高校计算机教学中虚拟现实技术的应用

马风贵

（博尔塔拉职业技术学院信息工程学院，新疆博乐 833400）

《教育信息化2.0 行动计划》指出：构建与国家经济社会和教育发展水平相适应的教育信息化体系，支撑引领教育现代化发展。信息技术作为信息时代的新技术，能够在与教育教学的深度融合中，有效促进我国教育的现代化发展。各级教师均应重视信息技术与教育教学的融合，合力推进我国教育现代化。高校计算机教学中虚拟现实技术的应用，是以上理念的重要体现。教师应在高校计算机教学中，正确认识虚拟现实技术应用优势，然后通过科学的教学实践，让虚拟现实技术促进高校计算机教学，培养适合信息时代的高素质人才。

一、虚拟现实技术概述

虚拟现实技术，英文名称为Virtual Reality，缩写为VR。虚拟现实技术是信息时代的产物，是在20 世纪发展起来的一项新型计算机实用技术，具有感知多样性、互动性、沉浸感等特点。在使用虚拟现实技术时，人们一般需要佩戴特定的头盔与传感器，随后借助鼠标、键盘等工具，获得来自虚拟场景的感官和认知反馈。随着社会的信息化发展，各行各业对虚拟现实技术的需求不断扩大，虚拟现实技术正在将高校信息化教学推向新的高度。

二、高校计算机教学中虚拟现实技术的应用优势

虚拟现实技术在教育领域的应用，弥补了传统教学条件的不足，营造了自主学习环境，带给学生身临其境的真实学习体验，同时对教师专业能力提出挑战，从而在多个方面发挥优势，使教育成果得到质的飞跃。接下来，笔者将基于高校计算机教学领域，说明虚拟现实技术应用优势。

（一）完善教学条件

基于虚拟现实技术形成的实验室与场景，是完善高校计算机教学条件的重要元素。虽然在信息时代下，计算机已经成为各个高校的热门专业，但是调查不同高校的计算机教学条件，由于经费等现实因素的限制，一些高校不能为学生提供完善的计算机学习环境，制约了学生对计算机应用技术的深层探究和模拟应用。将虚拟现实技术应用在高校计算机教学中，能够对此问题进行解决。教师可以发挥专业优势，通过虚拟现实技术搭建计算机实验室，同时为学生提供丰富的计算机探究和应用场景，从而完善教学条件，让学生在更加广阔的学习空间中实现更加自由的学习和成长。

（二）节约教学资源

传统教学模式中，高校计算机教学依托于计算机设备展开，因此需要不断维护计算机，在无形中增加高校教学成本投入。而若维护不当，高校计算机设备逐渐被淘汰，容易浪费教学资源，如何节约教学资源成为一个难题。而在虚拟现实技术的应用中，该难题能够迎刃而解。高校计算机教学中虚拟现实技术的应用，以创设虚拟学习空间为主线，而在虚拟空间中，设备维护与淘汰问题不再存在。教师可以在虚拟现实技术中，通过不断更新系统优化学习空间，一边满足学生动态变化的学习要求，一边节约高校计算机教学资源。

（三）提高学生兴趣

兴趣是最高级的学习动力。学生对计算机与信息技术的兴趣，是推动高校计算机教学的根本。但是在传统教学环境下，教学多以“教师讲解、示范，学生听课、模仿”为主，学习氛围相对沉闷，不利于学生提高计算机兴趣。虚拟现实技术的应用有助于改善此情况。通过虚拟现实技术，教师可以在高校计算机教学中打破传统教学结构，为学生提供沉浸式的学习场景，并且使该场景具有变化性，促进学生自主学习。学生由此进入创新、生动、自主的学习氛围，提高探究计算机的参与感，优化信息技术体验，能够顺利提高学习兴趣，进而使高校计算机教学形成良好生态。

（四）更新教师观念

高校计算机教学结果取决于教学条件与学生状态，更取决于教师观念与能力。教师若建立前瞻性的教学观念，自觉提高专业能力，自然能在学生的学习与实践过程中，不断为学生提供最关键的指导，最终促进学生成长，保障教学效果。虚拟现实技术的应用是更新教师高校计算机教学观念的关键一环。教师在高校计算机教学中应用虚拟现实技术，第一应全面把握高校计算机教学特征，第二应充分认识虚拟现实技术特点。这要求教师在信息时代背景下，关注计算机与虚拟现实技术发展动态，加强现代化教研。而在这样的教研中，教师不仅可更新观念，还能提高专业能力。长此以往，高校计算机教学相长得以实现。

