虚拟现实技术在《大学计算机基础》教学中的应用

梁肇敏+陆晓

摘 要： 虚拟现实技术作为二十一世纪的热门技术越来越受广泛的应用，在教育领域也发挥着越来越重要的作用，本文对虚拟现实技术概况、特点进行了相关介绍，探讨了虚拟现实技术在《大学计算机基础》课程中的应用。

关键词：虚拟现实技术 大学计算机基础 教学方法

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2017）05-0203-02

21世纪是一个信息的时代，计算机从最开始在实验室里科学家的工具普及到现在的家家户户，逐渐改变了我们的交流方式和生活习惯。而掌握计算机相关基础知识，学会操作计算机是大学生应有的素质。《大学计算机基础》作为我国高校为非计算机专业大学生开设的一门公共基础课，旨在让大学生掌握计算机基本知识和操作。该课程理论知识抽象又有很强的实践操作性，课程知识更新速度快，传统的教学手段难以满足课程教学的需求。教育工作者不断的尝试将图像、视频、多媒体等新的技术加入的计算机基础教学中来，而虚拟现实技术作为一门新兴的技术，对搞好大学计算机基础课注入了新的动力。

一、《大学计算机基础》课教学存在的问题

1.《大学计算机基础》课程概述

《大学计算机基础》课程的目的是让大學生了解计算机相关知识和拥有常用软件操作能力，使大学生具有一定的信息素养为今后应用计算机解决实际工作中的问题打下一个坚实的基础。课程包括计算机的硬件、网络、多媒体技术、数据库、程序设计、信息系统安全等方面的常识性知识，是大学生新生入学后首先学习的基础课之一。

2.《大学计算机基础》教学特点

《大学计算机基础》课是一门既注重理论知识又具有很强的动手实践性的课程，根据本人对教学经验，总结计算机教学有以下几个特点：

2.1《大学计算机基础》课程内容更新快。科技发展日新月异，特别是计算机领域，知识更新速度比较快，课程内容跟随计算机领域科技发展而更新，所以课程内容不会一成不变。

2.2《大学计算机基础》课程实践性，操作性很强。计算机基础课程教授的内容相当部分是如计算机工具软件的使用等实践性，操作性很强的知识，需要同学在实际动手操作实践才能更好地掌握。

2.3《大学计算机基础》课程涵盖范围广，知识点多。计算机基础课程不像计算机专业课程那样只针对计算机某个领域，而是涵盖了涉及计算机的各方面知识，面广但不深入，知识点多，需要老师做出努力，将各方面知识连贯好，才能更好地教授给学生。

3.大学计算机基础课教学存在的问题

3.1大一新生进入大学前，没有系统学习过计算机知识，甚至有些偏远山区的学生根本没有接触过计算机导致学生计算机基础水平参差不齐，教师在教学中很难找一个好的适合所有学生的方法。

3.2《大学计算机基础》课程涉及到很多抽象的知识，学生学习理解起来比较困难，而老师传统上就是在讲台上直接讲，学生在下面听，虽然会用到一些图片、视频等工具辅助演示讲解，但总体还是无法形象地呈现原理，学生学习起来比较困难。

3.3《大学计算机基础》课程实验需要的实验设备由于价格昂贵，更新速度快，但是学校资金有限，所以实验教学设备无法得到及时更新或者是没有。例如在计算机组成这章节里，教师一般以传统图片文字讲解，这样很难把计算机硬件组成讲清晰，最好能学生自己动手对计算机进行组装，这样才能更好的加深认识，，但是很多计算机实验室由于经费有限，无法提供到学生人手一台计算机进行组装和拆解。

二、虚拟现实技术

1.虚拟现实的概念

1965年，美国ARPA信息处理技术办公室（IPTO）主任Ivan Sutherland发表一篇名为《The Ultimate Display》的论文，提出了一个非常有挑战性的目标：将计算机的显示屏幕作为“一个观察虚拟世界（Virtual World）的窗口”，该窗口能逼真表现出景象、声音、事件和行为。这边论文的发表被人们认为是研究虚拟现实的开始。人们不断地利用计算机在屏幕中构建虚拟世界，用各种传感器来捕抓用户动作来表现虚拟世界的各种行为。随着计算机硬件和软件的不断提高，虚拟现实技术也不断发展，但是直到2014年4月，Facebook斥巨资20亿美元收购虚拟现实企业Oculus，才引起公众、媒体的强烈关注，虚拟现实从此走入爆发式发展。

虚拟现实技术（Virtual Reality，VR）也可以称为灵境技术或人工环境，是利用计算机图形学、传感器、人机交互等先进技术综合起来，构建起一个虚拟环境，用户借助计算机相关设备从视觉、听觉、触觉与虚拟环境进行自然地相互作用、相互影响。使用户感觉自己如同在真实环境之中。

2.虚拟现实的特征

2.1沉浸性

虚拟现实技术是计算机根据现实环境模仿出逼真的三位立体环境，用户通过佩戴头盔等交互设备与虚拟环境进行视觉、触觉、嗅觉的交互，使用户在虚拟环境当中犹如真实环境一样。

2.2交互性

虚拟现实系统的人机交互是用户使用键盘、鼠标或者是使用特定地虚拟现实交互设备如头盔、交互手套等传感器与计算机产生的虚拟环境进行交互，计算机根据用户的视觉、听觉、触觉等变化而反馈出不同的虚拟影像和声音从而达到用户对虚拟环境中的各种对象的交互。

