計算機教學中計算機虛擬技術的應用

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隨著計算機技術的不斷完善，人們對計算機的依賴性也越來越強，社會對計算機人才的需求也越來越迫切。提高計算機教學質量，為社會輸送更多計算機領域的人才是計算機教學的目標。計算機虛擬技術的引入，使計算機教學滿足了多元化教學的要求，同時還降低了教學成本，是提高學生學習效率的有效途徑之一。

1計算機虛擬技術概述

虛擬現(xiàn)實技術又稱靈境技術，是英文Virtual Reality一詞的中文含義，它是計算機圖形學、人機接口技術、傳感技術、多媒體技術、網絡技術、仿真技術等多種技術的集合，是具有挑戰(zhàn)性的交叉技術，它是仿真技術的重要發(fā)展方向。虛擬現(xiàn)實技術主要包含：模擬環(huán)境（由計算機生成的、動態(tài)的、實時的、逼真的三維立體圖像）；感知（包括視覺、觸覺、聽覺、味覺等）；自然技能（人頭部的轉動、手勢以及其他人體動作）；傳感設備（三維交互設備）。具體來說，虛擬現(xiàn)實就是用戶與計算機之間的一種比較理想化的人機界面形式，它以計算機技術為核心，運用多種技術手段，生成一種逼真的虛擬環(huán)境。用戶只需借助專業(yè)的傳感設備便可以進入虛擬環(huán)境，并與虛擬環(huán)境里的對象進行交互，從而產生一種與真實環(huán)境相同的感受和體驗。虛擬技術具有如下特征：

1）交互性，是指虛擬現(xiàn)實環(huán)境中被操作對象的可操作程度以及用戶從虛擬現(xiàn)實環(huán)境中得到反饋信息的自然程度。用戶通過借助各種專業(yè)設備，比如數據手套、頭盔顯示器等與虛擬環(huán)境中的操作對象進行交互。計算機根據用戶的手、頭、眼睛、語言以及肢體運動，對系統(tǒng)的圖像和聲音進行調整，使用戶得到一種真實的體驗感受。

2）沉浸性，計算機虛擬現(xiàn)實技術對現(xiàn)實中的事物進行逼真的模仿，使用戶產生如同面對真實事物的感覺，如同置身于真實場景中，并由觀察者的角度轉變成了直接參與者，仿佛自己也是虛擬環(huán)境中的一個組成部分，沉浸于虛擬世界中。

3）多感知性，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)具有聽、觸、動、視覺的反應和傳感裝置，用戶在虛擬環(huán)境中能夠獲得聽覺、觸覺、視覺等多種感知，進而有一種身臨其境的感覺。

2計算機課程教學情況

通過分析，計算機課程教學主要有以下幾個特點：

1）信息技術的飛速發(fā)展，促使計算機課程內容需要不斷進行更新。

2）計算機課程是操作性及實踐性要求非常強的課程，需要理論與實踐緊密結合。

3）隨著社會的進步，信息技術的應用已經滲透到了各個領域，各行各業(yè)有效利用信息技術是必然要求。因此，計算機課程教學需要與時俱進，還要科學合理地選擇教學模式。由于部分學生對計算機的認識不夠，而又沒有較系統(tǒng)地學習計算機課程；所以他們認為計算機課程學習難度較大，而且由于區(qū)域教育水平的差異性，學生知識水平不太均衡，使得教師在教學時不太容易確定課程的教學方式。與此同時，計算機課程較為抽象，理論知識的學習須在實踐操作中得以體現(xiàn)，才能讓學生直觀地學習課程內容，但目前部分學校理實結合的學習還存在一定難度，這讓部分學生要么難以理解理論知識，要么掌握了理論但不懂得如何實踐操作。教師在教學時，通常利用軟件模擬操作或者使用電腦直接演示，將內容直觀地呈現(xiàn)給學生，更利于他們掌握學習的內容。但是，由于部分學校課程安排等原因，這些內容的學習間隔時間可能較長，連貫性不夠且又沒有進行實操，導致部分學生在理解時往往出現(xiàn)偏差。

3計算機虛擬現(xiàn)實技術在計算機教學中的優(yōu)勢

計算機虛擬技術在計算機教學過程中具有以下幾方面的優(yōu)勢：

1）逼真，通過利用虛擬現(xiàn)實技術的軟硬件系統(tǒng)，為學生搭建一個逼真的虛擬環(huán)境，對學生聽覺、觸覺、視覺等多種感官形成一種刺激，激發(fā)學生的大腦，使其在非常興奮的狀態(tài)下接受信息，這樣有利于提高學生的注意力，增強記憶。

2）交互，學生利用虛擬手套、虛擬頭盔等傳感設備的瞬時反饋，完成與虛擬環(huán)境中的老師之間的交互，老師也可以通過及時處理和加工學生的反饋信息，構建一個更加適合學生、更能激發(fā)學生學習積極性的虛擬環(huán)境。

3）合作，在虛擬環(huán)境中學生可以互相合作、相互探討、共同交流，老師也可以對學生學習情況進行觀察和了解，對學生學習過程中存在的不足進行糾正和指導，還可以直接參與到學生的合作、交流中，進一步激發(fā)學生潛能。