三、高校计算机教学应用虚拟现实技术的实践要点

（一）搭建虚拟教室

高校计算机教学对实践要求较高，传统教学环境下，学校通过建设计算机教室落实此要求。而在信息时代，计算机设备更新速度较快，学校计算机教室设备更新速度难以与其保持一致，学生通过几乎淘汰的计算机设备进行学习，不能在毕业后顺利融入社会计算机环境。教师应当应用虚拟现实技术搭建实验室，克服此教学障碍［1］。首先，教师可以向学校提交教室、技术与资金申请，在保留传统计算机教室基础上，单独开辟虚拟教室。其次，教师可以在该教室中，持续引入先进的虚拟现实技术，为学生制造虚实结合的学习空间。最后，教师应对该空间进行合理规划，如全景视频区、VR 互动区等，确保每个区域的高效利用。每个区域特点不同，功能不同，故而适应学生在不同阶段的学习需要。教师合理划分区域空间，可使学生进入虚拟教室后准确选择学习区域，进而提高教学效率，避免浪费教学时间。教师应加强虚拟现实技术相关学习，根据学校资金与学生学习情况，努力将信息时代最新虚拟现实技术应用在虚拟教室，让教学水平与社会发展水平高度一致，进而有效培养社会化的计算机人才。

（二）根据教学内容应用虚拟现实技术

教学内容是在“教”与“学”的相互作用过程中教师有意传递的主要信息，其特征是决定教学方法的关键因素。宏观层面上，高校计算机教学内容可划分“硬件”与“软件”两个领域，向学生传递截然不同却又密切相关的知识内容。教师有必要根据这两个领域的高校计算机教学内容，灵活应用虚拟现实技术，从而针对性地加强学生硬件理解与软件水平。

1.在硬件教学中应用虚拟现实技术。硬件是计算机系统中各种物理装置的总称，也是学生认识计算机的基础。高校计算机教学中，教师首先应使学生认识计算机的基本构成，学会安装、拆解和维修计算机。但是若直接使学生对真实的计算机设备进行相关操作，学生可能因技能水平问题，使计算机设备受到不可逆损害。教师可以通过虚拟现实技术，为学生提供虚拟的计算机设备，一方面满足学生掌握计算机硬件知识的学习条件，另一方面保护学校计算机设备［2］。教师可以应用虚拟现实技术，制作计算机硬件的安装、拆解和维修系统，先使学生通过虚拟情境正确认识计算机硬件，再引导学生进行相关模拟操作。学生可以在虚拟计算机中，用同样适用于现实计算机设备的方法进行自主实践，充分锻炼专业技能，奠定计算机学习与实践的坚实基础。之后，教师可以深化软件教学，根据计算机在当今社会的多元应用，在虚拟现实技术的帮助下，努力培养学生对各种计算机软件的开发和使用能力。

2.在软件教学中应用虚拟现实技术。高校计算机硬件教学中虚拟现实技术的应用，目的是避免学生因不当操作损坏计算机设备主体。而在软件教学中应用虚拟现实技术，为的是保护计算机系统。高校计算机软件教学，以计算机系统中的各种程序和文档为载体，要求学生在计算机系统中进行软件的开发、使用、维护等操作，学生一旦出现错误操作，便可能使系统出现故障或瘫痪。教师有必要应用虚拟现实技术避免此情况。首先，教师应调查社会最前沿的计算机系统，使教学内容符合当前社会特征。其次，教师可将该系统复制在虚拟计算机上，为学生提供虚拟学习与实践平台。最后，教师需要针对性指导学生，使其进入软件的虚拟安装、运行、调试、维护等情境。教师通过在虚拟计算机复制社会最前沿的计算机系统，努力为学生提供接近当前计算机真实系统状态的学习环境，能促使学生深刻认识计算机软件，提升软件水平。

（三）根据教学流程应用虚拟现实技术

高校计算机教学步骤紧凑，由此形成一个动态的过程。在这个动态的过程中，教师唯有时刻对学生进行有效引导，才能最大限度地发挥每个教学步骤的积极作用，促进学生对计算机相关知识的深层探究和模拟应用。《中庸·第二十章》中“博学之，审问之，慎思之，明辨之，笃行之”是对教学过程的最早概括。教师可以借鉴此思想，根据高校计算机“博学”“审问”“慎思”“明辨”“笃行”教学流程，弹性应用虚拟现实技术。

