浅谈虚拟现实技术在计算机教学中的应用

王静蕾

（郑州旅游职业学院，河南 郑州 450009）

一、计算机实验教学中存在的问题

计算机专业是一个既注重理论知识又注重实践经验的专业,此专业的学生既要学习好理论知识，还要加强自身动手实践能力的培养。然而在笔者多年的计算机教学实践中发现，计算机实验教学中普遍存在的一些问题。主要表现在以下几个方面：

第一，计算机实验涉及很多抽象的原理、定义和协议的知识。这些知识学生们学习起来比较困难，要准确掌握它们的动态运行过程更是难上加难。在传统的计算机实验中，往往是以教师为中心来实施的。教师讲解理论知识在做实验展示，学生们看教师把课本上的实验步骤演示一遍，再在课下把这一实验过程按部就班地写成实验报告。在这个过程中，学生们既没有和教师互动的环节，也没有自己动手的机会。

第二，计算机实验教学中必须的实验设备缺乏或不能及时更新。由于计算机实验中所需要的设备一般价格都比较昂贵，或者一些网络技术和产品更新换代的周期比较短，比如说网络协议分析和路由器等这些实验设备价格就比较高。由于学校往往出现经费不足的现象，学校不能及时更新换代一些技术和产品，从而导致计算机实验所必需的硬件和软件缺失。

第三，管理计算机实验环境的工作比较繁重。由于计算机实验过程中需要不同的软件和操作系统，因此学生们在进行实验时需要不断地设置和修改系统。一些非故意的操作错误就会对系统产生不同程度的破坏或对实验环境造成一定的影响，这都会进一步导致维护和管理计算机实验的工作量增加。

第四，学生不能灵活掌握计算机实验的时间和空间。由于计算机实验一般都要在传统机房中进行，学生们必须按照课程安排才能进入机房，并且不能随便改动机房中的软硬件设备，这就不能满足计算机这门学科对学生们动手能力的要求。教师在讲授计算机实验过程中，有时需要学生们进行重新装置系统的练习，有时需要他们格式化分区，有时需要练习路由器设置等等。一旦学生们私自改动，就会破坏实验环境的秩序，而这种不灵活的传统实验环境不利于提高学生的学习的积极性和主动性，限制了学生的动手能力和创新思维的培养。不得不直视的是，这个矛盾在大部分高职院校中都普遍存在。

第五，学生们在进行计算机实验过程中存在着一些安全隐患。安全是各个院校在教学工作中的重中之重，是每位操作者和学生不可忽视的问题。然而，在计算机网络实验的过程中往往会存在一些不可避免的安全隐患，这些隐患一旦发生，就会带来不可逆转的重大损失。

因此，高职院校应该引进新的计算机实验教学模式。随着科学技术的不断进步和发展，计算机技术和网络与教育的关系越来越紧密，为发展现代教育也带来了机遇和挑战。虚拟现实技术就是这样的一种新的计算机实验教学模式，它象征着信息化教育的发展方向和前景，为计算机教学带来了美好的发展未来。

二、虚拟现实技术

1.虚拟现实技术

所谓“虚拟机”，就是将虚拟技术应用到计算机上所模拟出来的具有相对独立性的逻辑计算机。这种逻辑计算机和物理计算机具备相似的属性，它完全是由软件模拟创造，又能完全实现物理计算机的各项功能。每台虚拟机不仅拥有一套完备的硬件装置，而且还有互相独立的应用程序和操作系统，每台虚拟机可以单独运行系统而不被其他机器所干扰。学生们可以在虚拟机上像在计算机上一样进行格式化练习，安装软件和系统等操作。在虚拟系统失效后，可以直接将其删除而不对本机系统产生影响，同样本机系统失效后可以通过重装来恢复以前的虚拟系统。不同的操作系统可以通过虚拟机在同一台电脑上使用，甚至多个虚拟机也可以在同一台电脑上运行。

2.虚拟现实技术的特征

和传统的物理计算机相比较，虚拟现实技术的特征主要表现在以下几个方面：有“身临其境”的体验感；有“置身其中”的感知性；有友好的人机互动性；有引发人联想的构想性。

基于虚拟现实技术的上述特征，使用者可以将虚拟系统和仿真的环境进行顺畅的互动。操作者可结合自身对事物的认知管理和感知能力，充分发挥想象力和动手能力，在虚拟系统中充分地练习计算机教材中的内容。

3.虚拟现实技术的分类

根据虚拟现实技术的不同功能，可以开发出不同的虚拟系统。主要有桌面式虚拟系统、沉浸式虚拟系统、分布式虚拟系统这三个类型。在高职计算机教学中使用最多的是桌面式虚拟系统。

桌面式虚拟系统是通过软件的编程在计算机显示器上展现一个三维的场景，学生们可以用鼠标、键盘灯设备和这个虚拟的场景进行互动。这一系统的优点在于，其成本比较低、结构比较简单，学习和使用起来比较容易。更为重要的是，它可以突破传统计算机实验教学在时间和空间上的限制，拓展计算机实验的广度和深度，避免操作者和学生在计算机实验过程中可能造成的伤害，也减少对计算机实验环境和实验设备造成的损失；而其缺点在于，由于学生们要通过屏幕和显示器上的虚拟世界进行互动，所以因受到外部环境的影响而不能全身心地投入其中，从而影响学习效率。

