第一篇：虛擬現實技術在競技體育仿真中的具體應用范圍如下

虛擬現實技術在競技體育仿真中的具體應用范圍如下:運動訓練的科學監控;體育訓練信息采集、分析系統;先進訓練技術綜合應用示范;訓練比賽及其器材、設備研制;各種體操動作的編排。這些研究成果將廣泛應用于蹦床、跳水、體操等競技體育運動訓練中,因而基于VR的競技體育仿真有很廣闊的開發前景。

基于真實場景的大規模虛擬人群的快速生成方法

利用Poser的三維人體建模功能和3DS MAX強大的修改功能,結合MAXScript腳本語言,實現了對三維人體模型骨架的自動生成、匹配和蒙皮。通過對人物動作的建立與分解,實現了連續多個人體三維模型的生成與導出,并由此建立了一個包含不同人體及動作姿態的角色庫。通過調用庫中的角色,并將由圖像信息獲得的人群分布參數賦予這些虛擬個體人,實現了基于真實場景的虛擬人群快速生成。

為了更真實地表現虛擬現實中人的心理和生理的感覺，日本于2004 年開發出一種嗅覺模擬器，2009 年 3 月英國的工程和物理科學研究會上展示了能提供味覺、嗅覺和皮膚溫度感受的原型虛擬繭(virtualcocoon)

VR 技術的發展是與 VR 軟件相輔相成的。OpenGL是通用共享的開放式三維圖形標準；WorldToolKit(WTK)是提供完整的三維虛擬環境開發平臺；Vega 主要應用于實時視覺模擬；OpenInventor 是面向對象和交互式的專業3D 圖形開發工具包；OpenGVS 用于場景圖形的實時開發；EON 是實時視覺效果與物理機制以及真實的人體動作有機結合體；VRML 和X3D 常用于基于Internet的網絡虛擬現實；AVS/Express 涉及工程分析、航空航天、遙感和國防等領域；STK 用于航天和衛星的虛擬仿真；STAGEScenario 是作戰指揮等高度靈活開放的開發平臺；CG2VTree是基于便攜平臺的圖象開發包；VRAX和NavMode 的沉浸感做得比較好VirSSPA 通常用于虛擬醫學手術流程VEStudio 主要應用在三維地理信息、展示和古跡復原等。

荷蘭 Eindoven 大學Calibre 研究院的產品、美國洛杉磯和費城的虛擬建筑三維模擬系統被認為是全球最成功的虛擬建筑模擬系統之一。

在災難模擬與重現方面，虛擬現實技術正發揮著驚人的作用，如礦山事故模擬與分析、火災重現、飛機遇難模擬、交通事故再現和犯罪現場重現等。這些VR技術產生的“重現”與分析，對減少和避免災難的發生意義重大。

國內虛擬現實研究蓬勃發展，研究機構包括北京航空航天大學、浙江大學、中科院計算所、清華大學、武漢大學和華南農業大學等。

虛擬現實技術的真實感主要體現在視覺和聽覺上，“多感知交互”正在成為熱點。對力反饋系統的進一步研究、嗅覺、味覺和體表感受都是未來虛擬現實的內容。基于互聯網的虛擬現實伴隨互聯網的發展而成為熱點。

國內的食品安全問題嚴峻，利用虛擬現實技術重現農作物生產過程中的病蟲害和治理過程，并計算污染程度等，在源頭杜絕污染是食品安全監測的有效手段之一。

第二篇：虛擬現實在英語教學領域的具體應用

虛擬現實在英語教學領域的具體應用

一、虛擬現實的描述Description of Virtual Reality 虛擬現實是使人置身于一個通過由電腦表現出的三維空間的一個虛擬環境；在此環境中人們可以移動，從不同角度去觀看，去觸及, 攫取, 以及重新組合。Virtual reality is an experience in which a person is surrounded by a three-dimensional computer-generated representation, and is able to move around in the virtual world and see it from different angles, to reach into it, grab it, and reshape it.（Rheingold1991）。目前，虛擬現實的具有沉浸性（Immersion）、交互性（Interactivity）和想象性（Imagination）——三個具體特性。這種技術的特點在于，計算機產生一種人為虛擬的環境，這種虛擬的環境是通過計算機圖形構成的三度空間，或是把其它現實環境編制到計算機中去產生逼真的“虛擬環境”，從而使得用戶在視覺上產生一種沉浸于虛擬環境的感覺。學生作為主角進入虛擬環境中，擁有比現實更逼真的照明和音響效果，使學生能夠在虛擬的學習環境中扮演一個角色，全身心地投入到學習環境中去，學生可以不厭其煩地反復練習，使學生沉浸在多維信息空間中依靠自己的感知和認知能力全方位的獲取知識，發揮主觀能動性，使學生獲得最大的真實感和趣味性，擺脫了英語學習的單調、枯燥無味。

二、虛擬現實進入教育Virtual Reality into Education 利用虛擬現實技術建立起來的虛擬實訓“基地”，其“設備”與“部件”，多是虛擬的，可以根據需要隨時生成新的“設備”。可以積極用于軍事作戰技能，外科手術技能，汽車駕駛技能果樹栽培技能，電器維修技能等各種職業技能的訓練。現在，虛擬現實用于教育教學，是教育技術發的質的飛躍。學生在虛擬環境中交互作用，以學生為中心在虛擬的三維世界中 加入一系列人性化的場景，做到了真實與抽象的完美統一。虛擬的世界可以是建筑物、人，可以是在水下，可以是一次巡游太空，可以是參觀博物館，可以是一個犯罪場景，一次聚餐購物等等。