1.虚拟场景导入课堂教学。“博学”即“广博的学习”。高校计算机专业发展迅速，社会信息技术也进步飞快，故而决定了计算机知识的广博性。教材不能完全呈现这样广博的知识，如何带领学生进入计算机的魅力世界值得教师进一步思考。情境始终是高校计算机教学的一种手段，情境具有时空跨越性与内容丰富性，教师精心创设的教学情境既能向学生展示广博的知识，又能点燃其学习热情［3］。由此切入，教师可以在高校计算机教学中，应用虚拟现实技术完善情境。教师可以利用虚拟现实技术显示功能与感知多样性，优化课堂教学导入步骤，借助虚拟场景实现课堂情境的升级。虚拟场景中，教师可以为学生提供主题相关的丰富内容，如先进的计算机理念、前沿的计算机发明等，让学生认识到计算机知识在信息时代的进步性，对课堂内容充分好奇。如在计算机指令工作机制教学中，教师可以借助虚拟的计算机运行场景，使计算机指令取指、译码等工作机制三维立体化，让学生直观感受计算机指令的运行逻辑，进入计算机内在世界，在虚拟场景增强学习兴致，促进课堂后续教学。

2.虚拟场景促进课堂互动。“审问”即“审慎的询问”。古人认为，没有什么事件具有高于学习的严谨性，不学则已，既然敲开学习的大门，就要始终保持审慎的态度，不放过每一个知识细节。而在传统的高校计算机教学流程中，由于课堂时间有限、学习资源不足等原因，师生互动不能达到“审问”状态。教师可以应用虚拟现实技术，创设促进课堂互动的虚拟场景，从而让师生实现“审慎的询问”，让学生实现超越知识表层的深度学习。具体操作方面，教师首先应分析教学内容特征，确定虚拟场景特性。如教学内容为计算机结构组成，教师可围绕显卡、CPU 等专业术语创设虚拟场景。其次，教师可根据场景内容，灵活设计互动问题，如：“场景体现了计算机CPU 的哪些特点和功能？”等。最后，教师鼓励学生参与课堂互动，使其根据虚拟场景内的真实信息和体验回答问题。教师引领询问，学生由此展开思考，将虚拟场景的重要信息串联成线，形成更加系统的学科认知，提高课堂学习质量。再者，“询问”可以由学生引起。学生可根据虚拟场景还原的真实计算机现象询问教师相关内容，从而以质疑的方式引起课堂互动，在教师释疑中增强思维与学习深度。

3.虚拟场景解释核心理论。“慎思”即“慎重的思考”。以往的高校计算机教学，思考的对象以问题居多，这固然能促进学生学习与实践，但不能全面优化教学。从高校计算机教学内容来看，教师在指导学生解决常规问题的基础上，还应带领学生解释核心理论。核心理论是学生模拟应用计算机的关键，如结构化程序设计核心理论、算法核心理论等。学生只有深刻领会这些理论，掌握相关技能，才能在之后的计算机实践活动中，正确应用理论手段，实现知行合一［4］。而与上述互动问题相似的常规问题，不能对学生解释核心理论起到显著的促进作用。教师可以应用虚拟现实技术继续创设虚拟场景，辅助学生解释核心理论。虚拟场景中，教师可以重用现实案例。例如，针对结构化程序设计核心理论，教师可以立足于学生生活，选择学生身边常见的计算机应用程序为案例，在虚拟情境中还原案例形成过程。这样的案例还原便是对案例核心理论的最佳解释。学生可以进入虚拟情境，直接与案例进行对话，慎思案例生成过程，把握对应核心理论。

4.虚拟场景辅助课堂实验。“明辨”即“明白的辨别”。教学流程对应学习过程。通过“博学”“审问”“慎思”的教学过程，学生基本完成指向计算机知识内容“是什么”的学习过程，正确认识计算机的组成与应用要素。而在信息时代，学生的这一学习成果远远不够，还应清楚明确计算机知识内容“怎么用”。而在“怎么用”的学习过程中，学生应通过实验明辨具体操作。一些实验对课堂环境要求较高，教师不能在短时间内创造相关课堂环境，但是可以应用虚拟现实技术创设虚拟场景，让学生在虚拟实验中经历与现实操作相同的过程，学会计算机的具体应用方法。如局域网、城域网、广域网的网络建设，教师如果依托现实情境组织实验，需要耗费大量的时间与精力。因此，教师可以独辟蹊径，创设虚拟实验场景。虚拟场景中，学生无须构建真正应用于当前生活的局域网、城域网、广域网，但是同样能练习其网络建设技巧，提高计算机应用技能，形成更加良好的“行动力”。

