology, this article shows the necessity of Virtual reality technology, emphasizes the application and practical value of Virtual reality technology combined traditio

3、nal teaching in Technical School Education, and discuss its obstacles and development direction.Key words: Virtual reality; VR; Technical School Education; Application引言随着计算机技术的迅猛发展，传统教学方式方法正面临变革，计算机技术与教育相整合成为一种必然的趋势。如计算机辅助教学（CAI）的产生摆脱了传统教学的呆板和乏味；多媒体技术的出现则将CAI课件变得更绘声绘色；网络技术的普及使远程教育成为现实，学习者可以突破时空限制实现

4、自主学习。近年来，随着建构主义教学思想的兴起，人们越来越强调希望利用更新的计算机技术，为学习者创建一个开放的、主动的、生动的学习环境，使之更能激发其学习热情和学习兴趣，而虚拟现实技术的出现使这种设想成为可能。本网站就是根据本校实际教学应用情况，利用VR技术制作了一个教学辅助系统网站，该网站经过一个学期的使用，在教学领域中已取得一定的成效。理论篇一、 虚拟现实技术简介（一）虚拟现实技术的定义及其特点虚拟现实技术（Virtual Reality，简称VR），又称为临境技术，是通过计算机创建一种虚拟环境，借助多种专用输入输出设备（如数据手套、眼屏、脚踏传 动设备、数据衣服、鼠标、键盘、操纵杆等）以自

5、然的方式（如转动眼球、活动手指等）向计算机传达各种动作信息，通过视觉、听觉、触觉、嗅觉等作用，使用户产生和现实中一样的感觉。虚拟现实技术的特点有： 1沉浸性。使用者不仅作为观察者看到由计算机产生逼真的三维立体影像，还可以参与者的身份通过专用的设备与计算机产生交互，使虚拟环境中的影像随之变化，犹如身临其境。2交互性。使用者可以使用数据手套、脚踏传动设备等传感设备以一种近乎自然的交互形式与计算机产生多维化信息交互，是一种更为高层次的人机交互境界。3多感知性。虚拟现实技术借助专用传感和反应设备能给使用者提供视觉、听觉、力觉、触觉、运动感知，甚至包括味觉和嗅觉感知等多种感官刺激。4构想性。虚拟现实技术

6、不仅可再现真实存在的环境，也可以任意构想客观不存在的甚至是不可能发生的环境，能拓宽人类想象空间。（二）虚拟现实的相关技术1传统技术传统的虚拟现实技术主要有两种：一种是利用三维图形设计软件（如3DMAX、MAYA等）建立模型，实现虚拟现实；另一种是基于图像的三维建模技术（IBR），通过摄像机获得真实场景的不同角度的若干照片，根据透视学和摄影测量学原理，生成所摄环境或物体的三维模型。两种方法相比，前者所得模型具有空间形态多样，视点变换自由，但建模过程复杂，设计周期长，实现代价大等缺点；后者建模过程简易，对计算机能力要求不高，模型真实感强，但交互性不足，用户观察视点和运动方向受到限制，视点间切换易产

7、生突变现象。2网络三维语言这类技术的代表是VRML（虚拟现实建模语言），是一种应用于Internet的三维场景的描述性语言。它定义了三维应用系统中常用的语言描述，如层次变换、光源、视点、动画、材质、纹理映射等，并具有简单的行为特征描述功能。只需通过网络传输少量数据，经客户机上的浏览器解释即可生成三维场景，但这些语言难度大，必须结合三维图像制作软件建立模型，由于客户端的三维场景是即时渲染，对客户机的配置要求也比较苛刻。二、 在技校教学中应用虚拟现实技术的必要性（一）虚拟现实技术在教学中应用的理论支持根据建构主义理论的基本观点可以认为，知识不是通过教师传授得到，而是学生在一定的情境即社会文化背景下

8、，借助其他人（包括教师和学习伙伴）的帮助，利用必要的学习资料，通过建构意义的方式而获得1。通过实际情境进行学习，可以激发学习者的产生联想，使学习者能利用自己原有知识结构中的相关经验，去同化当前学习到的新知识，从而在新旧知识之间建立起联系，并赋予新知识以某种意义。但许多的知识是在现实社会中不易或者不允许出现的现象，缺乏一个形象生动的“情境”，就不利于激发学习者产生联想，对知识的意义建构因此也会发生困难，而虚拟现实技术的构想性特点就能很好地解决“情境”创立的问题。（二）虚拟现实技术的应用是学生学习的需要 实验心理学家赤瑞特拉做过两个著名的心理实验。一个是关于人类获取信息的来源，实验证明：人类获取的

