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虚拟现实的交互式数字教学模式研究
[论文摘要]以虚拟现实技术为发展趋势的信息技术日新月异,当它被应用到教育领域时,能够提供逼真的实验环境和事件场景,内容组织安排特别强调学生主动参与来构建知识结构,使学生由“被动听讲”转变为“主动学习”,教与学之间能产生更好更强的互动,是信息时代教学模式的主要发展趋势。文章旨在分析探索以虚拟现实技术为基础、以交互式为导向的数字教学模式,并从教学资源、师资队伍、个性化教学及整合网络教育平台四个方面详细阐释了基于虚拟现实技术的交互式数字教学模式的构建。
[论文关键词]数字教学 虚拟现实技术 交互式 教学模式
随着国家发展“大学科”及交叉学科的教育建设思想的推进,现代教育要求不仅掌握知识、学习能力和方法,更要进行必要的人文主义教育,交互式教学法实现了教师与学生以及学生之间的交互。虚拟现实技术的发展和应用,使人机交互更好地与日常生活经验相契合,为交互式的教学方法提供了技术支持。本研究旨在通过研究人的行为,运用交互式的教学方法,探究以虚拟现实技术为代表的先进技术在未来数字教学模式中的应用。
一、基于虚拟现实的交互式数字教学方法研究与分析
1.人机交互。人机交互过程是指人通过人机界面向计算机输入指令,计算机处理后把输出结果呈现给用户的过程。人机交互的发展历史,是从人适应计算机到计算机不断地适应人的发展史,它经历了几个阶段。
人机交互的方式可以分为数据交互、图像交互、语音交互和行为交互四类,其中行为交互是当今社会研究的重点,它是指通过身体的姿态和动作来表达意思。行为交互是计算机通过定位和识别人类,跟踪人类肢体运动和表情特征,从而理解人类的动作和行为,并作出相应的智能反馈过程,它将带来全新的、最自然的交互方式。计算机通过用户行为能够预测用户想要做什么,并以此来满足用户的需求。比如,计算机通过跟踪人们的视线,就能预测用户的意图,是想要浏览什么网站还是需要打电话等,它有助于形成更适合未来数字教育的交互方式。现代教学,教的内容趋于多样化,学生的需求也趋于多样化、多层次,每个学生的个体差异也更为突出,怎么针对这些新的特征,利用更好的交互技术,使教与学的内容在数字化的平台上,更好地照顾学生的个性化特征和需要,更好地实现教师个体与学生个体之间以及学生群体之间的相互交流、互动学习就变得尤为重要。
前面提到,人机交互需要由相应的人机界面来使之形象化。人机界面是人与计算机之间传递、交换信息的媒介和对话接口,凡参与人机信息交流的领域都存在着人机界面,它是人机双向信息交互的支持软件和硬件,也是进行交互设计最终展现给用户的结果,所以,对人机界面的充分了解对分析数字教学中的交互设计不可或缺。
2.虚拟现实技术。要实现上面所述的自然交互过程,需要运用高科技手段,比如近几年逐渐成熟的虚拟现实技术,利用电脑模拟产生一个三度空间的虚拟世界,集成了计算机图形技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新发展成果,提供使用者视觉、听觉、触觉等感官的模拟,让使用者如同身临其境一般,及时、无限制地观察三度空间内的事物。在教学中,它运用于实验模拟、场景再现,可以把枯燥繁琐的文字知识形象地进行转化,帮助学生主动地思考、学习,是既有意思又是符合未来教育模式的一种技术。
虚拟现实具有三“i”的基本特征,即immersion-interaction-imagination(沉浸—交互—构想),强调虚拟系统中人的主导作用。沉浸感指用户沉浸于计算机生成的虚拟环境中,有身临其境之感。交互性指用户与虚拟场景中各种对象相互作用的能力,是人机和谐的关键性因素。想象力则是用户从定性和定量综合集成的环境中得到感性和理性的认识,从而可以深化概念,萌发新颖的认识。
按照用户参与的形式以及沉浸程度,虚拟现实可以分为桌面虚拟现实、沉浸式虚拟现实、增强现实性的虚拟现实和分布式虚拟现实系统四类。虚拟现实系统强调的是人与虚拟环境之间的交互作用,或是两者相互作用,从而反映出虚拟环境所提供的各种感官刺激信号以及人对虚拟环境做出的各种反应动作。虚拟环境给人提供的各种感官刺激包括视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉、力觉、身体感觉及前庭感觉,在物理、化学及设计类课程的互动教学中应用前景广阔,虚拟环境能够逼真模拟物理中的力觉与触觉,生物化学中的嗅觉和味觉,而各种设计类课程中的大量视觉图像图形的动态信息也能够更好地呈现出来,在教学中起到很好的演示作用。另外,虚拟现实的技术能够较好地调动学生的学习积极性,使枯燥的内容更形象化呈现出来,同时教师也可以应用虚拟现实的仿真模拟技术,将逻辑思维较强的教学内容,通过仿真模拟的方式,预测到由于公式及参数的改变而可能产生的预期结果,并科学地呈现出视觉、听觉、触觉、力觉等多种感知的结果,加深学生的感性认知,“上手(Hands-on)”和“交互式”的教学能够引发更多的积极的注意力,帮助学生更透彻地理解抽象的原理。
3.现代教育与数字教学。数字教学是指教师和学习者在数字化的教学环境中,遵循现代教育理论和规律,运用数字化的教学资源,以数字教学模式培养适应新世纪需要的具有创新意识和创新能力的复合型人才的教学活动。随着计算机和互联网技术的日益发展及应用,数字教学模式主要应用于多媒体教学和网络教学领域,并逐渐深入到学习的方方面面。
但现阶段的数字教学仍然存在缺陷。首先,计算机无法对学生的情绪变化作出相应反馈,而且它也无法取代教师在教学过程中一些暗示性的语言所起到的微妙效果。其次,在教学的许多领域中,计算机无能为力,特别是非逻辑判断方面。最后,教学课件在实际使用中存在着局限性。这一系列的问题,相信通过运用交互设计的方法,结合虚拟现实技术的应用,都会被逐一解决。
二、交互式数字教学模式构建