5.虚拟场景助力模拟考试。如何评估学生计算机应用技能与“行动力”？高校计算机教学中，教师通常选择“考试法”。而在一些情况下，学校环境不能满足教师高标准的考试要求。教师应另谋他法，让考试顺利进行，促进学生“笃行”［5］。虚拟现实技术的应用可为此注入动力。教师可以通过虚拟现实技术创设虚拟考试场景，使其助力模拟考试，同时消除学生对计算机专业考试的畏难心理。如网络安全技能考试，其对学校网络环境有较高要求，而且在考试过程中存在风险，若直接依托学校网络展开考试，师生一旦失误，便可能使学校网络受到病毒攻击。教师可以应用虚拟现实技术创设虚拟场景，建立单独的网络服务器，并为其设定现实存在的网络安全背景，组织学生进行网络安全技能比拼。学生消除虚拟场景病毒、重建防御体系后，考试结束。教师可以评价学生表现，为学生发放虚拟证书，以示鼓励。学生也能在模拟考试中笃行致远，达成实践目标。

（四）根据学生需求应用虚拟现实技术

高校计算机教学中虚拟现实技术的应用以教育现代化为背景。而在教育现代化背景下，各级教学人员愈发关心学生主体地位，构建“生本化”教学模式刻不容缓。高校计算机教学中虚拟现实技术的应用还应以学生需求为切口，突出“生本”特性。经过一段时间的高校计算机虚拟现实技术教学，学生基本能丰富学习收获，建立长远的计算机学习目标，从而提出学习与实践新需求。教师应尊重其需求，然后根据其需求的实现条件，适当应用虚拟现实技术，补充计算机教学。

1.以开阔视野为导向进行虚拟现实技术教学。高校计算机教学的动态前进，使学生逐渐形成开阔的计算机视野，不再满足于当前学习内容。教师应根据学生需要拓展学习，丰富教学内容，延伸教学空间。对此，虚拟现实技术优势显著。教师可以通过虚拟现实技术系统整理课外资源，同时搭建虚拟学习平台，为学生开放权限，使其能够随时、随地、随意进行拓展学习。教师还可以直接将虚拟现实技术设计为拓展教学内容［6］。虚拟现实技术是仿真技术、计算机图形学等多种技术的集合，并且处于动态发展阶段，其先进性不言而喻。教师可以在应用虚拟现实技术优化高校计算机教学前提下，将虚拟现实技术视为高校计算机教学重要的拓展内容，从虚拟现实技术起源着手，指导学生全面了解虚拟现实技术的发展历史、基本特征、关键技术、应用现状、发展障碍等。教师还可以鼓励学生基于信息时代背景，设想我国虚拟现实技术未来发展趋势。经过此拓展学习过程，学生开阔视野，在更高站位上把握计算机、信息技术、虚拟现实技术内在关联，反作用于高校计算机教学。

2.以创新发展为导向进行虚拟现实技术教学。开阔视野后，学生认识到计算机与虚拟现实技术在信息时代的广泛应用，自然而然地形成创新热情，意图发挥自身能力创新计算机技术，加快我国社会信息化脚步，让虚拟现实技术取得更长远的发展。这要求教师在高校计算机教学中，应用虚拟现实技术落实创新教学。教师应根据学生喜好找准创新切入点，培养学生创新能力。教师可以基于当前计算机领域热门研究话题，为学生设计创新实践任务，让学生从中选择感兴趣的内容，整合虚拟现实技术等资源，加入话题研究。学生在校完成相关创新成果后，教师还可以鼓励学生参与大学生计算机大赛等活动，持续促进学生创新，发散其计算机思维。学生可以根据个人喜好选择具体的参赛内容，并对参赛作品进程创新设计，积累创新经验，实现厚积薄发。

四、结语

高校计算机教学在信息时代举足轻重，而在当前高校计算机教学中，虚拟现实技术的应用如日中天。虚拟现实技术为高校计算机教学改革增强生命力，教师应正确认识虚拟现实技术在高校计算机教学中的应用优势，在搭建虚拟教室基础上，根据教学内容、教学流程、学生需求应用虚拟技术，提升高校计算机教学整体水平，同时让学生顺应信息时代，为日后的信息化社会参与和建设储备经验。