許多教育家和研究人員認為虛擬現實將提供機會去經歷各種環境，而這些環境往往由于時間、距離、范圍和安全性等原因，不便于或不可能讓許多孩子，特別是有一定殘疾的人實現了探索、創造、娛樂以及學習。學生可以在虛擬環境中過馬路，與陌生人交流，或應付緊急狀態。這一技術使青少年可以去參觀原本不可能參觀得到的，不切實際的或危險的地方。而在英語教學中，語言教師可以設制程序，制作出現實的情景交流，如找工作面試，在餐館就餐或國際機場接機等等。學生可以在預排好程序的虛擬世界合作或根據學生的語言水平分組在不同的虛擬世界中。學生們之間可以互相合作或與三維空間中的虛擬卻又是活生生的人物進行合作。例如在一個面試情景中，進行面試者（即學生）將會與雇主（一個3D虛擬人物）在會客室握手，雇主將用要學習的目標語言與面試者進行對話、聊天。如果學生出錯，他們可以重放情景，再來一遍。虛擬現實將有助于學生克服傳統的語言學習障礙，幫助教師突破了以依賴課本在教室進行學習的傳統傳授方式。

三、虛擬現實用于語言課堂Virtual Reality into language classroom 3D虛擬環境所具有的最獨特而強大的特征是為語言學習者們，特別是ESL學習者們提供第一參與者形式的學習經歷。然而，遺憾的是，當前大多數學校教育是基于第三者的知識傳授形式如學生如何學，或學什么，沒有機會直接體驗他們在探尋的知識。3D虛擬環境的使用真正解釋了為什么傳統的以課本為中心語言教學效率不如人意的原因。英語課本上的知識是基于第三者的，對于學習者沒有意思，提不起興趣。

第三者相對于第一參與者學習的必然結果是必然不相同的。將ESL學習者作為第三者的學習方法已說明學生學習的結果通常是膚淺的，保持力很低。利用虛擬現實，學生將自己置身于各種現實環境背景之中，通過自己的體驗學習語言。根據Fox,Fumanski及Nilan觀點，由于借助于構造好的虛擬的情景模擬，學習者收到適當而立即的反饋（Because of the way in which the virtual environments are modeled and constructed, learners receives appropriate and immediate feedback.）。這種在語言學習上的反饋鼓勵認知語言學習，通過對他們所接收到的認知在虛擬世界中進行適當的或正確的交際，最終從電腦或其他同學那里得到的及時反饋，加強的語言教室里的動機學習或交互作用。學生直接交際和直接解決問題也鼓勵學習者的強烈的活動意識并作出反應。為語言學習所設制的虛擬環境自然地引導學生自己進行第一參與者的學習。虛擬環境依照英語課堂目標或特定的需要進行編程。ESL的教師可以根據學生需要搭建或保留某個環境，這將推動以學生為中心的學習，促進學生構造自己的語言知識。簡而言之，虛擬現實是一個學生可以建造的環境，根據需要，熟練地操作和編輯，任何形式的數字信息。Virtual worlds are constructive environments in which learners can create, manipulate and edit any form of digital information with their own needs(Chee, 2001).這樣虛擬現實的編程可以形成重要的交際技能而不是簡單地重復和記憶。學生可以參與可作出響應的環境中，完全將身心置于學習當中。

四、虛擬現實的影響Impacts of Virtual Reality 現實生活中為了學習某目標語言沒有什么可以替代與本國語人直接交流。而且由于時間、金錢、技術以及本國語人數的限制，在現實世界中，與本國語人直接交流及不可能用于每個語音教室與ESL學習者。學生普遍是通過課本解釋與例子來學習語言。然而，隨著電腦與英特網的廣泛使用，虛擬現實成為傳統課本結構的可行的補充。學生可以更加深入學習語言，在較少的時間里用較低的成本去直觀目標語言的國家

虛擬現實可能提供不太正式的經歷，但它們可以是有趣的，當然比課本上的圖畫和對話現實生動的多They may be fun and certainly more realistic than mere pictures and dialogues in an English textbook(By Chee,2001)。隨著學習者開始在虛擬環境中工作，學習和交流，他們不僅學習到了目標語言，而且學習到了新的思維方式和構建新的信息框架。虛擬現實設計的用戶化和交互作用，使得用戶形成學生與學生之間以及人機之間相協作體驗。

此外，在學習活動中虛擬現實支持許多不同人在同時進行交流、支持行動的協調和合作。在協作完成的虛擬環境中，學生之間也是互相學習的有用資源。利用這種技術的交流，不論是借助于一篇課文還是聽說系統，都可以讓學生們沉浸在有意義的語言交流中。多重的學習者沉浸于多重分享的前后聯系的經歷體驗中使學習成為自然的人性化的學習活動。這樣，ESL學習者們若對觀察到的事物感到困惑或對一起觀看的視頻內容有不解之處，他們使可以自然地向一起分享相同的虛擬世界的同學提出問題，這種有意義的交互作用促進學習者很自然地學到目標語言。以模仿為基礎的語言學習，克服了時間與空間的限制，給學習者提供身臨其境，讓學生們去掌控關鍵的學習要點，學生自己能夠操縱語言環境、場所和時間變化。他們可以隨意地與一個國家的總統交流，而這在現實中是不可能的。他們可以隨意多次地進行模仿，而某次的模仿操練的側重點都可以不同。

五、總結 Conclusion 虛擬現實技術對不同級別的學生都是有利的，包括小學、中學和大學，對虛擬現實技術的巨大潛力的限制往往來自學校的校長和老師、以及可以得到的資金。但是通過情景仿真處理并采用先進的圖形壓縮與還原算法，完全有可能實現逼真度很高的虛擬現實情景，而且也可以交互，但卻不需要頭盔式顯示器、數據手套、高分辨率圖形工作站等專用設備，只需要普通Pentium微機和Windows運行環境就能實現，從而有可能使虛擬現實技術走出高級研究院與大學的“象牙塔”，逐步普及到國民經濟的各個領域甚至中小學，這對我們這個經濟還不算富裕的國家來說無疑是有重大意義的

教育是一個傳授知識的過程，通過親身經歷能加速這一過程和鞏固所傳授的知識，為此而設計的很多方法中，虛擬現實技術是最有效的，虛擬現實技術有著不可替代的、令人鼓舞的應用前景。

第三篇：虛擬現實技術在教學中的應用

虛擬現實技術在教學中的應用

虛擬現實技術在教學中的應用主要集中在桌面虛擬現實和分布式虛擬現實,沉浸型虛擬現實由于所需設備昂貴,在教學中的應用較少。虛擬現實技術在遠程教育中的應用主要有制作三維網絡課件、開設網絡實驗課程和建構虛擬教室。

