我们知道在现代篮球运动快速发展中不仅需要大量、直接、生动形象的教学素材,而且篮球技术不断的提高,使普通教师和教练员有时在教学和训练中很难完成示范动作;有些战术内容因复杂多变使教练员一时也很难用言语和动作路线来表达清楚;同时在教学和训练过程中,运动员有时需要有大量的观察、模仿、反馈、修正等除了本体感觉外的感觉信号特别是视听感觉。而虚拟仿真技术所具有的特征却能很好弥补这些不足之处,这样教练员不必是技术顶尖的人物甚至不必是国手级人物,运动员也能很好的观察到顶尖选手的技术动作以及听到专家学者的解说。所以基于计算机3D的虚拟仿真技术不但可辅助传统的教学和训练方式,另外也有利于激发运动员的学习和训练的兴趣和认知主体作用的能力,有利于知识的获取和实现对教学训练信息的有效组织与管理,为教学和训练提供一个较理想的环境。
所以基于计算机3D的虚拟仿真技术作为新的教学媒体,它的出现对现代篮球技战术的教学和训练提供了新的教学环境和工作平台,它产生了不可估量的影响。在这种背景下,采用虚拟技术对于积极探索现代篮球的技战术的发展和变革教学训练方式有着重要的意义。
2.研究方法
2.1专家讨论法:在2004年11月25日来自中国科学院、清华大学、首信集团、浙江大学、北京航空航天大学、上海交通大学、曲阜师范大学、沈阳体育学院、南京大学、南京师范大学等几十个高校院所共40位专家学者在国家体育总局体育科学研究所就体育系统仿真与虚拟现实技术问题进行了学术讨论。
2.2计算机模拟设计法:就虚拟现实技术在篮球中的应用方面在计算机中进行了模拟和设计。
2.3文献资料法:就虚拟现实技术(VR)问题查阅了国内外相关资料。
3.结果与分析
3.1虚拟现实的基本概念及基本特征
虚拟现实技术(VirtualReality)是利用计算机技术建立一种逼真的虚拟环境,集成了计算机图形学、多媒体、人工智能、传感器、网络、并行处理等技术的最新发展成果,浏览者通过数字手套、立体头盔、立体眼镜和三维鼠标等传感器与计算机发生联系,从而减小人机差距,最终产生一个拟人化的三维信息环境,在这个环境中,人们的视觉、听觉和触觉等的感受像是在真实的环境中一样,即有“身临其境”的感觉,人们可以沉浸在这个环境中与环境进行实时交互。这就是它的所谓“沉浸性”、“实时性”和“主动的交互性”。虚拟现实技术是一项极具发展前途和实际应用前景的技术,已经运用到了很多领域,如生产监控、教育训练、教学导览、设计与规划等。
3.2现代篮球运动中虚拟现实技术的作用
3.2.1弥补现代篮球教学训练条件的不足。在现代篮球教学训练中,往往因为天气、场地、器材、经费等方面的原因,从而使一些教学和训练课无法进行。利用虚拟现实系统,可以弥补这些方面的不足,学生足不出户便可以了解篮球技战术,获得与真实感觉一样的体会,从而丰富感性认识,加深对教学内容的理解。
3.2.2避免高难度和复杂的技术动作所带来的运动伤害。随着现代篮球技术的高度发展,篮球的对抗性和高空争夺的竞争越来越激烈,技术难度也越来越高。利用虚拟现实技术进行虚拟动作实验(必须与篮球运动实际相结合以及结合人体科学和人体运动规律等),则可以免除这种顾虑。学生和运动员在虚拟实验环境中,可以放心地去做各种高难度的动作。例如,高空的高难度的扣篮动作。
3.2.3彻底打破空间、时间的限制。利用虚拟现实技术,可以彻底打破时空的限制,足不出户就可以观看全世界优秀运动员的技战术和世界著名教练员的技术指导和体验现代篮球理念。