9、信息94来自视觉和听觉。另一个是关于知识保持即记忆持久性的实验。结果是：人们一般能记住自己听到和看到内容的50，而一般只能记住自己阅读内容的10。2虚拟现实技术的多感知性能带给学习者多种感官上的刺激，从而使获取的信息量比单一地听老师讲课强得多，知识的保持也大大优于传统教学效果。 另一方面，大部分技校学生本身基础较差，以往的失败经验使他们对学习缺乏信心，对学习容易有畏难情绪，更谈不上兴趣。因此，技校教育更需要将虚拟现实技术应用在课件设计和课堂教学，以提高技校学生的学习兴趣，进而提高教学质量。（三）虚拟现实技术的应用是教师教学的需要一些抽象概念和理论单纯靠教师的语言描绘和肢体动作难以描述清楚，而虚

10、拟现实技术具有动画虚拟现实的能力，能够将抽象概念原理、实验过程生动地表现出来，甚至可以彻底打破时空的限制，大至天体行星，小至原子粒子，久至上百万年的进化历程，都能一一真实呈现，协助教师以更为丰富的教学手段和方式，帮助学生把握概念原理的实质。（四）弥补教学设施的不足技校教育很强调通过实验教学巩固学生所学理论，培养学生的实践能力和创新精神。但由于实验场地、实验设备、教学经费等方面的限制，一些教学实验无法展开。利用虚拟现实技术能很好地解决这个问题，它可以在节省大量铺设实验场地、购置实验仪器费用的前提下，重复使用并时常更新这些虚拟的实验“仪器”，又能使学习者获得与真实实验同样的体会，反复操作，加深对教

11、学内容的理解，以相对较低的成本实现技工教育的效益最大化。技术篇一、本系统所应用的技术本系统使用的是中视典数字科技有限公司拥有自主知识产权的虚拟现实平台软件VR-Platform 。该软件最大优势在于第一，拥有自主知识产权，摆脱对外国技术的依赖，开发自由度较大。第二，该软件能实现的功能较多，如数字城市仿真系统、工业仿真，虚拟室内装修，电子沙盘，植被气候仿真都能在该软件实现，可持续开发性较强，避免由于软件寿命短而导致的开发资源浪费。第三，该开发平台可以让功能以单机软件或网站形式同时实现，既可在复杂网络环境下实现同步更新，也能保证在网络不发达地区同样实现功能。二、本系统实现的技术流程确定建筑物关系比

12、例制定标准尺寸实景拍照建立模型贴图修正比例关系利用VR软件集成功能单机虚拟教学系统虚拟现实教学网站（一）校园漫游系统及展厅的实现图 1 漫游系统流程图1漫游系统的建立流程2制作难点与关键技术（1）建筑物比例关系的确定由于本校南校区的校舍由多个部分组成，新旧不一，建筑结构复杂，而且经过多番的修整，形成比较特殊的建筑群体。若对照建筑设计图进行建模，必然费时耗力且未必能符合实际效果要求。根据这种特殊情况，我们利用卫星地图软件，直接找到我校所在位置，截取俯视图作为基础，通过3D max建立建筑物的等比例初级模型。这样，建筑群关系基本确定，只要根据初级模型的范围建立精细模型，这样整个校园建筑物关系基本与

13、真实相符且耗时较短。 图2 卫星俯视拍摄图 图3 符合比例的初级模型（2）贴图制作校园景物多而复杂，如何将众多事物纳入虚拟空间之内，贴图技术是关键。本系统运用三维物体的贴图展开技术，成功地将复杂的物体展开成数个相关的平面，就像包装盒可以展开成一张纸皮。 图4 立体墨水盒 图5 墨水盒的贴图展开 图6 校园的建筑物立体 图7 建筑物的贴图展开利用这种技术能够较快地描绘较规则建筑物的外表，结合多子物体贴图，混合贴图等技术对复杂物体进行贴图，能有效、准确地反映校园的真实景物。图8 学生作品展示厅效果图学生作品展示厅的制作和校园漫游系统的比较类似，此处就不再赘言。（3）集成功能以及生成网站使用传统的V