1.制作三維網絡課件

在教學中,基于HTML的網絡課件在不斷地發展完善,但卻始終不能擺脫二維平面的約束。在課件中加入虛擬現實技術,能掙脫這一枷鎖。將虛擬現實和文字、聲音、圖片、視頻等各種媒體有機結合,可以彌補二維平面課件的不足。如,用VRML設計各種三維的模型、物質結構等,可以讓學生多角度地觀察和學習,更好地理解學習內容。虛擬現實技術還可以再現現實生活中無法觀察到的自然現象或事物的變化過程,為學生提供生動、逼真的感性學習材料,幫助學生解決學習中的知識難點。如學習物理知識時,利用虛擬現實技術,向學生展示原子核裂變、半導體導電等復雜的物理現象,供學生觀察學習。

2.開設網絡實驗課程

虛擬實驗在網絡教育中有著巨大的優勢,它可以彌補遠程教學條件的不足。虛擬現實實驗環境的開發可以真正打破空間、時間的限制,促進網絡實驗課程的開展。利用虛擬現實技術,還可以建立各種虛擬實驗室,如物理、化學、地理、生物等實驗室,在“實驗室”里,學生可以自由地做各種實驗,獲得真實的體驗。學生還可以通過虛擬實驗驗證所學的各種理論知識,提出各種假設模型進行虛擬,并通過虛擬系統觀察這一假設所產生的結果或效果。例如,在虛擬的化學系統中,學生可以按照自己的假設設計某一化學反應,通過虛擬實驗,可以看到相應的反應現象。通過這種探索式的學習方式,可以培養學生的學習興趣,有利于激發學生的創造性思維,培養學生的創新能力。

3.建構虛擬教室

目前,在網絡教育中,學生大部分是通過網絡課程來學習的。學習時,學生能在網頁上看到課程的相關文字材料和一些靜止的圖片。當然,好一點的網絡課程,還提供了教學視頻。但是不管是文本還是視頻,師生之間都缺乏一種靈活的交互。應用虛擬現實技術,構建虛擬教室,能使這個問題得到一定程度的解決。虛擬教室是指運用分布式虛擬現實技術構造的一個虛擬真實的教學環境,分布在各個不同地方的學生,可以通過網絡參與到虛擬課堂中。虛擬教室模擬了真實多媒體教室的整個場景,是師生共同活動的一個空間,在這里,可以完成教學、答疑等各種教學活動。借助網絡通訊技術,視音頻采集、處理技術以及交互代理等技術,參與到課堂的各個對象可以看到彼此,學生可以看到老師的板書,聽到他的講解。教師也能看到學生的表情和動作,可以聽到學生的提問,并隨時解答。這種教學方式,可以增強師生之間的實時互動,激發學生的學習興趣,提高教學效率。

第四篇：虛擬現實技術在景觀教學中的應用

虛擬現實技術在景觀教學中的應用

由于虛擬現實技術能夠滿足學習媒體的情景化及自然交互性的要求,從而在風景園林教學領域內有著極其廣闊的應用前景。利用虛擬現實技術可以改變高校景觀建筑設計專業傳統的教學模式,改善實驗環境,解決高校普遍存在的教學資源不足的問題,優化教學過程及培養具有創新意識和創新能力的人才。隨著教育改革的深入和虛擬現實技術理論的不斷完善和發展,虛擬現實技術在景觀建筑設計專業中的應用也將不斷的拓展。

(一)促進教學觀念的變化

傳統的教學觀念主要是“傳道、授業、解惑”,它決定了教學組織形式和教學方法,即以教為主,教師是教學的中心,由教師決定教學內容、結構、教學方法及教學進度,而學生始終處于被動的學習環境中。現代化的教學方法追求教與學的合作化,以講授引導思維,以教導激發創新,并賦予學生學習的主動性。虛擬現實教學有利于創造這樣的環境,以教師為中心的授課形式將會被改變,以學生為中心的個性化教學、合作化教學和虛擬現實環境中的自我探究得以真正實現。虛擬現實正是在現代教育思想指導下,使用新技術改進教學方法的嘗試。把虛擬現實技術引入到教學中,從多媒體虛擬現實系統的組織形式看,虛擬現實是非線性的網絡結構,逼真的虛擬環境可提供良好的人機交互功能,在這個基礎上教學內容的組織安排將特別強調由學生主動參與來構建知識結構,變學生的“被動聽講”為“主動學習”,由“要我學”轉變為“我要學”。在這種情況下,教材的意義也將由傳統的“教材控制”轉變為“學習者控制”,教學內容外在形式的生動化與內在結構的科學化將更緊密地結合起來,這種環境將極大地促進教學觀念發生變化。

(二)促進教學內容的變化

教學內容是教學過程中傳遞的教學信息,是學生獲取知識、掌握技術、發展能力的主要源泉。多媒體虛擬現實技術的引入使教學內容無論是外在形式還是內在結構都產生了很大的變化。

1.教學內容外在形式的變化

學生的技術水平和動手能力是在實驗、實訓中培養出來的,在傳統的實踐教學中,實驗課內容主要是學科性的理論驗證和學會使用設備、儀器,并從中歸納、總結出規律。這些年來,隨著教育技術的發展,從原來只是用錄音、錄像來輔助文字教材進行教學的方式發展為使用具有人機交互的多媒體技術。多媒體的信息類型有靜態的、運動的、超級鏈接的視覺和聽覺信息,媒體信息形式通過計算機的集成處理,提供了超文本、圖形、圖像、圖表、音頻、視頻和動畫。多媒體信息表現形式多樣,對于抽象的、概括的概念和原理,除了用文字和語音協同描述以外,還可以用三維實景虛擬現實過程,對于不可視的變化、無法觸摸的物體或有危險的場所,甚至自然界或現實生活中不可能存在的事件,也可以通過虛擬現實技術去展現。多媒體技術存貯信息量大,教學內容可以用最有效的方式來表現;而且,同一教學內容還可以用多種信息形式來表現,這就有利于克服單一媒體表現及難以協同表現的弊端。虛擬現實所提供的人機交互的特點尤其適用于個性化教育,因人施教、因材施教,培養高素質的綜合型景觀設計人才。