3.2.4可以虚拟人物形象。虚拟现实系统可以虚拟世界上著名的运动员和教练员等各种人物形象,创设一个人性化的学习环境。例如NBA2005游戏就是这样的一个例子,在虚拟的游戏中我们可以选择自己喜欢的球队和运动员,我们还可以同虚拟的乔丹、科比、姚明等全世界著名的运动员同场竞技,在虚拟的课堂学习气氛中,我们还可以与虚拟的教练员、教师、运动员等一起交流、讨论,共同探讨学习训练中的各种技战术的问题,进行合作化学习。
3.3篮球运动中虚拟现实技术的应用
虚拟现实技术能够为学生及运动员提供生动、逼真的学习环境,学生和运动员能够成为虚拟环境的一名参与者,在虚拟环境中扮演一个角色,可以和世界上著名的运动员和教练员一起同场竞技,这对调动学生和运动员的学习积极性,突破技战术的重点、难点,培养学生的技能都将起到积极的作用。虚拟仿真技术可以虚拟出世界上著名的运动员和教练员,还可以仿真出著名的运动员的技术和著名教练员的战术,使体育训练摆脱纯粹的依靠经验的状态,进入理论化、数字化的时代。还可以把成绩差的运动员的动作捕捉下来建立3D仿真技术,将其与优秀运动员的动作进行对比分析,从而帮助其训练。虚拟现实技术在远程教学中的应用主要有以下几个方面。
3.3.1辅助教学
虚拟仿真技术作为一种崭新的科学技术,它不仅弥补了现代篮球教学方式的不足,同时也丰富了教学手段和方法,现代篮球技战术复杂多变,教师和教练员在教学和训练时,有时很难用简洁的语言来表达清楚这些复杂多变的技战术,如果用虚拟仿真技术逼真的去展示,那么就会起到意想不到的效果,真正做到事半功倍!
3.3.2辅助设计
3.3.2.1建立虚拟仿真人物和虚拟环境。用虚拟仿真技术可以仿真出世界上最优秀的运动员和教练员,利用交互的特点可以同他们同场竞技。
3.3.2.2以三维方式虚拟仿真技术动作。通过形象化的方式让运动员更容易、更快速地掌握技术动作要领,从而大幅度地提高运动员整体运动技能水平。这项技术不仅可以用于日常训练,而且还可以用于(国际)教练员、运动员和裁判员培训。
3.3.2.3新动作设计与技术动作标准化。可以编辑、修改、设计新动作(必须与篮球运动实际相结合以及结合人体科学和人体运动规律等),通过该工具还可以让教练员设计出自己头脑中“理想”的动作,据此建立标准技术动作库,用于教学与(国际)培训,提高比赛成绩。
3.3.2.4技术动作分析。可以对技术动作做量化分析,并以图形方式展示分析结果,包括位移、速度、力等。在此基础上,可以对“理想”动作与运动员技术动作做深层次的分析,并给出运动员改进技术动作的指导性意见。
3.3.2.5战术模拟和分析。现代篮球技战术丰富而复杂多变,教练员可以利用仿真技术虚拟对手的战术变化和特点,以直观逼真的3D动画仿真技术展示出来,这样运动员便能很形象、生动地观察到对手的战术特点,从而教练员根据对手的特点,有针对的制定出相应的破解战术和对策,这样在比赛中更容易取得比赛的胜利。
3.3.3应用培训
虚拟现实技术广泛的应用于教练员和裁判员培训中,虚拟现实技术作为一种崭新的技术,给我们带来了崭新的教育思维,解决了以前我们无法解决的问题。在传统的教练员岗位培训中以及裁判员培训中,往往采取传统的教学方式,室内的理论介绍和场地的临场指导这两种形式为主。而虚拟现实技术作为一种崭新的技术,不仅弥补了传统的篮球教学的不足,而且还提供了一种崭新的教学平台,我们足不出户就有身临其境的感觉,全新的3D虚拟动画技术使复杂的内容可以用简单的方式来表达,使教学者更容易地去表达自己的教学思想和内容,使学习者更直观,形象,更容易理解教学者的教学思想和教学内容。
3.3.4成果展示