14、RML语言编写网站，由于语言格式复杂，繁冗难懂，即使运用三维软件进行建模、贴图输出网页文件，想在网站内实现基本功能也需要长时间的调试。本系统的网络版是利用VR-Edit软件作为平台，摆脱VRML系列语言的弊病，能快速、直观地控制功能的编写与调试；通过所看即所得的操作方式，及时发现、排除潜在的缺陷。（二）虚拟装机的实现1需求分析根据学生的学习特点，将可能遇到的问题设立关键点，画成关系流程图（如图9）：图 9 关系流程图正确：播放操作动画，继续下一零件观察硬件判断能否独立操作否：文字帮助/视频示范是：开始装机按顺序点击放入零件错误：禁止操作，提示错误文字帮助或视频示范完成装机已按要求完成：返回“装

15、机成功”仍未完成：返回“装机未完成”2模型的建立与贴图运用3D max作为建立模型的软件，对照真实的零件进行建模。截取硬件实物图片通过Photoshop进行加工，制成贴图，赋予模型，这个过程可以单独成为教学过程，在3D教学中作为项目驱动，让学生自己动手建立模型。图 11 Photoshop加工贴图图 10 3Dmax建模 3代码的编写与调试（1）首先对VRP-Editer进行初始化，环境变量、变量类型赋予初值。图 12 初始化（2）设立出发函数，对每个触发点的条件进行限制。图 13 设立出发函数（3）构建循环体，并定义循环条件、循环体入点、出点的限制图 14 构建循环体（4）最后调试整个软件功

16、能，排除错误。在整个系统编写的过程中，或多或少都会出现一些小错误，需要对其进行多番的调试。例如：虚拟硬件装机中，为了让学生能反复进行练习，我们设置了“还原”按钮，让学生可以在犯错或完成后再次进行装机实操。但我们在调试过程中发现“还原”按钮只能还原硬件的状态，反馈信息没有还原。当出现一次装机成功并还原后，再出错时的反馈信息依然是“装机成功”。经过检查，发现问题如下：panel03.鼠标左键按 /还原按钮-播放刚体動画, , 5, 0, 1变量赋值, open, 0变量赋值, s, 0定义变量, s。变量赋值, s, 0定义变量, x 变量赋值, x, 0经过修改，“还原”按钮变量赋值为s后，问题

17、解决。在调试过程中还遇到很多问题，在这里就不做累述了。19应用实践篇根据上述理论和技术的支持，下面来讨论一下虚拟现实技术在技校“教”和“学”中的应用实践。一、虚拟现实技术是技校计算机专业的一门重要课程（一）虚拟现实技术的教学意义图 15 Windows Vista系统的三维菜单图 16 Second Life中观众收看实时新闻广播计算机技术发展到21世纪，人性化、交互化成为发展的趋势。随着计算机处理能力的提升，三维立体显示技术逐渐成熟。操作系统Windows Vista开始进入三维化操作（如图15）的时代。而在网络中，仿真的虚拟世界已经建立，如美国著名的网络游戏Second Life（第二人生

18、）（如图16），已经将真实的商业活动和生活的细节搬到网络中，甚至达到虚拟货币与美金互通的程度。这些成功的例子证明虚拟现实技术已经成功地摆脱了传统三维图像软件的束缚，发展成为一种独立的表现技术，并逐渐形成一门新兴的综合性实用学科。当前，虚拟现实技术凭借其沉浸性、交互性、多感官性和构想性的技术特点，能以较低的成本获得一定程度的虚拟现实体验，在立体空间的展示，立体物体的展示，展品的介绍，虚拟空间的营造与构建，虚拟场景的构造等方面有着独特的优势。社会上新兴的房地产热，以及工业自动化及其过程控制都是虚拟技术应用的热点（如图17和图18）。因此，以培养学生技术特长为教学重点的技校教育更应紧跟技术发展的步伐

19、和满足社会需求，将实现房地产建筑物漫游和工业过程仿真作为教学实例，教导学生掌握虚拟现实技术。图 17 新楼盘虚拟漫游图18 复杂工件的模拟装配（二）虚拟现实技术的教学实践下面，以本校计算机辅助设计专业的学生为例，论证一下如何利用本系统使技校学生熟练掌握虚拟现实技术的教学实践过程。1教学实践的理论依据项目递进驱动教学法“项目递进驱动教学法” 是行为引导型教学方法中的一种，来源于建构主义学习理论，是师生通过共同实施一个完整的项目工作而进行的教学活动。在整个教学过程采用“项目递进驱动教学法”，能充分地展示现代技工教育“以能力为本”的价值取向，使课堂教学的质量和效益得到提高。2项目的选材依据（1）教学