2.教學內容內在結構的變化

虛擬現實的應用將帶來教學內容結構的變化。教學內容的內在結構就是學科知識結構設計,知識結構是學科知識間的邏輯關系,是學科內含智力因素的信息源。傳統的教材及實驗指導材料都是以線性結構來組織學科知識結構的,知識內容的結構及順序都是以教為主,教學順序性很強,學生只能在教師的講授下獲得正確的概念、原理及邏輯關系。這種形式的學習,學生對教師的依賴性很大,教材也只是一種教授材料,學生利用它學習的自由度不大,靈活性不強,難以促使學生從已建立的知識結構向新知識結構遷移。使用虛擬現實技術以后,多種媒體的信息通過網絡化超鏈接,就可以接近人類認知特點的方式去組織和展示教學內容、構建知識結構,這種網狀的信息組織方式是一種非線性結構,鏈是知識之間的層級邏輯關系。虛擬現實與普通多媒體是多媒體信息處理的高度集成,把信息的組織形式與信息內容呈現的多樣性、復雜性結合起來,為學生提供了一種動態、開放的結構化認知形式,它既包括了學科的基本內容,又包括了學科內容之間的邏輯關系,既注重知識的形成過程,又注重知識的結構,憑借視覺、聽覺、觸覺信息的協調作用使教學內容的統一與靈活性得到了完善的結合。虛擬現實的這種非線性結構有利于學生進行擴散思維,聯想原有的知識,獲得新知識。

(三)促進教學手段的變化

1.互動啟發式教學

虛擬現實有助于啟發式教學的開展,在演示教學內容方面能以一種直接的信息傳遞方式,通過親臨其境的、自主控制的人機交互,由視覺、聽覺、觸覺獲取“外界”的反應,提供生動活潑的直觀形象思維材料、展現學生不能直接觀察到的事物等,形成知識點。學生則從思維、情感和行為3個方面參與教學活動。

2.發現式教學

發現式教學是以解決問題為中心的教學形式,虛擬現實在實訓教學中可以讓學生進入問題存在的環境,有針對性地建構虛擬情景,引導學生進行探究。虛擬現實教學提供良好的人機交互,還允許學生出錯時,自行了解錯誤的根由及后果,發現解決問題的方法。

3.協同工作式教學

虛擬現實教學不受空間位置和相互距離的限制,可讓遠距離的師生或位置分散的學生共處于一個虛擬空間中,通過共同參與,且必須具備協同操作能力才能完成某些項目的設計或訓練。

4.情境式教學

虛擬現實技術具有動畫虛擬現實的能力,能夠把教學中的抽象概念原理、真實的實驗過程等形象生動地表現出來,給學生創設真實的學習情境,幫助學生獲得示范性的知識,把握概念原理的實質。

（四）實際使用

虛擬現實技術最大的優勢在于場景的模擬與再現，一旦場景建成，不再受地理空間、時間的限制。可以隨時隨地調取已有場景信息。運用在景觀教學上，主要可以用在:

一、古建、古典園林教學板塊（適用課程中西方古典園林史、西方現代景觀的理論與實踐）

實用意義

中國古典園林是中國傳統園林的精髓，分布廣泛，各有各自的特色。包括北方園林，南方園林、嶺南園林、皇家園林、等眾多形式。但是由于地域原因、實地考察學習是一件非常困難的任務。費時費力費錢，并不是所有人都有機會實地考察，也不是所有人一次考察就能體會到精髓。

軟件功能構造

通過虛擬現實模擬可以

1）模擬現場建筑、植物、四時、季相變化，現場實際模擬出全部景觀。

2）頂視圖搭配結構分析、交通分析、功能分區、區域劃分、建筑名稱分布等。3）同時軟件搭配講解功能，講解現場石材、建筑由來、古建結構、園林造景手法講解（全面展示園林造景中的借景、透鏡、框景、障景等）、現場全景圖展示等。4）使用者可以通過各個角度，各個方向進行觀賞。實際使用過程中所觀賞不到的地方（比如鳥瞰、四時變化、）

優勢分析

1）可以經常性的游覽園內場景，體會古典園林的造景手法（以往講解僅僅局限于圖片展示，我們可以模擬現場實際景觀，感受體量關系）

2）模擬現場的四季，實時變化。感受陰晴雨雪、感受植物生長對整個環境空間帶來的改變。

3）恢復已被破壞的景觀，提高人們的參與性，提高可到達性。使人們不僅僅局限在人視點的觀察。

4）形象生動的講述平時口述難以講清的課程內容。如古建中的斗拱形式，就可以簡單生動的展示給學生。

5）提高學生的接受程度、提高課程興趣、提高學生的參與度。

二、景觀案例學習

實用意義：

現代景觀大師有相當一部分具有代表性的經典案例，而以往我們對這些案例的學習僅僅局限于平面圖、CAD、以及部分的效果圖。很難感受到實際的比例關系、尺度、景觀效果。更感受不到一個方案從其設計構思、到場地周邊環境分析、到基地分析、功能分區、再到方案形成的整個過程。軟件功能構造：

1）將完整的方案信息進行展示，以二維或者三維的方式。介紹場地周圍的大環境。同時可通過文字或者動畫形式展示整個方案的歷史環境，政治背景、以及其歷史意義。2）將整個設計的骨架信息一層一層展現，包括道路、水體、節點、植物、功能分等。讓學生更深入的了解。