在以往的成果展示中,展示的方式往往采取文字、图片、幻灯片、视频等技术,而3D虚拟仿真技术的出现让参展者多了一种展示方式的选择,它给传统的展示注入了新鲜的血液,使得更加丰富多彩。例如:在大型的篮球比赛前,比赛组织者和赞助商往往要了解场地布置以及广告布置,以往大多采用二维的平面设计,以图片展示,现在我们就可以用3D虚拟仿真动画技术来展示!再如:在大型篮球场地建造前的效果图设计中,设计单位往往采取平面设计图纸来展示,而现在就可以采用3D虚拟仿真技术更好的来展示!又如:随着恐怖主义在世界上活动的猖獗,一些国家在举办大型的篮球比赛中,往往会做反恐布置和训练以及以最快速度疏散人群等,这样我们就可以预先用3D虚拟仿真技术来逼真的演示1
4.结论与建议
4.1结论
虚拟现实技术作为一个新型教学平台,不但在篮球技术教学中可以应用,在其他技术动作项目的教学中亦可推行,特别在以下方面应用较为普及。
4.1.1辅助教学:弥补传统教学方式的不足,丰富教学手段和方法。
4.1.2辅助设计:虚拟仿真人物和环境以及仿真技术动作并进行技术动作分析以及战术模拟和分析等方面。
4.1.3应用培训:虚拟现实技术可以应用于教练员和裁判员培训中。
4.1.4成果展示:可以应用于场地布置以及战术布置和模拟等。
4.2建议
4.2.1虚拟现实技术只能作为篮球运动中的一种辅助手段,要适当的运用于辅助教学、技术设计和分析、战术模拟和分析,以及应用培训和成果展示等方面,不能过多的强调甚至取代传统的篮球教学和训练。
4.2.2虚拟现实技术要与篮球运动实际相结合,如果脱离了实际那么犹如纸上谈兵,就失去了价值。
目前,尽管虚拟现实系统的硬件设备还比较昂贵,虚拟现实技术尚未普及。但是,随着虚拟现实技术的不断发展和完善,以及硬件设备价格的不断降低,我们相信,虚拟现实技术作为一个新型教学平台,以其自身强大的教学优势和潜力,不但在篮球技术教学中可以应用,在其他技术动作项目的教学中亦可推行,我们相信最终会在整个体育领域发挥其重要作用。
主要参考文献
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3.纪庆革,潘志庚,李祥晨.虚拟现实在体育仿真中的应用综述[R].2004年11月25日“首届全国体育系统仿真和虚拟现实技术会议”
关键词职业院校;虚拟仿真;实训资源
中图分类号:G712文献标识码:A文章编号:1671-489X(2012)33-0004-04
1引言
为贯彻落实北京市教育委员会《关于北京“十二五”时期职业教育信息化规划》的文件精神,利用云计算技术、3G无线网络技术、虚拟现实技术和物联网技术——这些技术催生了应用,应用孕育了技术,探索开发职业院校的虚拟项目、虚拟工艺、虚拟流程、虚拟实验、虚拟车间、虚拟工厂,形成虚拟对象与真实对象的有效对接,虚拟实训与真实实训的有机互补,全面提升职业院校的实训教学的可操性、实效性,避免危险性,降低高成本性、不可逆性和高耗费,为实验与实训提供有力支撑。
2虚拟实训资源
虚拟实训的概念是利用虚拟现实技术仿真或虚构某些情境,供学生观察、操纵、建构其中的对象,使他们获得类似真实的体验或者掌握知识理论体系的规律。
目前虚拟实训资源是非常丰富的,各大公司开发了很多虚拟仿真软件与开发平台,尤其是网络版游戏仿真软件风起云涌,给开发商和网吧的投资者带来丰厚利润。而职业教育的虚拟仿真软件与开发平台显得相对匮乏,这是因为职业教育涉及各行各业,一个权威的、界面友好的、能满足各种用户需求的仿真平台编辑器尚未产生,而能满足某一领域的虚拟仿真软件与开发仿真平台编辑器很多,如ProE机械三维仿真平台、VR-Platform三维互动仿真平台和Tina电子线路三维互动仿真平台等。这是因为虚拟技术具有沉浸性、交互性、构想性特征:沉浸性指人能够沉浸到计算机系统所创建的环境中,由观察者变为参与者,成为虚拟现实系统的一部分;交互性指是人能用多种传感器与多维化信息的环境发生交互,如同在真实的环境中一样与虚拟环境中的对象发生交互关系;构想性指人能从虚拟环境中得到感性和理性的认识,进而深化概念、产生新意和构想。上述这些软件都能满足沉浸性、交互性、构想性的特征。