20、题材现时，虚拟现实技术应用热点围绕房地产漫游和工业过程仿真，所以项目的选材必须与此热点相贴合。那选择何种建筑物漫游呢？又以哪种工业过程仿真为例呢？根据教学实践证明，熟悉的“情境”实例能激发学生兴趣，因为学生对学校既熟悉而又有感情，所以他们能很快地进入制作状态。而装机模拟是每个计算机专业学生必学的一门课程，学生对每个步骤都必须相当熟悉，也应具有一定的准确性要求。因此，选择本系统作为“项目递进驱动教学法”的教学题材。（2）教学内容利用上述的题材，通过逐渐增加实例的功能，使学生在实现不断提出的任务中自然而然地进行新知识点的学习和操练，从而以一个项目的不断拓展和层层推进来带动课程的学习，最终使学生掌握

21、虚拟现实技术。而在原有技校计算机专业的知识结构中，已包括了3D max三维建模、贴图、基本动画、Photoshop制图、二维网页制作基础，要达到掌握建筑物漫游、工业过程仿真、三维网站等的构建的最终学习目标，必须掌握以下知识点： 如何将三维制图软件内的模型导出到单独运行的虚拟平台； 将模型虚拟化和网页化； 如何添加编译判断条件和反馈信息让整个虚拟现实过程内涵更丰富，操作更友好。 本系统中虚拟校园漫游、学生作品展示厅和虚拟装机三大内容正是环环紧扣这三个知识点，符合项目递进驱动教学模式中的知识链构建要求。3项目驱动教学设计图 19 知识链的构建过程简单项目（激发兴趣、新旧知识融合）进阶项目（更高、更

22、复杂的要求）应用项目（根据实际情况制定目标、流程及完成制作）固有知识掌握新技能、新知识运用项目递进驱动教学模式，将本作品的三大内容贯穿整个知识链的构建过程。（1） 简单项目教学目的：提高学生兴趣，实现新旧知识融合虚拟校园漫游子项目：实现了将模型、贴图、动画分离，并单独运行，实现漫游功能及鼠标划过信息反馈，并将其网页化制成三维网页。（2） 进阶项目教学目的：进一步提高对新旧知识熟练程度的要求，并加入创新元素作品展厅子项目：进一步要求模型和贴图的精度，考虑使用高质量渲染器带来的贴图问题。实现鼠标划过、单击响应，以及编写信息反馈、语音反馈、多媒体反馈等反馈形式的基本语句。（3） 应用型项目教学目的：

23、根据实际情况进行设计方案和反馈方案的制定。同时制作较为复杂的演示动画和针对循环、分支等的条件判断语句进行结构化编程。虚拟装机子项目：对模型、编程、调试的最高要求。不但模型、贴图精度要高，动画设置要合理，对于操作者在实际操作过程中可能出现的错误，进行估计，要求返回正确的判断和做出适当的引导。三个项目由浅入深，一步一步，让虚拟现实技术顺利地衔接到旧有知识上，让计算机类学生扩展知识面，更新技能以适应社会需求。4实施过程的要点（1）分组按照学生的技术水平和知识面进行分组，尽量每组都有建模、贴图、动画控制、程序编写这几个特定分工，让学生在项目的进行过程中既锻炼技术也训练其团队意识和与他人合作的能力。并且

24、在团队的合作中，提高每个成员的学习能力，增强团队协调和工作能力。（2）难点及其解决每个班的学生知识形成的过程各有不同，课程的难点分布也会大有不同。但一般来说，难点集中在这几个方面：建模精度的控制对建模精度的要求由低到高依次是校园漫游立体展厅模拟装机。这样的要求是由于建筑物体积较大、结构复杂，必须保持较低的模型段数才能保证运行的速度，而模拟装机范围较小，且操作者需近距离观察，所以模型质量要求较高。贴图方法由于软件平台的限制，多维子物体贴图方法在VRP内仍未成熟，会出现贴图模糊、走位等情况。教师必须提醒学生。材质球数量有限与贴图数目过多的矛盾可以通过多次的合并文件解决。编程语句但应当注意：由于软件

