计算机教学中计算机虚拟技术的应用

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随着计算机技术的不断完善，人们对计算机的依赖性也越来越强，社会对计算机人才的需求也越来越迫切。提高计算机教学质量，为社会输送更多计算机领域的人才是计算机教学的目标。计算机虚拟技术的引入，使计算机教学满足了多元化教学的要求，同时还降低了教学成本，是提高学生学习效率的有效途径之一。

1计算机虚拟技术概述

虚拟现实技术又称灵境技术，是英文Virtual Reality一词的中文含义，它是计算机图形学、人机接口技术、传感技术、多媒体技术、网络技术、仿真技术等多种技术的集合，是具有挑战性的交叉技术，它是仿真技术的重要发展方向。虚拟现实技术主要包含：模拟环境（由计算机生成的、动态的、实时的、逼真的三维立体图像）；感知（包括视觉、触觉、听觉、味觉等）；自然技能（人头部的转动、手势以及其他人体动作）；传感设备（三维交互设备）。具体来说，虚拟现实就是用户与计算机之间的一种比较理想化的人机界面形式，它以计算机技术为核心，运用多种技术手段，生成一种逼真的虚拟环境。用户只需借助专业的传感设备便可以进入虚拟环境，并与虚拟环境里的对象进行交互，从而产生一种与真实环境相同的感受和体验。虚拟技术具有如下特征：

1）交互性，是指虚拟现实环境中被操作对象的可操作程度以及用户从虚拟现实环境中得到反馈信息的自然程度。用户通过借助各种专业设备，比如数据手套、头盔显示器等与虚拟环境中的操作对象进行交互。计算机根据用户的手、头、眼睛、语言以及肢体运动，对系统的图像和声音进行调整，使用户得到一种真实的体验感受。

2）沉浸性，计算机虚拟现实技术对现实中的事物进行逼真的模仿，使用户产生如同面对真实事物的感觉，如同置身于真实场景中，并由观察者的角度转变成了直接参与者，仿佛自己也是虚拟环境中的一个组成部分，沉浸于虚拟世界中。

3）多感知性，虚拟现实系统具有听、触、动、视觉的反应和传感装置，用户在虚拟环境中能够获得听觉、触觉、视觉等多种感知，进而有一种身临其境的感觉。

2计算机课程教学情况

通过分析，计算机课程教学主要有以下几个特点：

1）信息技术的飞速发展，促使计算机课程内容需要不断进行更新。

2）计算机课程是操作性及实践性要求非常强的课程，需要理论与实践紧密结合。

3）随着社会的进步，信息技术的应用已经渗透到了各个领域，各行各业有效利用信息技术是必然要求。因此，计算机课程教学需要与时俱进，还要科学合理地选择教学模式。由于部分学生对计算机的认识不够，而又没有较系统地学习计算机课程；所以他们认为计算机课程学习难度较大，而且由于区域教育水平的差异性，学生知识水平不太均衡，使得教师在教学时不太容易确定课程的教学方式。与此同时，计算机课程较为抽象，理论知识的学习须在实践操作中得以体现，才能让学生直观地学习课程内容，但目前部分学校理实结合的学习还存在一定难度，这让部分学生要么难以理解理论知识，要么掌握了理论但不懂得如何实践操作。教师在教学时，通常利用软件模拟操作或者使用电脑直接演示，将内容直观地呈现给学生，更利于他们掌握学习的内容。但是，由于部分学校课程安排等原因，这些内容的学习间隔时间可能较长，连贯性不够且又没有进行实操，导致部分学生在理解时往往出现偏差。

3计算机虚拟现实技术在计算机教学中的优势

计算机虚拟技术在计算机教学过程中具有以下几方面的优势：

1）逼真，通过利用虚拟现实技术的软硬件系统，为学生搭建一个逼真的虚拟环境，对学生听觉、触觉、视觉等多种感官形成一种刺激，激发学生的大脑，使其在非常兴奋的状态下接受信息，这样有利于提高学生的注意力，增强记忆。

2）交互，学生利用虚拟手套、虚拟头盔等传感设备的瞬时反馈，完成与虚拟环境中的老师之间的交互，老师也可以通过及时处理和加工学生的反馈信息，构建一个更加适合学生、更能激发学生学习积极性的虚拟环境。

3）合作，在虚拟环境中学生可以互相合作、相互探讨、共同交流，老师也可以对学生学习情况进行观察和了解，对学生学习过程中存在的不足进行纠正和指导，还可以直接参与到学生的合作、交流中，进一步激发学生潜能。