3职业教育虚拟仿真四层步骤
3.1专业仿真软件的应用
专业仿真软件很多,其特点是:在调试上,面向图符对象的仿真软件,不须任何编程学习,只需要填充控件或对象,就能仿真大量的应用系统,几乎囊括现代所有领域的可视化、动态仿真系统、图符表示的功能模块。目前职业院校的教师在授课中常使用各自专业的虚拟仿真软件进行辅助教学。例如,TINADesignSuitev8专业仿真软件是针对电路分析、设计和实时测试的软件,它功能强大,易用性极高,具有模拟、数字、VHDL语言、单片机、电子电路和混合电路板以及PCBLayout布线仿真设计环境。学生可以便捷地快速分析开关电源、射频、通讯、光电电路的各种真实情况,生成和调试使用集成的微控制器代码流程图,并在混合电路的微控制器应用环境中进行联动测试。
TINA仿真系统独特之处在于可以通过USB总线控制的TINALabII硬件,使计算机变成一个强大的多功能测试与测量仪器,完成从“设计需求”到“物理实现”的自动化设计过程。TINA技术大致分为电气原理图设计输入、混合电路仿真分析、PLD设计、印制板(PCB)自动布线设计等环节。学生会发现TINA是一个易用性极高的高性能电子电路仿真设计工具,而教师更喜爱TINA中包含的结合仿真内核的训练环境等独特功能。如图1、图2如示,分别是电路原理图和面包板上实物元件连线、电路原理图在面包板和PCB仿真。
另外,ProE仿真软件在机械零件、装配及工艺处理上有强大功能,这些仿真软件在行业内是工程师工作的主要工具。但是这些仿真软件都具有强烈的专业性,专业之间互通较少。还有VMwareWorkstation虚拟机软件、硬盘分区、BosonNetSim模拟器等仿真软件。
3.2具有开发功能的专业仿真软件的应用
目前社会上大型3D游戏仿真软件已经很多,制作这些仿真软件的公司开始瞄准职业教育市场,推出许多虚拟仿真软件,它的特点是可以针对不同专业,根据教师的专业需求,设计出某专业课的某些知识点和实训项目的仿真。
首先,采用仿真技术研究可节约大量的研究经费,在一定程度上可替代真实的测试技术研究,至少可以起到相当的指导作用。
其次,能够帮助科研单位把科研工作中积累的许多宝贵知识和经验加以总结,建立相应数据库,得以长期保存和便于检索。
第三,全三维的场景交互有很好的可视作用,其直观性和可交互性得到良好的体现。
例如VR-Platform三维虚拟现实平台软件,该软件适用性强、操作简单、功能强大、高度可视化、所见即所得,可广泛应用于城市规划、室内设计、环境艺术、产品设计、工业仿真、古迹复原、桥梁道路设计、互动广告设计、军事模拟等行业,它的出现将给正在发展的3D仿真产业注入新的活力。
VR-Platform的目标是:低成本、高性能,让每一个学生都能够从“虚拟现实”中发掘出计算机三维的新乐趣,能与自己专业有效融合。
VR-Platform具有良好的系统架构,无论是学生、教师,还是软件开发人员,都可以在不同层次上以不同的开发方式,开发出满足自己需要的各种应用程序。如图3所示,航模发动三维运行与零件装配仿真。