25、已经将硬件语言进行了封装，实现功能的模块化，对学生来说是较容易上手的，但由于用了中文表述，语法也较为松散，必须规范学生编写语句的步骤。5采用“项目递进驱动法”的应用价值（1）知识链构建连贯，有利于学生新知识的扩充各子项目之间知识的联系点是建模的精度和人机交互的层次。随着子项目对建模精度和交互层次要求的步步提高，学生在完成前一个子项目的基础上加以改进则可完成后一个子项目。如此逐步深入，每一个新内容都是从一个能够入手完成的旧内容过渡而来，结果会使得学生自然而然地接受课程中的新内容，而且往往可以引导学生自己完成关于新知识的扩充，水到渠成地达到最终的教学目标。（2）问题呈螺旋式不断扩展，能充分调动学生

26、参与在项目递进驱动的过程中，教师扮演“主导”角色，让学生评判作品的优劣（如上文提及的贴图模糊、走位的情况），吸收优点，修改错误，引导学生进行优化，并最终归纳出问题的最佳解决方案。在这样的实例教学中，因为有提出问题、解决问题、扩展问题、再解决问题、对解决问题的方法评价、优化设计等几个环节，实际上是一个螺旋式滚动向前的过程，能够非常自然地调动学生的参与，而且通过问题的不断扩展，通过一个问题的多种解决方法，有效开阔学生的思维，使得学生在课堂上真正地成为“主体”，活跃了课堂，学生的参与程度很高。（3）培养学生的综合能力经过实践，项目递进驱动式教学法能够较好的培养学生的社会责任感和团队协作能力；培养学生

27、工作积极主动、仔细认真的工作态度和质量意识；使学生在专业技术领域具备可持续自学能力，适应社会发展需要。二、虚拟现实技术是一种重要的教学辅助手段实验是教学活动中一个重要的环节，尤其是技校中的科目大多以实验课程为基础。传统教学环境下，无论语言的描述还是图片的直观展示一时很难使学生进入学习状态，而基于虚拟现实技术创造出生动、逼真的学习环境能充分展示信息内容，丰富学生的感性认识，使学生容易受到情景的感染，促使学生体验和顿悟，从而加深他们对教学内容的理解。下面以我校计算机专业学生学习计算机组装与维护课程教学为例，阐述虚拟现实技术作为教学辅助手段的必要性。（一）传统教学过程与其不足之处1理论教学传统的理论

28、教学课，老师要讲授硬件的相关知识通常依靠图片或者实物。然而，图片展示部件无法缩放，普遍存在不够清晰的情况，加上部分学生的空间抽象思维相对薄弱，对于较为复杂的部件及装配体的空间构思普遍会感到较吃力，无法真正理解和想象部件形体究竟是怎样的、为什么是那样。实物展示虽然能解决空间抽象思维较薄弱学生的问题，但对于部件细微之处却难以观察清楚。因此，尽管借助图片和实物，老师生动的语言，学生依然无法很好地对这些部件产生深刻的感性认识，从而直接影响学生的学习兴趣和积极性，制约教学质量的提高。2实操教学传统的实验教学课，老师通常用图片和板书介绍实验流程和步骤，然后通过亲身示范向学生演示实验的全过程，最后让学生进行

29、实操。但是，在实际教学的过程中，由于观察的角度所限，学生观察老师的示范并不很真切。因此学生在实操过程中容易犯错误。另一方面，老师也因为课时所限无法反复多次示范。尽管现在可以借助多媒体和网络技术，将实验示范过程拍成视频共享于网站上，但学生单纯靠观看图片和视频影像还不足以培养学生的实际操作能力和解决问题的能力。学生的大部分实践能力还是要通过实操获得。然而，传统的实验仪器不足且昂贵，更新换代的需求很难满足，更不能满足实验教学的要求。此外，还存在一些不可摸、不可入的危险实验场所，或者在实际中难以营造的实验环境，这些都成为制约实验教学的重要问题。（二）利用虚拟技术教学和传统教学相结合的优势1理论教学在传

30、统理论教学的基础上，加入虚拟现实技术辅助教学后，老师可以通过多视角、可控制的技术手段将各种硬件部件外观与实体装配过程动态地展示出来。让在课堂上看不清老师操作示范的学生能从辅助虚拟课件中看清楚一些操作的细节和要点，并且记忆较为深刻。丰富、生动、真实的虚拟学习情境丰富了课堂教学，增强学生了对所学内容的感性认识，极大地提高了学生的学习兴趣，充分调动了学生的学习积极性，变被动学习为主动学习，从而提高了学习效果。图 20 虚拟教学图 21 视频教学 （利用虚拟现实多角度地观察和操作计算机硬件，同时辅以老师视频示范教学）2实操教学由上面阐述的传统实操可知，学校的实验仪器不足且昂贵，同时还存在一些不可摸、不