4在計算機教學中計算機虛擬技術的具體應用

4.1虛擬現(xiàn)實技術在計算機理論教學中的應用

計算機是一門實踐性較強的課程，單憑老師的講述很難讓學生對知識有一個深刻的認識，而虛擬現(xiàn)實技術的引入則可以讓抽象的知識變得更加形象、具體。比如，在對計算機結構和組裝過程進行講解時，教材中的文字和圖片很難讓學生對組件結構和組裝過程有形象、直觀的了解。大部分老師都會帶學生到實驗室結合具體的計算機實物進行操作與指導。雖然這種方法可以讓學生切身感受到計算機的組裝過程，但在實際操作中還是存在一定的弊端。比如，老師沒有充足的時間對每位學生都進行現(xiàn)場指導，而學生們也希望能夠按照自己的想法去進行實踐。為了更好地解決這些問題，可以嘗試利用虛擬現(xiàn)實技術來學習這些教材內容。VR技術可以將圖片、聲音、動畫、文字等媒體表現(xiàn)形式進行有機地結合，通過巧妙地設計制作出具有沉浸感和交互性，并且生動活潑的教學課件，以滿足學生可以從多種角度進行學習和實踐的教學要求。同時，還可以給學生營造一種仿佛置身其中的感覺，使他們能夠更好地理解課本內容。在“操作系統(tǒng)”這門課中，進程管理和處理機調度是比較難理解的地方，尤其是生產者和消費者以及死鎖問題。老師可以結合3Ds Max制作VR課件，將生產者和消費者以及死鎖問題的原理利用課件形象生動地展示給學生，使學生對其原理有一個深刻的理解。在進行數據結構的講解過程中，常見的數據結構的算法思想較抽象，在演示時不容易讓學生掌握，這也是計算機課程教學里較為困難的一點。這個時候，也可以通過使用VR技術來進行處理，把抽象的算法過程直接地呈現(xiàn)給學生，便于學生的理解與掌握。在講解信息編碼、二進制以及十進制這些基本概念時，也可利用虛擬現(xiàn)實技術制作一些游戲案例，這樣既可以激發(fā)學生學習興趣，又可以通過游戲中設置的問題來提高學生主動思考問題、解決問題的能力。

4.2虛擬現(xiàn)實技術在計算機實驗教學中的應用

虛擬現(xiàn)實技術可以生成計算機實驗教學中所需的實驗系統(tǒng)，包括實驗對象、實驗儀器設備、實驗室環(huán)境，還有自評、測試、導航等實驗信息資源。既可以利用虛擬技術虛擬出一個構想的實驗室，也可以重現(xiàn)某一現(xiàn)實的實驗室。比如，在計算機操作系統(tǒng)安裝以及調試實驗中，可以使用VMware軟件創(chuàng)建出一臺和真實計算機相同的虛擬機，這種虛擬機具有獨立的硬盤、操作系統(tǒng)和內存空間，并且獨立運行，所以即便某臺虛擬機出現(xiàn)了故障，也不會對物理機和其他虛擬機產生影響。而且它的投入成本較低，安全性較高。每臺虛擬機都可以根據用戶的需要安裝不同的操作系統(tǒng)，比如Linux、Windows，可以滿足多種學習要求，真正實現(xiàn)了一機多用。當然，如此所構建的虛擬網絡實驗室并非十全十美，也是缺在一定缺陷的，如：虛擬機的啟動速度相對較慢且各虛擬機之間的交互性也需改善。但是虛擬網絡實驗室的優(yōu)勢也是非常明顯的，相較于傳統(tǒng)的物理網絡實驗室，每臺虛擬機具有很好的獨立性和隔離性。同時在對虛擬機進行使用的過程中，學生都具有管理員身份，因此學生具有實際的上機體驗。另外，虛擬機在配置設定之后不會受到其他虛擬機的影響，所以在資源分配方面更加合理。而且虛擬機的適應性較強，當計算機實驗教學要求發(fā)生變化時，只需改變虛擬機的配置即可，不需要再另購計算機設備，進而節(jié)省了教學成本。除了虛擬機，還可以利用虛擬現(xiàn)實技術模擬其他的實驗環(huán)境。比如，在電子商務課程的實驗中，可以對商務環(huán)境進行虛擬，讓學生切身感受到現(xiàn)場交易的氣氛，并且參與到交易過程中。在數字電路課程的實驗中，可以利用虛擬的電路器件來進行電路設計，免去了購買器件的費用。在建設廣域網和城域網的教學實驗中，可以利用VR技術模擬出一個真實的網絡環(huán)境，學生可以親身體驗，如同現(xiàn)場操作一樣。通過虛擬實驗室來進行計算機實驗操作，既可以節(jié)省實驗時間，又能夠達到真實、直觀的實驗教學效果，尤其是對于那些具有一定隱蔽性結構原理的講解以及無法重組的儀器設備的仿真訓練，計算機虛擬現(xiàn)實技術有效避免了真實實驗操作所可能發(fā)生的危險，減少了設備投入方面的開銷。

5結束語

計算機虛擬現(xiàn)實技術在計算機教學中的應用越來越廣泛，尤其是在實驗教學中，它不僅可以降低教學成本、節(jié)省教學時間，而且還可以為學生提供好的實踐操作機會，創(chuàng)造了良好的教學環(huán)境，提高了教學質量。因此，應當推廣計算機虛擬技術在計算機教學領域中的應用，使計算機教學水平再上一個新臺階。