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探析Web3D技術(shù)在現(xiàn)代教學(xué)中的應(yīng)用論文
前 言近年來，大量現(xiàn)代化的媒體形式在教學(xué)中予以應(yīng)用，對教學(xué)方法、教學(xué)形式的作用和影響也日益顯著，現(xiàn)代教學(xué)媒體已成為傳播教育信息的重要工具。80年代初，計算機開始較廣泛應(yīng)用于輔助教學(xué)，CAI概念也逐漸為人所熟識。今天，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用則將為今后的教學(xué)形式帶來前所未有的沖擊。
虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，簡稱VR）技術(shù)是一種逼真地模擬人在自然環(huán)境中的視覺、聽覺、運動等行為的高級人機交互技術(shù)，是當前現(xiàn)代教育技術(shù)中的前沿技術(shù)。將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)，能夠使學(xué)生由知識的被動接受者變成了虛擬環(huán)境中的參與者，可以調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，帶給學(xué)生體驗式學(xué)習(xí)的愉悅經(jīng)歷。因此，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在高等學(xué)校教學(xué)，尤其是實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中具有廣闊的應(yīng)用前景。
Web3D技術(shù)簡介
Web3D技術(shù)是虛擬現(xiàn)實技術(shù)中的一種，通過使用這些技術(shù)可以開發(fā)出應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)頁面中，達到照片級渲染效果的虛擬場景，實現(xiàn)相應(yīng)的動畫效果，并可根據(jù)瀏覽者輸入的指令及時反饋信息，達到人機交互的目的。Web3D還可以簡單地被看成是Web技術(shù)和3D技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，網(wǎng)絡(luò)性、三維性和交互性是其顯著的本質(zhì)特征。通過應(yīng)用Web3D技術(shù)，用戶可以在網(wǎng)上瀏覽以三維形式表現(xiàn)的物體，并對其進行交互性操作以體驗身臨其境的奇妙感受。
Web3D技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用
傳統(tǒng)的媒體教學(xué)方式多以文字、圖片、聲音或視頻資料出現(xiàn)，學(xué)生只是一味被動的接受，而利用Web3D技術(shù)構(gòu)造的虛擬環(huán)境在呈獻知識信息的方式方法上卻有著獨特的優(yōu)勢，它可以在廣泛的科目領(lǐng)域提供無限的虛擬現(xiàn)實的體驗，從而迅速引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加速和鞏固學(xué)生學(xué)習(xí)知識的過程。采用這種方法可以大大提高人們的想像力、激發(fā)受教育者的學(xué)習(xí)興趣，從而獲得十分顯著的學(xué)習(xí)效果。它的優(yōu)點主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
1.在信息展示方式上打破時間與空間的限制
利用Web3D虛擬技術(shù)，可以徹底打破時間與空間的限制，為學(xué)生提供逼真、生動的感性學(xué)習(xí)材料，幫助學(xué)生解決學(xué)習(xí)中的知識難點。例如在學(xué)習(xí)建筑工程時，通過Web3D技術(shù)，學(xué)生可以自由地在虛擬建筑物中進行游歷，了解各種建筑設(shè)計的特色，甚至通過特定的Web3D功能可以透視建筑物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，或由學(xué)生親身體會模擬搭建各類建筑的過程。這些體驗都是學(xué)生感興趣，而在傳統(tǒng)課堂教學(xué)中卻往往無法實現(xiàn)的。
2.彌補教學(xué)條件的不足