31、可入的危险实验场所，在实际中难以营造的实验环境。图 22 操作错误反馈图 23 无论何时都可还原再来本校的高职学生有部分是高中毕业生，可以说他们的计算机组装基础几乎为零，特别是部分女生，很害怕接触计算机硬件，总是怕会把学校的设备弄坏。如果按传统的实操教学法，她们从心理上就处于劣势，本能抗拒这门课。传统实操教学反而成为阻碍学生掌握技能的。利用虚拟现实技术教学则是提供解决上述问题的有效途径。如本网站的计算机实验室提供的计算机虚拟组装技能训练就是其中一项重要实践。它可以通过人机交互，反复进行模拟装机的练习。如下图所示： （三）虚拟现实技术作为教学辅助手段的实用价值1实验中所用到的实验仪器和工具是通过

32、3D建模设计出来，可以在实验前使学生对这些仪器和工具有一个初步的感性认识；2可以创建一些虚拟的实验环境，通过设置参数来设定不同环境，在虚拟的环境中反复做各种各样的技能训练，获得不同环境因素下的实验数据；3由于是虚拟的实验，无论实验环境还是实验仪器都是虚拟的，因此能节省大量的设备更新维护和实验场地铺设费用；4实验中的仪器和部件都是虚拟的，可以根据现实技术和型号的发展进行模型更新，紧贴技术潮流；5结合网络通讯技术，学生可以随时随地反复多次地练习，直至熟练掌握操作技能为止，达到加深对实验的印象，有利于在实际的实验中提高速度，确保实验顺利进行；6在虚拟实验中，实验仪器是虚拟的，因此学生可以不必担心因误

33、操作造成实验设备的毁坏，也不必担心实验中存在的危险，学生可以放心大胆地进行实验，更有利于学生的发挥创造性思维。7使用虚拟现实技术制作生动的模拟仿真课件，能推广到各专业科的课程中使用。如数控机床的虚拟演练、酒管专业的餐厅客房虚拟操作练习等。三、虚拟现实技术在教学中的其他应用（一）作为对外宣传校园的新手段用户能通过方向键与虚拟校园产生交互，从而产生强烈的沉浸感，对校园景观、校内的各种设施和服务获得身临其境的感受，方便自然地获得对周围环境的全面印象，是校园景观、设施和服务最为直观的表现形式，非常适合作为对外宣传本校风采的作品。以往，对外宣传校园风采离不开图片和文字，但这种传统方式用户难以产生空间距离

34、感。近年来兴起使用三维建筑仿真技术制作仿真地图，虽然地图看起来是“立体”，但实际上还是二维的图像，只是建筑物的鸟瞰形象，无法以正常人的视角来感受建筑空间，因此无法获得真正感受。而使用虚拟现实技术，人们能够在一个虚拟的三维环境中，用动态交互的方式对建筑及其功能进行身临其境的全方位的审视甚至使用，在自由控制浏览的路线，多方位、多角度浏览的同时还能体验校园各种设施的功能，详细地了解各教学、行政部门的概况，甚至能了解具体一间课室的内部环境或某某老师是在哪间办公室的哪个位置上办公，从而使更多人性化的服务变得可能。图 24 传统的数字地图图25 卫星地图图 26 某三维地图网的截图图27 本网站的截图 （

35、二）学习资源的展示虚拟现实技术的应用除了对校园浏览之外，还可以用于创设虚拟教学空间，展示过往学生的优秀作品，是一种界面亲切友好的知识共享平台。如本系统中，当用户用鼠标点击“运行”后，可以进入作品展厅（如图28），在展厅中将鼠标移动到每一个展品的时候（如移至图29右下方红色方框所示展品上），屏幕的左上角都会出现一个小框，显示是哪个班的什么作品，指导老师的名字等（如图29左上方红色方框所示）。当点击展品时，就会自动播放学生的作品。这样，既可鼓励和肯定学生的能力，使学生产生荣誉感，也使学生能随时找到优秀作品，自我对照，找出差距，自我完善。教师也可以将这些作品作为教学资源向学生讲解相关知识。图 29