4在计算机教学中计算机虚拟技术的具体应用

4.1虚拟现实技术在计算机理论教学中的应用

计算机是一门实践性较强的课程，单凭老师的讲述很难让学生对知识有一个深刻的认识，而虚拟现实技术的引入则可以让抽象的知识变得更加形象、具体。比如，在对计算机结构和组装过程进行讲解时，教材中的文字和图片很难让学生对组件结构和组装过程有形象、直观的了解。大部分老师都会带学生到实验室结合具体的计算机实物进行操作与指导。虽然这种方法可以让学生切身感受到计算机的组装过程，但在实际操作中还是存在一定的弊端。比如，老师没有充足的时间对每位学生都进行现场指导，而学生们也希望能够按照自己的想法去进行实践。为了更好地解决这些问题，可以尝试利用虚拟现实技术来学习这些教材内容。VR技术可以将图片、声音、动画、文字等媒体表现形式进行有机地结合，通过巧妙地设计制作出具有沉浸感和交互性，并且生动活泼的教学课件，以满足学生可以从多种角度进行学习和实践的教学要求。同时，还可以给学生营造一种仿佛置身其中的感觉，使他们能够更好地理解课本内容。在“操作系统”这门课中，进程管理和处理机调度是比较难理解的地方，尤其是生产者和消费者以及死锁问题。老师可以结合3Ds Max制作VR课件，将生产者和消费者以及死锁问题的原理利用课件形象生动地展示给学生，使学生对其原理有一个深刻的理解。在进行数据结构的讲解过程中，常见的数据结构的算法思想较抽象，在演示时不容易让学生掌握，这也是计算机课程教学里较为困难的一点。这个时候，也可以通过使用VR技术来进行处理，把抽象的算法过程直接地呈现给学生，便于学生的理解与掌握。在讲解信息编码、二进制以及十进制这些基本概念时，也可利用虚拟现实技术制作一些游戏案例，这样既可以激发学生学习兴趣，又可以通过游戏中设置的问题来提高学生主动思考问题、解决问题的能力。

4.2虚拟现实技术在计算机实验教学中的应用

虚拟现实技术可以生成计算机实验教学中所需的实验系统，包括实验对象、实验仪器设备、实验室环境，还有自评、测试、导航等实验信息资源。既可以利用虚拟技术虚拟出一个构想的实验室，也可以重现某一现实的实验室。比如，在计算机操作系统安装以及调试实验中，可以使用VMware软件创建出一台和真实计算机相同的虚拟机，这种虚拟机具有独立的硬盘、操作系统和内存空间，并且独立运行，所以即便某台虚拟机出现了故障，也不会对物理机和其他虚拟机产生影响。而且它的投入成本较低，安全性较高。每台虚拟机都可以根据用户的需要安装不同的操作系统，比如Linux、Windows，可以满足多种学习要求，真正实现了一机多用。当然，如此所构建的虚拟网络实验室并非十全十美，也是缺在一定缺陷的，如：虚拟机的启动速度相对较慢且各虚拟机之间的交互性也需改善。但是虚拟网络实验室的优势也是非常明显的，相较于传统的物理网络实验室，每台虚拟机具有很好的独立性和隔离性。同时在对虚拟机进行使用的过程中，学生都具有管理员身份，因此学生具有实际的上机体验。另外，虚拟机在配置设定之后不会受到其他虚拟机的影响，所以在资源分配方面更加合理。而且虚拟机的适应性较强，当计算机实验教学要求发生变化时，只需改变虚拟机的配置即可，不需要再另购计算机设备，进而节省了教学成本。除了虚拟机，还可以利用虚拟现实技术模拟其他的实验环境。比如，在电子商务课程的实验中，可以对商务环境进行虚拟，让学生切身感受到现场交易的气氛，并且参与到交易过程中。在数字电路课程的实验中，可以利用虚拟的电路器件来进行电路设计，免去了购买器件的费用。在建设广域网和城域网的教学实验中，可以利用VR技术模拟出一个真实的网络环境，学生可以亲身体验，如同现场操作一样。通过虚拟实验室来进行计算机实验操作，既可以节省实验时间，又能够达到真实、直观的实验教学效果，尤其是对于那些具有一定隐蔽性结构原理的讲解以及无法重组的仪器设备的仿真训练，计算机虚拟现实技术有效避免了真实实验操作所可能发生的危险，减少了设备投入方面的开销。

5结束语

计算机虚拟现实技术在计算机教学中的应用越来越广泛，尤其是在实验教学中，它不仅可以降低教学成本、节省教学时间，而且还可以为学生提供好的实践操作机会，创造了良好的教学环境，提高了教学质量。因此，应当推广计算机虚拟技术在计算机教学领域中的应用，使计算机教学水平再上一个新台阶。