3）方案經典介紹。將方案的經典之處進行展示與介紹。同時進行季相、時間變化。4）讓學生自行進行設計，之后與經典案例進行比較。優勢分析：

1）將經典案例通過三維方式進行展示，直觀形象。

2）整合資料，將案例周邊環境、歷史環境進行詳細敘述。3）深入的剖析方案的設計構思與形式。加深理解。

三、植物認知

1）通過動畫形式對植物的基礎知識進行介紹，包括樹葉、樹皮、樹干形式名稱介紹。2）建立植物庫，模擬植物的的生長過程，対植物的科屬，生長習性，搭配方式進行詳細介紹。

3）對不同科屬的植物進行分類，以便植物認知。

4）按照季相分類，常綠，落葉，觀花、觀果等進行詳細分類。以便植物認識學習，同時便于設計中隨時調取使用。

四、通過增強現實技術輔助設計

1）在設計領域，虛擬現實技術作為一種獨特的技術手段，可以有效的解決抽象思維與其所產生的實體間的聯系問題。設計師不僅能夠充分發揮其藝術想象力，更能夠在前期設計階段就與實際相結合，縮短設計周期，提高設計質量，節省投資。虛擬現實技術可應用于建筑和藝術信息模型項目全生命周期的信息化管理。

2）協助設計師科學準確分析設計信息可快速獲取復雜建筑模型進行分析，為建筑師提供全局、客觀的設計信息理解。

3）輔助設計在設計過程中，會提出不同的設計方案，對未來的設計形象做多種設想，利用虛擬現實技術建立一個全面、直觀、可交互、如實反映設計的三維虛擬模型，便于設計者更直觀、全面了解設計，也方便設計師對某個設計細節作局部修改，并實時地與修改前的方案進行分析比較。

2.探索學習

是指通過虛擬現實技術對學生在學習過程中所提出的各種假設進行模擬,直接觀察到這一假設所產生的結果或效果。這有利于激發學生的創造性思維,培養學生的創新能力。例如,利用虛擬技術,學生還可以進行溫室效應的探索學習,從而分析城市建設對周邊環境以及園林綠地和水體對城市小氣候的相互影響,探索景觀建筑設計新的研究方向。

3.實驗實訓

是指利用虛擬現實技術建立數字城市與風景園林技術平臺,進而方便地創建如規劃、建筑、照明、水景、工程機械等各種虛擬實驗室,方便師生實驗實訓。

在虛擬景觀建筑實驗室里,學生可以對自己設計的景觀建筑進行反復的修改和論證,并研究加入“時間因素”后的四維模擬,真實感受時間的藝術,也可以進行建筑環境的分析以及建筑物對周邊環境影響的研究。在虛擬照明實驗室里,學生可以研究不同電光源在不同配光方式和投光方法下的照明和景觀效果,進行道路、廣場、建筑、庭院、水景、樹木、雕塑、溶洞等各種照明實驗。在虛擬的水景工程實驗室里,學生可以組裝水循環系統,了解工藝流程,研究不同流量和揚程下各種噴頭組合的水型效果以及配上燈光后的夜景效果。

虛擬現實的沉浸性和交互性,使學生能夠在虛擬的學習環境中扮演一個角色,全身心地投入到學習環境中去,這非常有利于諸如園林工程機械操作、園林栽培和修剪等各種職業技能的訓練。例如,在虛擬的園林起重機訓練系統中,學員可以反復操作仿真控制設備,練習在各種用地環境下操作園林起重機的駕駛、起吊和準確落點等,達到熟練掌握相關技能的目的。而虛擬修剪系統也可以低成本地模擬修剪,掌握各類植物修剪的關鍵,并可直觀地評價修剪后的效果。

虛擬現實技術在規劃設計領域的運用已得到國內外學者的重視,在景觀規劃設計方面,國內研究主要集中在景觀建模、可視化表達以及技術運用的介紹性研究成果。在歷史文化景觀再現研究中,景觀所包含的歷史和文化的內涵,最終都通過人們的感知而傳遞。作為一種利用人們的感知和構想,具有三維表現力并且富于交互性,從而可以很好地模擬現實的技術,虛擬現實技術在歷史文化景觀中的應用將會是激動人心的。

虛擬現實技術改變了人們只能從現實生活中獲得感知的方式,通過計算機模擬人類的感知,從而制造一個虛擬世界。如果說虛擬現實技術拓展了人們的感知能力,這樣一個虛擬世界則增加了人們的生存空間,改變了人們的生活方式。虛擬現實技術還提供了一種超越時間和空間約束,提供人們逼真體驗的手段。從時間上說,虛擬現實技術不僅可以模擬現在存在的,再現以前有而現在不存在的,而且可以通過構想,模擬以后可能有的,甚至可以構造現實生活中不可能有的現象和體驗。而從空間上來說,虛擬現實可以在甲地模擬乙地的風景,從而用戶在甲地就可以體驗到身處乙地的感受。這使得人們生活的空間擴大,可以得到的實踐和體驗增加,如果說人生的價值在于一種實踐和體驗,這無疑增加了人生所具有的價值。虛擬現實技術還提供了一種超越時空進行信息傳遞的方式,分布式虛擬現實中,人們可以與來自地球另外一端的用戶相遇在一個虛擬世界中,看到彼此的表情和動作,相互進行語言溝通等。

一虛擬現實與虛擬世界 一個虛擬現實系統具有以下三個基本特征,通常稱為虛擬現實的特征:(1)沉浸感(Immersion);(2)交互性(Interaction);(3)構想性(Imagination)。根據虛擬現實系統所傾向的特征的不同,虛擬現實系統一般分為四類:桌面虛擬現實系統,沉浸式虛擬現實系統,增強現實系統及分布式虛擬現實系統。虛擬現實技術主要提供給用戶一個直觀并具有很強交互性的與計算機系統交互的界面。所以其本質是一種人機界面技術,它使人們與計算機打交道的方式產生了革命性變化,使人們的生活方式隨之發生變革,它同時是一種影響了或即將影響普通用戶生活的特殊文化現象。

第五篇：虛擬現實技術在中學化學 實驗教學中的應用

虛擬現實技術在中學化學 實驗教學中的應用

班級：化學1001班 姓名：代有來

學號：2010254030107虛擬現實技術在中學化學實驗教學中的應用

摘要：化學式自然科學的重要組成部分，著重研究物質的組成、結構和性質的關系，以及物質轉化的規律和調控手段。化學課程可以幫助學生從化學的視角去認識科學技術和社會生活方面的問題，在基礎教育階段，化學課程的教學呈現出“通過實驗學化學”的發展趨勢，將實驗貫穿整個化學課程實施。目前，中學化學課程中探究性試驗占有重要地位，是學生積極主動的獲取化學知識、認識和解決化學問題的重要實踐活動，也是構建化學基礎知識和提高學生素質的需要。隨著信息技術的發展和課程整合成果的不斷涌現，將虛擬實驗系統引入中學課程教學，成為教育工作者關注的熱點。在化學學科教學過程中合理運用虛擬現實技術，將虛擬實驗室與化學學科實驗課程有機整合，根據虛擬實驗室特有的優勢，應用虛擬實驗室進行探究性試驗教學。

