基于VR技术的网络仿真课件的应用与研究

李和香　潘美莲

摘要：随着网络技术的迅速发展和新媒体技术的普及，虚拟现实技术在各个领域的应用更加广泛。如何利用VR技术应用于课程的网络教学课件从而提高教学效果，成为众多学校关注的问题。该文在《Java程序设计》教学实践的基础上提供了一种可用于网络虚拟仿真教学的技术探讨，谈论如何利用VR技术制作仿真教学课件，并应用于课程的教学中，使传统的教学模式有所创新。

关键词：虚拟仿真；教学课件；VR

中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044（2012）30-7252-02

虚拟现实（Virtual Reality，简称VR，又译作灵境）是近年来出现的高新技术，也称灵境技术。虚拟现实是当代信息技术与其他技术集成的产物，是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，是一种高级人机交互技术。这种模拟具有最基本的特征：沉浸感（Immersion）、交互性（Interaction）、想象性（Imagination）。VR技术广泛应用于各个领域，如视景仿真、军事训练、城市规划、教学课件的制作等等。

在现代信息化高速发展的环境下，为了提高教学效果很多教师都逐步开始应用现代计算机的技术来辅助教学，比如应用 Authorware制作具有内容丰富的课件；应用 Flash技术制作虚拟仿真教学课件；应用虚拟现实技术制作具有交互功能的学习系统软件等等，本文采用先进的VR技术来建设网络仿真课件从而辅助《Java程序设计》课程的教学实践。

1 使用VR技术制作网络仿真课件的优点

在多年的《Java程序设计》课程的教学实践中，我们应用了很多方法进行了教学改革尝试，我们感觉其各有所长。根据《Java程序设计》课程需要大量的实操训练、算法较难理解等特点，因此为了提高学生的实际操作能力，我们应用虚拟仿真技术来制作带有交互功能的教学课件，使学生能超越时间和空间的限制，加强对《Java程序设计》课程的动手能力的培养，学生完全可以像玩游戏一样来体验Java程序设计中的算法思想和编程，这将极大的提高学生学习《Java程序设计》课程的兴趣。

1.1 新型的学习方式

虚拟现实应用于教育是教育技术发展的一个飞跃。它营造了一种“主动学习”的软件环境，这是一种新型的学习方式，学生通过自身努力与虚拟环境的相互作用来获取到知识、技能，学习者在不知不觉中就能学到了JAVA程序设计语言的知识，改变了以往传统的“以教促学”的学习方式。

1.2 远程网络学习

基于 WEB的学习方式是一种新兴的教学方式，我们可以把虚拟仿真课件放在学校的校园网上，同学们可以不再受时空的限制，在任意时间任意地点只要能连上网络，用自己的学号密码登陆就可通过网络获得《JAVA程序设计》这门课的各种教学资源进行自主学习。

1.3 功能强大、交互性强、使用方便

与 Authorware、PowerPoint、Flash 等软件比起来，VR技术制作的课件功能上更加强大，最重要的是三维效果和交互性更强。

我们利用三维建模技术和虚拟仿真技术开发出来的仿真课件，针对学生好奇心强，喜欢玩游戏的特点，使学生可以像玩游戏一样去学习，并可实现学习者对Java知识的主动探索，激发学习的兴趣。

利用VR技术可实现虚拟仿真交互的实验，可将算法演示等用交互演示，可实现对Java编程实验流程体验，学生可以像在真实的实验环境下去学习编程，如果编写程序代码错误的话，会有错误的提示，编写程序正确才能得到正确的输出结果。

同时，我们用的虚拟现实软件VRP也可以嵌入各种多媒体软件中（包括Director、AUTHOWARE等），成为一个集图片、动画、视频、声音、Flash、菜单、三维互动等多种表现手段为一体的多媒体应用程序。这就使得导出后的文件很容易在网络上发布共享，功能强大，使用方便。

2 应用VR技术制作《Java程序设计》虚拟仿真交互教学课件的设计思路与实践

根据多年来《Java程序设计》课程的教学经验，我们认为这门课的仿真交互教学课件可以制作为如下几种类型：1） 用于仿真交互自学的课件；2） 相关知识点和实践内容集成课件；3） 利用屏录软件制作视频课件。

以《JAVA程序设计》课程为例，我们把这门课程以典型的项目开发任务为载体，循序渐进地组织教学内容，将必需够用的Java知识融入项目中，按照“教学做”一体化的教学模式来组织教学。在项目的选择上，我们选取了小游戏的开发比如“贪吃蛇”，“龟兔赛跑”游戏，餐饮管理系统等，在课堂上引入游戏的开发项目，既能让学生体验到程序设计的乐趣，又能让学生学习到与实际应用想一致的知识。每堂课都按照“引导任务”——“知识解析”——“实训任务”这一过程展开。为此在虚拟仿真交互教学课件的设计与实现中，我们进行了如下的教学改革。