在进行仿真专业课程制作过程中要以行业需求为基准,以专业实训要求为依据,根据不同的行业特点探索行业整理性的操作规范,确保开发的课程能够得到行业认可,最终建立起一批满足行业要求,符合企业操作流程和规范的虚拟技术实训资源。要建立一套完整的虚拟技术实训中心,其硬件条件可根据学校不同条件自行组织,建议釆用主动式立体投影机、无缝软边融合技术的沉浸式环幕、虚拟现实成像及播放仿真平台系统——三通道环幕立体投影系统、高端VR专业图形工作站等设备。
虚拟技术(VirtualReality)是借助计算机技术及最新研制的传感装置所创建的一种崭新的模拟环境。它是一项综合集成技术,涉及计算机图形学、人机交互技术等领域。它用计算机生成逼真的三维视、听、嗅觉等感觉,使人作为参与者自然地对仿真世界进行体验和交互,最终使得参与者产生身临其境的感觉,并且能直接参与该环境中事物的变化与相互作用。其最大特点是根据教师的不同专业需求,设计出精美的3D仿真。如图4所示,旅游专业介绍圆明园正大光明景区虚拟3D仿真。
3D技术模式主要釆用max、3ds、flt、obj、dxf、dwg、dem,其中flt文件格式是专业虚拟仿真软件MultiGen的专业格式,在实现过中,定义一个3DSObject类就可实现三维建模与仿真。
3.3物理介入式的仿真软件的应用
由于仿真软件平台开发人员大多是软件工程师,应用仿真软件平台人员只需要关注脚本的编写和项目的真实可操作性,如需美观应要大量的照片,也称之为皮肤,增强3D的可视性。但是人们又提出更进一步的要求——实物操作与虚拟仿真一一对应,而且要求仿真软件能够控制实物的动作,甚至能模拟或预测实物动作的危险,如核燃料棒的泄漏、地震等。这就要求实物的动作过程中有大量的传感器的物理量,经过V/I转换,以及RS232或485的通讯协议,与仿真软件平台中的I/O函数构成事件,形成仿真软件能够控制实物的动作。以机器人为例,如图5所示。
目前整理开发型的仿真软件平台是通过游戏软件移植过来的,已有游戏手柄,它是一种开关量,利用GeyKey()函数就能调用,还有一种是游戏手套,手套内放置了压力传感器可模拟CS游戏中许多武器的仿真。所以说物理介入式仿真软件的开发应用已近在眼前,但是难度较大,这不但需要开发人员与设计应用人员必须具备软硬件的综合素质,而且应具备相当水平的美术观。
有实物介入式计算机仿真系统将成为职业教育仿真实训教学中的又一个亮点。随着实训仿真技术的发展,实训内容、实训手段、实训设备将发生变革,传统的校内、外实训基地模式将向校内、外实训基地与虚拟实验实训相结合的教育实践模式发展。职业教育对仿真技术的需求异常迫切,这必将会带动一批人加入到仿真在职业教育中的应用研究队伍之中。
3.4全场景式真实仿真软件的应用
1)大连海事大学船舱模拟驾驶仿真系统。该船舱模拟驾驶仿真系统是仿真的最高境界,实现了实物与虚拟的有机结合。笔者参观了该实训中心,但是没有图片,只能粗略地分析船舱模拟驾驶仿真系统。它是在原有的机舱三维模型基础上,采用MultiGenCreator对相关设备的可操作部件重新建模,并依需对其进行层次结构优化;结合船舶机舱的具体情况,采用Vega对船舶虚拟机舱内相关技术进行实现;并在MFC平台上开发具有实时仿真及交互控制功能的视景仿真系统。
概括起来,该船舱模拟驾驶仿真系统主要包括以下几个部分。
①自定义运动模型的实现。对自定义运动模型的设计思路作了详细分析,并实现了一种运动模型。
②虚拟驾驶舱碰撞检测的实现。对虚拟驾驶舱碰撞检测模型的Volume方法的设计作了详细分析,对碰撞检测模型实现总流程作了详细规划,设计出一种结合BUMP和Z的碰撞检测方法。
③对虚拟设备进行拾取操作的实现。对进行设备拾取操作前的模型部件的创建和处理方法作了详细讲述,并根据机舱内部模型部件的特征,制定操作方案,最后实现模型部件操作和SE2000之间的通讯。