36、学生作品展示厅图 38 作品展示厅欢迎界面研究篇针对虚拟现实技术在技校“教”与“学”的应用实践，我们选取本校计算机专业学生学习计算机组装与维护课程教学为例，以问卷调查的方式，定量分析与比较一下传统教学和引入虚拟技术教学后学生的学习兴趣和学习效果的差异。一、关于虚拟现实技术的学习效果调查（一）调查对象以本校04计信高工班（47人）和04计应高工班（40人）的学生作为本次虚拟现实技术教学效果调查对象。其中，04计信高工班的全体学生是由本校中职升上高职班，本身计算机的理论和实操基础比较好，基本功也比较扎实，而04计应高工班是由很多非计算机专业的学生和高中毕业生组成的，计算机理论和实操基础相对较差。如

37、此抽样的目的是为了在调查分析时做出一些有价值的对比研究，从中了解不同层次的学生对传统教学和利用虚拟现实技术教学的认识、态度。（二）调查方法采用问卷调查方式，共发出87份，回收87份，其中有效问卷86份，问卷有效率达98.9。（三）调查内容 本调查主要了解不同知识层次的学生对虚拟现实技术与传统教学的态度以及对使用虚拟现实技术所带来的教学效果。问卷如下：关于开展虚拟教学的问卷调查使用虚拟教学课程名称：微机组装与维修 班别： 同学们好：为了更好地搞好微机组装与维修课程的教学，我们想了解虚拟现实技术在本课程教学中的使用情况。请您根据您真实的感受，填写好下面的问卷。谢谢您的合作。一、选择题（请在对应的选

38、项打上“”号）：1对于本课程的理论课，您比较喜欢的上课形式是： A、传统课 B、虚拟教学课 C、两者结合 D、无所谓2上理论课时，您更喜欢老师采用哪种教学辅助材料： A、文字板书 B、挂图 C、幻灯片 D、视频 E、虚拟课件3对于本课程的实操课，您比较喜欢的上课形式是： A、传统课 B、虚拟教学课 C、两者结合 D、无所谓4上实操课时，您更喜欢使用哪种设备： A、实物 B、虚拟设备 C、两者结合5虚拟教学课堂与传统课堂相比，更能吸引您注意的课堂形式是： A、传统课 B、虚拟教学课 C、差不多6虚拟教学课堂与传统课堂相比，更能加深对所学重点、难点理解的课堂形式是： A、传统课 B、虚拟教学课 C

39、、差不多7虚拟教学课堂与传统课堂相比，更能增强知识的记忆程度的课堂形式是： A、传统课 B、虚拟教学课 C、差不多8您认为多媒体技术的使用，使课堂教学氛围变得： A、沉闷； B、较沉闷； C、没变化； D、较活跃； E、活跃9您是否适应当前虚拟教学课： A、很适应 B、逐渐适应 C、有一定困难 D、很不适应10作为课后复习资料，您希望教学网站上提供哪些教学资源？（可多选）： A、文字材料 B、图片 C、幻灯片 D、视频 E、虚拟课件二、问答题：1您对本课程虚拟现实技术使用的总体印象如何？为什么？2您认为本课程虚拟现实技术的使用有哪些方面需要改进或者您有什么好的建议？再次感谢您的合作！（四）调查

40、结果本校04计信高工班（47人）和04计应高工班（40人）的学生进行了学习调查，其中04计信高工班有一份废卷，调查结果如下(单位：人)：调查项目04计信高工班04计应高工班理论课形式偏好传统课（5）虚拟教学课（26）两者结合（15）无所谓（0）传统课（8）虚拟教学课（12）两者结合（20）无所谓（0）理论课的教学辅助材料文字板书（0）挂图（0）幻灯片（8）视频（18）虚拟课件（20）文字板书（0）挂图（0）幻灯片（4）视频（16）虚拟课件（20）实操课形式偏好传统课（5）虚拟教学课（20）两者结合（16）无所谓（5）传统课（0）虚拟教学课（29）两者结合（11）无所谓（0）实操课使用设备实物（