2.3构想性

计算机通过虚拟现实技术把抽象概念的东西直观地表现出来，让人们能直接去形象地感受到。现实世界中不存在的东西也可以通过虚拟现实技术构想呈现出来，让人类的想象力无限延伸，不断创新。

3.虚拟现实的分类

3.1桌面虚拟现实

桌面虚拟现实是利用小型计算机进行对现实世界仿真，所有虚拟世界都通过计算机屏幕呈现，用户通过鼠标、键盘等输入设备与虚拟现实世界进行交互。由于用户是在电脑屏幕面前与虚拟世界进行交互，所以很容易受到周边现实环境的干扰，无法得到真实的现实体验，但所用的设备相对要求不高，成本相对较低，如果学校教育资金投入有限的情况下，这类虚拟现实系统不失为一个好的选择。

3.2沉浸式虚拟现实

沉浸式虚拟现实是利用头盔式显示器或其他设备，把用户的视觉、听觉和其他感觉封闭在一个虚拟的空间里，通过数据手套等传感设备实现交互，让用户身临其境完全沉浸其中。但沉浸式虚拟现实系统所需的设备一般都比较复杂和昂贵，在学校教育方面推广的话需要强大的资金支持。

3.3增强现实性虚拟现实

不同于虚拟现实技术（VR）试图完全替代真实世界，增强现实性虚拟现实（AR）是在现实世界基础上融合有利用计算机虚拟出来的虚拟景象，虚拟景象根据现实景象信息的变化而发生变化。增强现实性虚拟现实是现实世界的扩展。

3.4分布式虚拟现实

分布式虚拟现实是基于计算机网络把不同物理位置的不同用户通过网络相连到同个虚拟现实空间，共同体验同一个虚拟现实环境。多个用户可以实现对同一虚拟环境进行交互，达到协同工作分享信息的目的。

三、虚拟现实在《大学计算机基础》教学的应用

1.在《大学计算机基础》课堂教学上的应用

《大学计算机基础》课程有些知识点、原理比较抽象、实践性很强，老师教学上按传统的教学方法来讲授，学生被动地听，单向地传输知识，按照文本上的描述来理解没有实际的操作，这对原理的认识是比较抽象和困难的，无法达到很好的教学目的，而把虚拟现实技术加入到教学中来就很好地弥补了传统教学上的不足。

比如在计算机组成这章单元里，学生需要认识计算机硬件的各个组件和组件如何组装构成计算机的。教师在课堂上一般按照课本讲授课本内容，有些老师会加上一些组件的图片或视频辅助讲解。这种传统的讲授方式主观性比较差，学生无法形象地去理解。有些老师可能会在课堂上直接拿一台真实的计算机进行拆解讲解，这样相对传统的教学手段主观一些，但是缺少学生自己主动动手参与操作，老师只有一个人，不能手把手教每个学生，而且坐在后排的学生根本就看不到老师的演示讲解，教师与学生缺少互动，无法达到教学目的。引入虚拟现实技术可以很好地解决这个问题。利用虚拟现实技术把计算机各硬件虚拟展示出来，学生在虚拟的环境中自己动手组装，拆解，形象地认识计算机各组件的样子、位置、功能。学生沉浸在虚拟环境对虚拟计算机进行组装、拆解过程中遇到问题和想法就可以马上和老师进行沟通和交流，这样就加深了学生对原理的理解。

又如在《大学计算机基础》的信息检索单元中，很多学校老师是在这单元里嵌套介绍本校图书馆资源的利用，如何检索查到馆里找到一本书。一般老师在课堂上通过文字、图片、视频来介绍如何去找书，但在具体的找书、借书的整体过程无法形象地呈现在学生面前，学生只是被动听，没有主动参与到这个借阅过程来，这样比较难记得住，到最后还是知道如何检索、借书。借助虚拟现实技术，根据实际图书馆样貌建立虚拟图书馆环境，让学生在虚拟图书馆环境中漫游，模拟借还过程，这样，让学生能对图书馆的资源和图书借还过程有一个形象的了解。

2.在《大学计算机基础》实验上的应用

《大学计算机基础》课程需要做的有些实验可能会破环计算机实验室设备的本身的组成和配置，比如前面提到的计算机组成章节的实验，需要把计算机进行拆解组装，还需要把系统重新分区格式化等重新设置，这样会容易造成实验室的管理混乱，增加实验室管理难度。利用虚拟现实技术，把需要实验的设备虚拟化，学生虚拟地进行实验操作而不破化实际计算机设备，既不增加管理成本、减少学校对实验设备的资金投入又能让学生的实验操作效率和效果得到提高，而且还能减少学生在试验中可能造成的意外人身伤害，保证学生安全。

四、结语

虚拟现实技术作为一个新的技术，在医学、工业、房地产等领域越来越受到重视，在教育领域也有着广泛的应用，其沉浸性、交互性、构想性的特点能在高校教育中有着很好地发挥，相信在不久的未来，虚拟现实技术将在高校的教育中发挥着越来越重要的作用。

参考文献

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