④基于MFC的虚拟机舱视景仿真系统相关功能的实现。对在MFC上的系统总体实现流程做了详细规划,并讲述了基于MFC的虚拟机舱视景仿真系统的相关功能的实现方法,如用户视点在各虚拟设备间切换、视景仿真窗口的全屏显示、场景中各参数能根据用户需要进行设定等。
2)北京石油化工学院的炼油厂模拟仿真。该工业仿真系统是针对真实工业系统的复杂工艺推出的加水模拟系统的解决方案,用实时三维可视化的方式,有针对性地解决工业领域中展览展示、宣传介绍、实时监控、技能培训及技术服务等方面的难题。
该工业仿真系统用真实和缩小的系统模拟了炼油厂的工艺各系统及整体厂区环境外观,并模拟仿真了各设备的结构、工作过程。同时,该工业仿真系统还综合了OpenGL技术、数据库,以及其他多媒体技术、程序开发技术、显示技术、互动控制技术、网络技术。笔者参观了该实训中心,但是没有图片资料,故而也只能粗略地对其进行分析。
①展示功能:可模拟展示工艺系统、机械设备的外观、结构、性能、工作原理等。
②互动功能:可与操作人员互动,具有较好的操作性,操作人员可以第一人称的方式随意地浏览、展示、学习;
③体验功能:操作人员可体验真实工艺系统和设备的所有功能(操作使用、安装施工、故障排除等)。
④教育功能:具有完整的知识库,并具有完善的教育功能(教学、指导、培训、实训、考核)。
4职业教育虚拟实训资源开发的方法
4.1成立虚拟实训中心
虽然职业院校虚拟仿真软件的开发与应用都已展开,但大多是教师的个人行为,没有形成职业院校自己的特色,绝大多数的虚拟仿真软件都是购买公司的产品或定制的。在此,笔者提出虚拟实训资源开发的方法。
1)由院、系两级实训基地构成。
2)建议成立院级虚拟实训管理中心,由教务处和信息中心联合管理,系部虚拟实训基地由各系部及相关专业教师组成。职责与任务:教务处负责管理实训中心总体方案制定及相关文件的起草;信息中心担负基于网络环境下的软硬件技术实施和支撑;具有虚拟仿真软件专业背景的教师负责学院虚拟教学的教研和教改工作;同时职业院校的系部负责对各专业的课程、项目、虚拟实验进行宏观指导。
3)各系以专业为依托,构建其虚拟实训基地,由主管实践教学的系主任直接负责。
4)建立专业或专业群的虚拟实训实验室
5)开展对口企业合作
4.2虚拟实训的方案
1)对来源于实际企业或单位的工作任务或子任务进行虚拟,实现部分核心技能的核心教学;
2)对专业有关实际岗位的某些技能或操作进行虚拟仿真;
3)对某些技能证书的考核环境及操作进行虚拟仿真,实现技能证书的高通过率;
4)对源于企业的真实设计方案、设计工艺、流程、设计策略或算法进行虚拟仿真,实现计算机类的课程实践教学;
5)对源于企业岗位的操作流程或操作规范进行虚拟仿真,实现基于网络环境下就业岗位的实训需求;
6)建立与真实企业环境一致的虚拟工厂和车间,实现校内生产实训和企业实际生产的有机统一。
4.3提交虚拟实训的成效及成果
1)有关虚拟实践的教学设计、教学方法、教学手段和科研论文;
2)有关学生虚拟实践的作品与成果;
3)有关虚拟实践的仿真平台编辑器建设或案例展示;
4)有关虚拟实践的教学科研立项与成果;
5)有关虚拟实践的教材与专著;
6)有关虚拟实践教学的专业建设、课程建设、基地建设的整体方案及成功经验。
4.4虚拟实训的教学模式
1)构建“理论学习——虚拟演练——实操训练”的教学模式;
2)虚拟仿真教学能将抽象理论形象化、直观化;
3)虚拟仿真教学为学生提供自由探索的学习环境,培养学生认知能力、理解能力和创新能力。
5结论