41、14）虚拟设备（11）两者结合（21）实物（8）虚拟设备（22）两者结合（10）吸引力更强传统课（0）虚拟教学课（46）差不多（0）传统课（0）虚拟教学课（40）差不多（0）对理解知识更容易传统课（4）虚拟教学课（42）差不多（0）传统课（5）虚拟教学课（35）差不多（0）记忆程度更深传统课（0）虚拟教学课（43）差不多（3）传统课（2）虚拟教学课（35）差不多（3）虚拟技术使课堂气氛沉闷（0）较沉闷（0）没变化（0）较活跃（10）活跃（36）沉闷（0）较沉闷（0）没变化（0）较活跃（9）活跃（31）是否适应虚拟课堂很适应（26）逐渐适应（20）有一定困难（0）很不适应（0）很适应（10）逐渐

42、适应（22）有一定困难（8）很不适应（0）复习资料的形式（多选）文字材料（0）图片（10）幻灯片（20）视频（45）虚拟课件（43）文字材料（0）图片（16）幻灯片（28）视频（38）虚拟课件（40）对虚拟教学的总体印象直观、形象、兴趣更浓、效果好、虚拟设备比实物更先进加了感性材料更直观、形象、更能加深理解、可反复实验、不必担心损坏改进建议希望应用于更多课程中；虚拟设备要持续更新；更多趣味性；希望操作更容易（五）测评结果的分析和比较1纵向比较：（每项调查指标之间的比较）不管在理论知识还是实操技能训练方面，对引入虚拟技术教学的满意度明显大于对传统知识讲授的满意度。证明了学生在传统教学中，尽管借助

43、板书、挂图、幻灯片、实物、老师生动的语言，但依然无法很好地对计算机各部件产生深刻的感性认识。学生普遍认为使用虚拟现实技术能营造丰富、生动、真实的虚拟学习情境，更能吸引学生注意（两班均占100），活跃了课堂气氛（两班均占100），极大地提高了学生的学习兴趣；增强学生了对所学内容的感性认识，更能加深对所学重点、难点理解（分别占91.3和87.5）；更能增强知识的记忆程度（分别占93.5和87.5）。目前，对于虚拟教学学生普遍比较适应（分别占100和80）。而且作为课后复习资料的形式，超过90的学生都希望在教学网站上同时提供传统多媒体（视频）课件和虚拟课件。2横向比较：（班级之间各调查指标的比较）（

44、1）在理论知识方面：两个班的学生都偏好将虚拟现实技术运用在理论教学中，虚拟课堂和两者结合的两项之和分别占89.1和80，只是04计应高工班的学生有部分是高中毕业生，对传统理论教学态度还有一定的惯性思维。（2）在实操技能训练方面：两个班均偏好将虚拟现实技术应用在实操教学中，但两个班的数据出现了比较大的出入，04计应高工班比04计信高工班更依赖虚拟技术：选择虚拟教学课的分别占72.5和43.5；对实操使用的设备04计应高工班更注重虚拟设备（占72.5），而04计信高工班有45.7的学生认为实物和虚拟设备都需要。究其原因是：由于04计信高工班的学生中职阶段已经掌握初步的硬件知识，计算机的理论和实操基

45、础比较好；但04计应高工班的学生计算机基础较差，十分需要借助虚拟现实技术帮助他们快速掌握计算机硬件的理论知识和实操过程；由于04计信高工班的学生总体实操基础较好，敢于使用实物进行实操训练，他们之所以同样对虚拟设备感兴趣是因为他们感觉虚拟设备比实物更先进，更能贴近潮流。然而，04计应高工班的学生（同时也包括04计信高工班中的部分女生）因实操基础较差，导致实操时总是怕会把学校的设备弄坏，因此更希望借助虚拟训练来巩固计算机组装的过程，从而达到熟练的程度，并且更好地掌握这个技能。3调查结论根据以上的比较和分析，本次调查的结果显示：通过将虚拟现实技术教学引入到教学中，再结合传统的教学方法应用在本校教育实践中，是较符合实际情况的，并具有实际应用的价值。但值得注意的是：由于知识基础的差别，学生使用虚拟现实技术的侧重点有所不同，基础较差的学生期望使用虚拟技术帮助他们快速掌握知识和技能，也希望虚拟技术能更容易操作，基础较好的学生则希望借助虚拟技术能“更新”设备的优势，使实践训练跟上技术的发展。二、障碍与展望（一） 虚拟现实技术的发展障碍1虚拟现实设备价格较高要构建一个高质量的虚拟现实系统，场景的实时渲染必不可少，因此需要高性能的计算机以及相应的软件。此外部分外部设备，如数据手套、头盔显示器等均造价不菲。因此要发展虚拟现实技术需要投入一笔较高的启动资金。2三维建模工作繁琐目前三维建模技术可