在現(xiàn)有的教學(xué)環(huán)節(jié)中，由于學(xué)生上課的時間、空間環(huán)境，無法對所有的實踐性環(huán)節(jié)進行實際操作，大部分情況下由教師演示，或直接觀看過程錄象。一些實驗設(shè)備由于價格昂貴，數(shù)量較少，學(xué)生也無法展開全面的使用或根本不能進行操作，而利用Web3D技術(shù)構(gòu)建的虛擬實驗環(huán)境和虛擬實驗設(shè)備恰好可以彌補這些方面的不足。學(xué)生足不出戶便可以做各種各樣的虛擬實驗，獲得與真實實驗一樣的體驗，從而豐富感性認識，加深對教學(xué)內(nèi)容的理解。例如在指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)機械手臂運動的課程中，利用Web3D構(gòu)建機械手臂的三維模型，發(fā)布為網(wǎng)絡(luò)瀏覽器可以瀏覽的網(wǎng)頁格式，通過在網(wǎng)頁中加入相應(yīng)的JavaScirpt腳本語言，以使該模型具有交互功能。學(xué)生通過調(diào)節(jié)機械手臂的每一零部件的運動參數(shù)，即可獲得即時的模型運動反饋信息。這樣，學(xué)生可以直接觀察到機械手臂中每一個零部件的運動方式，直觀的理解每一個調(diào)節(jié)參數(shù)的作用，從而對整個機械手臂的機構(gòu)運動有了感性的認識。
3.節(jié)省大量教學(xué)成本
在許多試驗和操作性環(huán)節(jié)中，需要為學(xué)生提供大量的實驗設(shè)備及耗材，這無疑增添了教學(xué)成本，而Web3D技術(shù)的應(yīng)用則將可以這些方面的成本降到最低。通過計算機上模擬試驗過程，不需要通過對設(shè)備實物的操作，尤其是在需要耗材的實驗中，可以省去購買耗材的成本。學(xué)生可以在設(shè)計好的虛擬環(huán)境中作多次試驗，既不會產(chǎn)生機器的耗損，也不消耗任何材料，這不但節(jié)省了成本，也可以使學(xué)生獲得更多的實驗次數(shù)，有利于加深學(xué)生學(xué)習(xí)的印象和學(xué)習(xí)效果。例如在數(shù)控加工中心的訓(xùn)練中，要求學(xué)生對金屬毛坯材料進行車、銑等加工操作，在真實的加工環(huán)境中，需要使用真實的鑄鐵毛坯工件，學(xué)生實驗結(jié)束后，這些材料就無法再次使用了，而且若出現(xiàn)操作上失誤，還會相應(yīng)的增加材料使用量，從而造成浪費。如果采用虛擬加工，學(xué)生對計算機生成的三維毛坯工件在計算機屏幕上進行加工，既不必擔心學(xué)生因誤操作加工產(chǎn)生廢料，也可以讓學(xué)生對虛擬加工中心進行多次操作以加深對學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解。
4.避免真實實驗中的危險環(huán)節(jié)
在真實的實驗環(huán)節(jié)中，存在各種危險隱患，因此對于這種類型的實驗環(huán)節(jié)在傳統(tǒng)教學(xué)中多數(shù)以演示為主，學(xué)生無法直接參與，因而不能形成對該實驗的感性認識。通過使用Web3D技術(shù)進行虛擬實驗則打破了這種瓶頸，學(xué)生在虛擬實驗環(huán)境中，可以放心地去做各種危險的或?qū)θ梭w有危害的實驗，而不用考慮會造成傷害。這樣不但使學(xué)生對這些學(xué)習(xí)內(nèi)容有了感性的認識，也提高了學(xué)生對于這些內(nèi)容的興趣，增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的深度與廣度。
結(jié)束語
Web3D虛擬技術(shù)為學(xué)生提供生動、逼真的學(xué)習(xí)環(huán)境，對教學(xué)在時間和空間上進行了擴展，具有強大的交互功能，可以讓學(xué)生與研究對象進行三維交互，不僅能夠讓學(xué)習(xí)者感受一種身臨其境的感覺，還使學(xué)習(xí)者成為虛擬環(huán)境中的參與者，對調(diào)動學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)積極性，突破教學(xué)的重點、難點，培養(yǎng)學(xué)生的技能起到了積極的作用。將Web3D技術(shù)應(yīng)用于高校教學(xué)是必然趨勢，必將在提高教育技術(shù)水平、改造實驗環(huán)境和優(yōu)化教學(xué)過程、培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的人才等方面發(fā)揮重要作用。
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