三、虚拟现实技术的应用

1.虚拟技术在计算机实验中的应用

虚拟技术在计算机实验中的应用主要表现在以下几个方面：

（1）基础系统实验：比如说BIOS设置、分区格式化、DOS命令；Windows、Unix等操作系统的使用和配置等以及使用、安装和测试不同的应用程序。

（2）信息安全实验：Windows中基本的安全实验；木马、病毒等攻防类的实验、扫描端口和漏洞等。其中包括操作查找病毒的工具、杀毒防火墙的软件等实验等。

（3）计算机网络实验：配置局域网，如控制桌面远程和共享、共享不同操作系统之间的资源；配置服务器，如访问和配置文件服务器的实验、访问和配饰DNS服务器的实验、访问和配置Web和FTP的实验等。

（4）配置网络设备的实验：测试盒配置交换机，划分交换机上的VLAN，测试盒配置交换机上的VTP、VLAN等参数；操作路由器的实验；远程访问等基本实验等。

虚拟现实技术还可以虚拟学生在学习过程中提出的各种假设模型，将他们假设的效果和结果在虚拟系统中直接地展现出来，便于他们修改和观察。通过虚拟现实技术在计算机实验以上几个方面的运用，可以有效提高学生们的创造能力，并激发他们的创造性思维。

运用虚拟现实技术进行计算机实验，可以大大减少实验的时间，学生们通过虚拟实验对抽象的原理结构和不可重组的精密装备进行仿真实验，既有利于获得真实直观的使用效果，又有利于减少真实实验的损失。另外，虚拟实验具有很大的共享性和科学性，使得教学项目的改变较容易，实验技术和教学内容能够及时更新。但是，计算机虚拟实验并不能完全取代真实的计算机实验，因为虚拟实验毕竟是虚拟的实验，学生们在操作的过程中缺乏实物感。就像在网上看书和看真实的书一样，人们一般会感觉看真书更有实在感。在虚拟实验中，学生们虽然可以进行基础系统实验、信息安全实验、计算机网络实验、配置网络设备实验等多个方面的实验练习。但在现实生活中他们接触到这些设备时往往还有力不从心的感觉，不知该从何处下手。因此在具体的计算机实验教学过程中，教师应引导学生虚实相结合，并有目的地安排学生在真实环境中进行计算机实验。只有对实验的设备有亲身的体会，才能加深他们对实验的记忆，从而提高计算机实验教学的实效性。

2.虚拟技术在计算机教学上的应用

（1）将计算机课堂上抽象的原理、定义形象化

计算机这门学科本身就拥有逻辑性强和实践性强的特征，学生们对教材上的知识点理解起来比较困难。因此，授课教师可以用3D虚拟技术来准备课件，从而很好解决学生们难理解这一问题。

比如说，在讲授《计算机组装与维护》时，这一部分内容的难点和重点是让学生们了解计算机内部各个组件的结构并熟悉组装计算机的过程。在传统的教学过程中，教师往往一边讲解教学内容一边播放资料图片，这种方法直观性比较差，学生们往往只记住了某个硬件设备的侧面，而不能完全呈现整个计算机组装的动态过程。有的教师还会用实物来进行讲解，然而这种教学方法忽略了培养学生们实际动手的能力，甚至坐在后排的学生无法完全看到教师的实物展示过程。有的教师用播放视频的方式来进行教学，然而在整个视频播放过程中，学生和教师互动的机会比较少。因此，教师可以3D虚拟技术准备课件，将动画、声音、图片等表现形式有机结合起来，设计出互动性强、生动形象且富有感染力的课件，提高学生学习的主动性和积极性，满足学生提高实践能力的需求。

又比如说，在讲授《数据结构》这一个部分内容时，由于计算常用数据结构的算法比较抽象，学生学习和理解起来比较困难。教师就可以利用3D虚拟技术将一部分内容制作成直观形象、容易理解的课件。如递归算法需要用函数或子过程来实现，学生们理解起来比较困难。3D虚拟技术就可以把这一内部情况形象、直观、动态的表现出来，这样学生们理解起来就比较容易了。另外，教师在讲解树和图的遍历这一部分的内容时，也可以通过3D虚拟技术从可视的角度来引导学生们观察遍历的顺序，让学生们对这一过程有更生动的观察，从而加深对这一内容的记忆。Hanoi塔、树和二叉树概念的区别等问题都可以通过虚拟现实技术将其更形象生动地展现出来，从而有利于教师的讲解和学生们的理解和记忆。运用3D虚拟技术不仅能使得计算机教学工作变得轻松有趣，而且有利于提高计算机课堂的实效性。

（2）为计算机实验教学提供便利

上文中提到传统的计算机实验中往往存在必需的实验设备缺乏或不能及时更新、管理计算机实验环境的工作比较繁重、学生能不能灵活掌握计算机实验的时间和空间等方面的弊端。而虚拟现实技术在计算机实验中的广泛应用，可以在很大程度上缓解以上难题。

比如说，机房管理人员或者教师可以将虚拟技术安装到实验室的计算机上，或者指导学生们将虚拟程序安装在学生个人电脑上。当学生们再需要进行电脑重组、格式化分区、路由器安装等练习时，可以用安装在计算机上的虚拟程序来取代实物练习，或者学生可以根据自己的时间安排在自己的计算机上进行练习。虚拟现实技术在计算机实验教学中的应用，既减少了学校实验和管理成本，又提高了学生们计算机实验学习效率。

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