關鍵詞：虛擬現實；實驗教學；探究實驗 正文：

一、中學化學實驗的分類

化學是一門比較成熟的基礎自然科學，實驗是化學事實的重要組成部分，也是化學 基本理論和觀點的重要支撐點，化學科學領域的任何一項重大突破，無一例外地都要經 過化學實驗這一環節，化學實驗是化學科學賴以形成和發展的基礎，因此，化學實驗也 是化學教學的重要內容。

中學化學實驗是根據培養目標和教學任務，遵循學生認知規律，體現化學學科發展

特點而精選的基礎實驗，其內容豐富，形式多樣。為了研究方便，按照不同的分類維度，對中學化學實驗有不同的分類方法。

按照實驗的主體不同，可將實驗劃分為：演示實驗、學生實驗、實驗習題、家庭小 實驗；按照實驗內容分類，可分為：化學基本操作實驗、元素化合物性質和制備實驗、闡明化學概念和基礎理論的實驗、化學反應應用于化工生產中的實驗、解釋日常現象或 解答化學問題的實驗、趣味實驗；按照實驗中質與量的關系分類可分為定性實驗和定量 實驗。

以上分類標準是按照不同的研究目的、不同的研究方法等對化學實驗進行的不同維 度分類，在這里我們按照建構主義思想，從學生的認識出發，按照實驗在認識過程中的 作用分類，將中學化學實驗分為：驗證型實驗、探究型實驗、模擬型實驗和對照型實驗。驗證型實驗：驗證型實驗是為檢驗化學理論、驗證化學假設、提供實驗事實而進行 的一種實驗。驗證實驗是科學的研究方法和科學的研究態度的重要組成部分，在化學研 究中沒有被驗證的理論、假說或者事實都被認為是不確定的。在化學課程的教學過程中，驗證型實驗通常用來驗證或證實所學的化學知識。這種類型的實驗在中學化學中如：碘 升華實驗、完全燃燒和不完全燃燒等。

探究型實驗：探究，是指圍繞問題展開的活動，是逐步分析和解決問題的過程。探 究學習是指運用探究的方式進行的學習活動和過程，亦即學生在教師的指導下，主動發 現問題，以一種類似科學研究的方法對問題進行分析和研究，從而達到問題解決和知識 獲得的過程與活動¨。通過以上對于探究學習的研究可知，探究型實驗是指圍繞某一化 學研究對象，在觀察和總結研究實驗現象和實驗數據的基礎上，歸納總結出結論的一種 學習模式。探究型實驗以實驗作為基礎，啟發引導學生獨立的探索知識，是學生了解知 識的產生和發現過程，讓學生通過自身的努力，通過積極的思維活動，概括得出有關的 結論，并進行科學探究過程和探究方法的系統訓練。新的化學課程標準中指出“化學實 驗是進行科學探究的主要方式，教師應改變傳統的實驗教學，精心設計各種探究型實驗，促使學生主動的學習，逐步學會探究”通過這種教學方式，既激發學生學習興趣，使學 生掌握實驗技能，又能夠改變學生傳統的學習方式，是學生主動學習、自主探究，逐步 形成科學探究的能力。我們這里將詳細探討探究型實驗在中學化學實驗中的應用。模擬型實驗：由于受到實驗條件限制、安全性制約、常規環境下反應現象不明顯等 因素的約束，通常教師借助模擬的方法，選定替代物對實驗進行模擬。這種實驗在中學 化學實驗中如實驗室里用模擬接觸法制硫酸等。

對照型實驗：這種實驗通過對比或對照來研究物質的某種屬性的一種實驗。這種實 驗要設計兩個或兩個以上的對比組實驗，一個作為標準組；另一個為實驗組，通過對比 實驗對比、對照判定實驗組是否有相同或類似的性質。

二、虛擬環境下的教學模式選擇

教學模式這一概念最早是由美國學提出，它是指在一定的教育思想、教育理念指導 下，結合大量的教學經驗，將教學四要素有機的組織起來，形成相對穩定的教學活動框 架。也就是在相應的教育思想、教育理論、學習理論的指導下，結合一線教師的實踐經 驗，將教師、學生、教學媒體、教學內容有效組織起來。教學設計的過程模式可以作為 學校和委托教學培訓機構的溝通手段，還可以作為管理教學系統設計活動的指南，以及 作為整個教學設計過程的依據。

為了更好的分析中學化學的教學情況，從而總結歸納出實踐性好并且符合學生認知 規律的中學化學實驗課程的教學模式及教學設計過程，我觀察并分析了2007年、2008 年和2009年全國中學信息技術與課程整合優質課大賽(化學部分)的視頻、音頻、幻 燈片及說課稿等資源，其中涉及來自全國12個省市的45名中學教師，從中總結出信息 技術支持下探究型教學模式的教學設計過程和學生探究學習流程。首先對教師教學模式 的選擇和教學的支撐環境情況進行分析

多數教師在教學過程中采用探究型的教學，其中在分析 的45節獲獎課程中，有27節應用的探究型教學模式。義務教育階段，化學課程中的探 究型實驗教學，是一種重要的學習方式，也是義務教育階段化學課程的重要內容，對發 展學生的科學素養、化學基礎知識和技能的培養具有不可替代的作用。多數一線教師已 經意識到信息技術在教學過程中的重要作用，大多采用多媒體環境下的教學，少數教師 結合網絡平臺開展探究教學活動。

