虚拟现实技术在计算机实验教学中应用的研究.doc

虚拟技术在计算机实验教学中应用的研究

《虚拟技术在计算机实验教学中应用的研究》作为校本课题于2008年6月立项。课题组共有10位主要成员，2008年6月举行了开题会议，制定了《虚拟技术在计算机实验教学中应用的研究》研究方案，确定了课题的预期目标、研究方法、具体工作进度等详细方案。目前本项目进展顺利，课题已进入实质性的实验研究阶段，并已取得了阶段性的实验成果。为此特提出结题申请。

课题提出的背景
计算机实验教学是整个计算机专业教学中的重要环节，实验教学改革是计算机专业课程体系改革的重要组成部分。实验课教学是为了检测、验证学生获取新的信息，通过技术性操作来观测学生动手能力，发挥学生创造性和独立思考、分析解决问题的重要课程。为适应计算机技术的迅猛发展，计算机课程实验内容必须要不断地更新，但随之带来了种种严峻的问题，平均不到两年，设备的配置就已无法满足学生的创新实验需要，由于设备仪器的被动淘汰，必然产生大量的更新需求，因此，高额的硬件采购费用始终是中职学校实验教学大踏步发展和改革的瓶颈。
传统实验教学方法无法将抽象概念理论形象化、直观化，不容易达到帮助学生理解抽象概念的目的；部分带有危险的真实实验或操作，学生无法直接参与，无法获得感性认识；另外设备经常拆装，元器件的损坏也很严重等。面对这些问题，我们需要更新教学理念，开创新的教学教育环境，采用新的教育技术形态。

课题研究的主要内容
本研究课题通过调查学校计算机实验设备的现状，分析虚拟技术的应用，提出建立一套基于虚拟技术的计算机实验教学的新方案，从而减少硬件设备的更新换代，使学生能够感受虚拟实验室的效果，帮助学生对所学内容的掌握，并将该技术的研究应用到计算机专业实验课程体系项目中。

课题研究的方法与步骤
本课题主要采用调查法、文献法、分析法等方法。
课题的研究分为四个阶段。
第一阶段：分析课题的含义，弄清课题研究的方向和主要内容，然后进行分工（时间为：2008年6月）。
第二阶段：调查学校计算机实验设备的配置情况，分析其中的不足和需要改进的部分。（时间为：20008年7月）
第三阶段：学习、分析虚拟技术的应用情况（时间为：2008年8月）。
第四阶段：结合计算机实验教学的要求，采用虚拟技术，进行虚拟机、路由器模拟器、虚拟实验室的开发与应用研究，确定适合我校教学的一套基于虚拟技术的计算机实验教学的方案（时间为：2008年9月-11月）。
课题研究的主要过程
1、调查计算机实验教学设备
在计算机实验教学中，加强学生实践技能的培养是最受重视的问题，目前在计算机教学过程中基本上都采用多媒体课件教学以及结合教师演示来进行，教师配合课件及当场的操作演示，让学生学习和掌握实践技能，然而，在教学中也遇到一些问题，主要原因如下：
1）计算机组装和计算机网络两门核心课程的实验设备极其缺乏。计算机组装实验室只有一些以前购置的旧配件，已经过时，即使硬件上能够组装成功，也不能安装合适的软件来运行。计算机网络实验室只是简单的交换机，学生只能进行网线的制作、简单的对等网的连接，复杂一点的网络实验根本无法进行。
2）学校的机房通常都由机房管理员进行统一安装，通常都通过硬盘保护软件来实现对计算机系统的保护，所以机房的计算机一般是不允许学生动手来安装操作系统，更不准对系统和硬盘进行更改设置操作。即使学生自己有计算机，配置也比较高，但也很少有学生在自己的计算机上进行频繁分区，格式化，安装操作系统等操作。如果经常对计算机硬盘进行分区和格式化，也会影响到计算机的硬盘使用。如果想在系统里面进行一些与操作系统有关的“危险”性操作，在学生自己的计算机上操作很可能就会破坏原来的系统，甚至数据。
3）学生在只有一台计算机的情况下，通常做网络实验就无法进行，至多也就是做一些上网实验。
2、分析虚拟技术的应用情况
虚拟现实（VR—VirtualReality）是通过多媒体技术与仿真技术相结合生成逼真的视、听、触觉一体化的虚拟环境，用户以自然的方式对虚拟环境中的对象进行体验和交互。
1）虚拟技术特点：
临场感：用户感觉到沉浸在浏览器中所呈现的虚拟环境中。
多感知性：用户能以视觉、听觉等多种形式感知信息。
交互性：用户能以接近自然的习惯，用常规的输入输出设备对虚拟环境中的物体或场景进行操作和得到反馈。
真实性：虚拟环境中的物体运动接近符合物理定律。
高效率：虚拟环境中三维空间的建立和显示不过分依赖客户机的硬件性能并可实时渲染，所需传输的数据量小且可流式传输。
2）虚拟技术的作用：
（1）知识学习。在教学中，学生对网络VR技术所表达的教学内容进行交互，从而学习相关的知识。采用网络VR技术表达教学内容可以使学生在浏览器中观察到在现实生活中不能或不易观察到的现象或事物，并提供了极为自然的理想观察模式。
（2）激发创造。通过VR技术