2.1 用于虚拟仿真交互自学课件

充分调动学生的自主学习兴趣是我们制作仿真课件的目的，本课题强调学习过程以学生为中心，充分发挥学生的自主学习性，使学生能积极主动地建构他们自己的知识体系，所以仿真课件设计中让学生以玩游戏的心态主动参与。学生可以依据所学的Java语言的知识来实现自己编程实现“贪吃蛇”、“连连看”、“龟兔赛跑”等游戏，如果某些代码不正确导致无法运行的话，还有按钮可用来提示所需知识的要点，要求学生能在出错后明白错在哪里，下次自主学习的时候就能避免错误，从而掌握《Java程序设计》课程的基本知识和提高实操动手能力。

2.2 相关知识点集成教学课件

配合项目化驱动的课程内容我们制作了《Java程序设计》网络仿真教学课件。在传统教学中教师往往注重Java语言的基础知识的讲解，采取将内容用幻灯片演示，配以程序讲解加以介绍，这种方式有些呆板枯燥，学生上课容易走神、不易理解学习内容，学习没有兴趣。因此我们采用VR技术制作动态教学课件，比如：动态演示Java算法的运行过程，并把关键的知识点配以文字进行知识解析。

上课时当我们用幻灯片屏幕演示教学内容，需要讲解某个算法时，可先让学生多次观看交互课件，理解算法的思想后，再看程序代码就容易理解了，而且我们的网络仿真课件包含了Java程序设计的所有相关知识点以及很多的参考资料，能起到事半功倍的效果。

2.3 利用屏录软件制作课件

为了便于学生课后自主学习，我们充分发挥网络优势，将《Java程序设计》课程各小节及编程需要掌握的重要知识点利用屏录软件制作成流媒体文件（可为FLASH 或是其他类型），放在网站中供学生下载。当学生点击相应内容，可下载或是在线观看，Java程序设计这门课需要掌握的知识点的音频、视频学习文件，将促进学生对《JAVA程序设计》课程的学习兴趣，同时可以操作控制按钮，对没听清、不理解的内容反复观看，可以大大提高学习质量。

3 《Java程序设计》课程的教学实践

《Java程序设计》课程是一门逻辑思维强、实践性也很强的课程，特点是教学内容多、难以理解，要求学生通过这一课程的学习，能提高编程能力和逻辑思维能力。然而本门课授课学时仅仅几十个学时，在这么短的时间内很难使学生完全掌握课程的所有内容。那么如何提高课内教学质量以及课外辅助教学效果成为我们对本门课程进行教学改革的思路。

在教改实践中我们采取如下作法：

3.1 在课堂讲授中理论和实践相结合

在课堂讲授中，每堂课都制定一个教学目标，需要掌握的知识点，讲解案例的时候要特别强调这些知识点。 学生理解了必要的理论知识以后，课堂上及时进行实践应用。

选择具有多媒体教学和实践功能一体的多媒体机房。教师和学生每人一台计算机，教师讲授案例和理论知识的时候，用屏幕广播软件进行控制演示，在课堂上学生及时动手实践，消化吸收，提高动手编程的技能。

3.2 利用仿真课件辅助教学

为了通过仿真课件的相应学习模块激发学生学习热情和兴趣、扩展学生们课外知识面。我们开发出网络辅助教学系统——Java程序设计的虚拟仿真课件。其中的“算法演示”模块包含各知识点的动画演示教学课件；“学生自学”模块是以模拟企业真实的项目开发为参考，项目下又细分了具体的单元知识，完全从工作过程来解析课程的知识点。“教师授课”模块是以教材授课的小节为单位的屏录FLASH课件；为了方便学生对课程内容的学习，将实验要求和实验指导放于网站“实践指导”模块，便于学生实验前预习和复习，使学生对实验的全过程做到心中有数。

3.3 运用网络仿真课件巩固及测试学习效果

我们提出网络仿真课件辅助教学的教改模式，在《Java程序设计》虚拟仿真课件网站的“习题解答”和“疑难解答”库中含有大量习题及各种疑难问题解答，并且学生可输入关键词搜索相关知识点的问题，缩小了查找范围。通过网络仿真课件辅助教学可有效激发学生的学习兴趣，促进学生对相关知识的不断温习，也能测试学生的学习效果。这门课的期末考核成绩构成为：平时的实验考核在最终的课程成绩中占据30%，平时的出勤及“回答问题”等课堂表现20%，占而期末的测试内容也以实操为主，并在最终的课程成绩中占据50%。

参考文献：

[1] 时雷. Java程序设计课程教学分析[J].计算机教育，2010（10）.

[2] 王宛平.Java程序设计教学改革研究[J].电脑知识与技术，2010（26）.