與探究活動的一般過程相同，中學化學的探究型教學過程仍然在教師和學生兩個方 面研究教學過程。所不同的是，中學化學的探究過程首先是教師的教學準備階段，這一 階段無學生參與，教學準備階段由教學分析階段、探究準備階段和設置并說明問題階段 組成。教學分析階段又包括學習者特征分析、學習任務分析、解決問題可行性分析、三 維教學目標分析階段等；探究準備階段是教師為學生的學習過程提供必要的前提，包括 先行組織者的準備、探究平臺準備、探究工具準備等；學生的探究學習是在教師預先設 定的范圍內開展探究活動，在學生探究活動開始前，教師要設置探究問題，并對探究主 題作簡要說明。

進入教學過程階段，這一階段分為教師活動和學生活動兩個方面進行，這兩個方面 是同一教學過程下的兩個方面，而不是分開的教學過程。教學過程方面，教師在探究活 動開始前對學生學習進行啟發、引導。教師在整個教學過程中引導、監控整個學習過程，并適時的組織討論，并對實驗現象作出解釋，最后教師對整個虛擬探究過程進行總結，對探究活動進行總體說明，講虛擬實驗回歸真實實驗，促進學生知識的拓展和遷移，促 使學生能力的提高。

學生方面，由于是在虛擬環境下開展的學習活動，首先進行虛擬儀器的使用練習和 對于先行組織者的學習，然后是整個探究學習過程，在學習過程結束后與同伴交流，并 反思探究過程，最后進行自我評價和教師評價，對學習結果升華。

我們將在此教學模式的指導下，運用相關教學設計思想，從教師和學生兩個方面設 計探究過程：

三、虛擬環境下學與教的教學系統化設計過程

在這種教學模式下，對于教學過程的系統化設計也與傳統的教學設計流程有較大的 差異。在建構主義思想和新課程理念及素質教育思想的指導下，我們根據我國一線教師 的教學經驗，并結合“主導一主體”的教學設計思想，以“學教并重’’理念為指導設 計出適合虛擬環境下中學化學探究型實驗教學的教學系統化設計流程。

對教學過程進行分析可以反映出中學化學實驗課程教學的基本情況，最終目的是要 得出出在初中化學教學中教學設計過程和學生自主探究流程。由此我們選擇了觀察法、數據統計法、內容分析等方法對優質課大賽資源進行分析。根據教學過程中探究活動的 開展情況，再結合科學的教學理論和新課程及素質教育理念，歸納出適合于探究型實驗 教學的教學模式和教學設計流程。我們分別在教學分析階段、教學目標分析、教學準備、教學指導、平臺利用、評價反思等幾個方面進行了分析。

對于信息技術與課程整合大賽中的資源進行分析，我們得出，在教師方面探究過程 基本包含以下基本環節：學習者分析、教學內容分析、學習目標分析、學習指導、教學 媒體設計、數字化學習資源的利用、教學評價和教學反思等。對以上問題的對研究虛擬 環境下中學化學課程探究實驗的過程和步驟提供了良好的依據。

通過教師教學過程表的分析，可以看出一線教師在教學過程中，著重對學習者分析、教學內容分析、學習目標分析、學習指導、教學媒體設計、和教學反思等；多數教師在 教學過程中涉及數字化學習資源的利用、教學評價；較少教師在教學過程中使用先行組 織者策略；幾乎沒有教師對解決問題的可行性分析進行分析。然而在實際的教學中先行 組織者策略和解決問題的可行性分析是教學過程中的重要內容，尤其是在虛擬環境下的 探究實驗中，這兩方面顯得格外重要。

其中，先行組織者策略是能促進有意義學習的發生和保持的最有效策略，是利用適 當的引導性材料傳遞當前所學的新內容加以定向與引導。這些引導性材料通常和新知識 間存在著包容性、概括性、和抽象性上的聯系，便于新舊知識間建立聯系，從而促進新 知識的學習。這種策略尤其適合探究型學習，在學生進行探究學習前，將先行組織者呈 現給學生，便于學生探究學習的進行。

解決問題的可行性分析，在處理教學中遇到的問題時，分析造成這種問題的原因是 什么，這種問題是什么性質的，運用虛擬環境下的探究實驗以及教學系統化設計是否能 解決這一問題，這一步驟在教學過程中是極為重要的一步。然而，通過分析我們得知，在實際的教學中，教師很少考慮這一問題，造成了人力及資源的浪費。

對于虛擬環境下的探究型教學實驗，與以往的教學方式有很大差異，教師在整個實 驗過程中起到引導和輔助學生學習的作用，由此，教學設計環節也較傳統的教學設計有 很大差異，下面我們從教師角度探討一下虛擬環境下中學化學實驗課程的教學設計流 程：

整個教學設計環節分為三個階段進行，其中包括教學分析階段、教學目標確定階段、準備階段、指導階段和探究型實驗的總結性評價階段。

教學分析階段包括學習者分析、學習任務分析和解決問題的可行性分析。

學習者分析：教學的最終目的是為了有效促進學生的學習，學生的原有認知結構和 認知風格對學習的結果起到至關重要的作用，對教學設計起到重要作用的心理因素進行 分析，為后續的教學系統設計步驟提供依據。

學習任務分析：探究型教學是以學習任務為基礎的，教師在探究活動開始前對學習任務進行分析，找出其中的重難點及學生難以解決的問題，在探究活動開始前向學生說 明。探究問題的可行性分析：了解并掌握學生已有的知識同本次探究活動的相關性以及 學生對以往知識的掌握情況，判斷學生探究活動的可行性。

教學目標分析階段，新課程標準下，將學習過程的目標分為三個維度：知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀目標。教學無論是探究型的實驗教學還是其他形式的教 學，其目標都是促使學習者朝著目標所規定的方向發生變化，在教學的系統化設計中，教學目標是否明確、規范、具體，直接影響到學習活動能否沿著正確的方向進行，它是 縱貫整個學習、探究活動的整個過程的一種指導思想，是對教學活動的一種原則性規定。準備階段：是教師對于學生探究活動的準備，其中包括準備并提供給學生探究新知 識的先行組織者、實驗平臺的提供、探究工具的提供。盡管這一過程是在虛擬環境下完 成，但這些步驟仍必不可少，尤其是虛擬環境下探究平臺的準備和探究工具的提供，是 學生在虛擬環境中進行探究的必要前提。

提供先行組織者：先行組織者是利用適當的引導性材料對當前所學的新內容加以引 導，這類引導性材料與當前所學新內容之間存在包容性、概括性和抽象性符合同化理論 的要求。

探究平臺的準備：在虛擬實驗室中完成探究實驗，實驗平臺是完成探究過程的必要 前提。虛擬實驗同實物的操作實驗相同，需要教師做大量的準備工作，包括實驗虛擬實 驗平臺的使用和調試等。

探究工具的準備：探究工具包括相關資料的搜索工具，實驗記錄工具、數據處理工 具以及實驗過程的協作交流工具等。這些工具在虛擬環境的探究實驗中顯得尤為重要，也是探究過程必不可少的條件之一。

指導階段：這一階段是學生實施探究活動的過程，也就是課堂教學過程。在這一階 段教師的教學功能已經轉變為指導、輔助功能，教師在這個過程中回答學生的疑問，對 所有同學都遇到的共性問題做及時的糾正。真正做到“以學生為中心"的教學，所有虛 擬資源和非虛擬資源都是為了支持學生的“學”，而非教師的“教”，教學的中心已經從 教師向學生轉變。逐漸形成以教師為“主導”，學生為“主體”的新型教學結構，以適 應新型教學環境，實現信息技術與學科教學的深層次整合，實驗教育改革的跨越式發展，最終實現培養創新型人才的目標。

探究的成果評價：對于探究學習過程的評價要基于三維教學目標，從多個角度出發，尤其是實驗課程的探究過程，涉及到各種實驗過程、步驟的規范性、探究過程的態度、協作交流情況等涉及到所有探究過程的環節。對于課堂教學的評價通常是總結性評價，總結學生探究過程的不足。將學生學習過程中的表現即時的反饋給學生，供學生修正自 己的探究模式，便于學生更好地進行以后的學習。

教師是整個探究活動的指導者和促進者，涉及到給學習者指定方向，通過各種手段 提升學習者的興趣；為學生解釋任務和對實驗資源的基本操作做出解釋；對整個探究過 程作基本的描述，使學生不至于漫無邊際的探究，為學生提供完成探究所需的所有策略、步驟等；最終在同學問完成評價后，教師對整個探究過程做最后的總結性評價。學生是整個探究式學習活動的主體，一切問題的出發點和歸宿都是促進學生學習，學生的探究學習過程可參照科學探究的一般過程：發現或提出問題、提出猜想和假設、制定研究計劃與設計實驗、進行實驗搜索證據和分析數據得出結論。與一般的探究活動 所不同的是，學生的所有探究活動都是在教師的指導和監控下進行的；學生的探究活動 不同于科學探究，其目的在于通過探究活動獲取知識，學習過程要在教師設定的總體目 標下進行，進行探究活動前，學生要仔細閱讀教師對探究活動的總體要求；鑒于學生探 究活動的學習目的，在完成探究活動后要進行小組或組間的交流協作，教師對整個探究 活動給予評價反饋，最終實現學生學習目標的實現。總體說明：學生在教師的指導下進行探究活動，根據三維教學目標，并且結合多數 學生的認知特點和思維習慣，分析學習任務，給學生探究實驗指定方向，通過各種手段 提升學習者的興趣。并向學生提供先行組織者，使學生掌握與新的知識相關或相近的知 識；對實驗的目標作概括性的描述，必要時要向學生說明該實驗的注意事項，把實驗的 難度控制在合理的范圍內，既激發了學生探究知識的興趣，又不至于是學生由于無法完 成實驗而產生挫折感。

猜想與假設：學生根據已掌握的知識和技能，對新問題提出假設。這一過程中可以 和同伴或教師交流，以優化自己的假設，為自己下一步設計實驗奠定基礎。

設計實驗：根據上一步自己的假設，設計自己實驗步驟和過程，其中包括儀器的連 接、藥品的選取等。

實驗過程：這一步是進行實驗的過程，學生獨立或者小組跟組設計的實驗步驟實施 實驗方案。在虛擬環境下的實驗，可以充分滿足學生的探索欲望，適當擴大學生藥品的 使用范圍和儀器數量，在實驗過程中學生要認知觀察實驗現象。

收集數據：實驗過程中不斷的對實驗現象和實驗數據進行記錄，這一過程培養學生 對待科學的態度，絕不錯過任何一個實驗現象，也絕不漏掉任何一個實驗數據，為之后 的實驗分析打下良好的基礎，進一步培養自己科學探究的能力。

驗證假設并解釋結論：通過對收集到的數據和實驗現象的認真分析，得出自己的結 論，并回頭驗證自己的假設。這是一個反復的過程，學生可以根據得到的數據修正自己 的實驗過程重新設計自己的實驗。同時，這一階段完成后可以和同伴交流，并且形成最 終的匯報，將最終的結果反饋給教師，作為教師評定探究過程的一項依據。

反思與評價：整個實驗過程結束，學生對自己的實驗過程反思，總結自己在探究過 程中的得失同時進行自身評價、小組間的評價和教師的總結性評價。

表達與交流；這一環節是總結與提高的過程，同學間通過不同的假設與步驟，通過 不同的途徑，探究完成了實驗任務。通過表達與交流可以取長補短，為以后的實驗學習和科學研究奠定良好的基礎。

形成性評價：這一過程由教師完成，教師在觀察分析整個實驗組的探究過程后，對 實驗進行相對性評價，總結學生探究過程的不足。將學生學習過程中的表現即時的反饋 給學生，供學生修證自己的探究模式。

在實際的探究學習過程中，并不是所有的探究虛席活動都完全遵照以上探究過程，進行探究實驗的目的主要是使學生模仿科學家在進行科學探究過程中的過程，完成教學 目標，學習科學探究的各種技能，提高學生的科學探索素養。在整個探究過程中，學生 的探究活動表現為：學生是整個探究活動的主體；利用虛擬環境為學生提供盡可能多的 探究條件和實踐探究思想的機會；充分發揮學生探究活動的主觀能動性。