虚拟仿真建设解决方案是特别针对教学资源建设要求和标准进行顶层规划和设计的,虚拟仿真平台编辑器是促进主动式、协作式、研究型、自主型学习,形成开放、高效的新型教学模式的重要途径,是示范性院校和骨干院校展示和推广本校教学改革成果的重要平台。
虚拟仿真平台编辑器是以资源共建共享为目的,以创建精品资源和进行网络教学为核心,面向海量资源处理,集资源分布式存储、资源管理、资源评价、知识管理为一体的资源管理仿真平台编辑器。该编辑器实现资源的快速上传、检索、归档并运用到教学中,实现资源的多级分布式存储、学校加盟共建等,具有虚拟仿真建设管理并能实现精品课程资源和网络教学之间无缝联接。
1)技术特点。虚拟仿真架构合理,安全可靠,具有先进性、实用性、开放性、整理性、标准化等特点。
2)先进性。虚拟仿真平台编辑器运用国际主流的技术,具有先进的技术方案,提高系统的生存周期和运用。
3)规范性。基于国际、国家、行业标准,实现资源的互通互导。根据专业教学资源内容、形式、标准、所需存储空间等特点,遵循整理的网络教育技术标准,通过网络开发和数据库技术,将虚拟仿真资源集成为资源库。
4)安全性。系统方案中考虑的安全策略和安全机制包括:根据不同的业务要求,采用不同的安全措施;设备、数据介质等某些关键部分考虑备份和冗余配置,保证其发生故障时不影响整个系统的正常运行等。
5)开放性。采用.net开发架构和三层B/S系统结构,实现跨越UNIX、LINUX和Windows仿真平台编辑器运行。
6)扩展性。在硬件方面,对用户设备支持对系统进行灵活配置和组合,相关软件能方便地升级和更新,系统容量保证满足用户量的考虑;在软件方面,提供二次开发功能函数包,适应不断拓展的应用空间。
7)自主学习。提供完善的讲授型网络课程库、多媒体课件库、素材和案例库、专家答疑辅导系统,使用者可以自主完成专业课程学习。
最后感谢大连海事大学、北京石油化工学院、北京掌宇集电科技有限公司、中视典数字科技有限公司和北京森汉科技有限公司提供的有关资料。
参考文献
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【关键词】传统教学,虚拟仿真技术
科技发展带动着教育方式的更新。传统课堂教学方式已经远远不能满足现代教学发展的需求。多媒体虚拟仿真技术逐渐应用到现代课堂教学中。
一、传统教学的弊端
首先,传统课堂教学方式重理论讲授,实践操作没有提升到同等高度。但实际上,知识本身就是具有生动的、丰富的实际内容,而作为他的表述性的语言文字、符号图表等等则是抽象和简约的。学生在课堂上学习的教材只是由汉字和语法汇集成的书本知识,这就要求学生不论学习什么知识,都要透过语言文字、符号图表把它们所代表的实际内容想清楚,以至想"活"起来,按照教育心理学的观点,这样的学习才是有意义的学习,即理解性的学习。
其次,传统课堂教学方式重理性认识、轻感性认识。在传统课堂教学中,感性认识被认为是只能提供认识的具体材料,唯有理性认识才能把握事物的本质。这种感性认识与理性认识之间被人为地设置一道鸿沟。这种重理性、轻感性的理念会影响教学追求理论化、抽象化,不利于学生对知识的掌握。教育心理学研究表明,学生掌握知识的过程是一个感性认识和理性认识相结合的过程。如果学生的感性认识丰富,表象清晰,想象生动,形成理性认识及理解书本知识就比较容易。反之,要掌握书本上的概念、公式、原理等就比较困难。
从心理学的角度看,感性是指人的感知、想象、情感、灵感、直觉等心理机制与功能;理性是指人运用概念进行推理、判断的心理机制与功能。传统课堂教学缺乏对人的感性因素的刺激和满足,从而也使其自身丧失了应有的感染力和召唤力。再次,传统课堂教学方式重视结论,轻视过程。在很多学科的学习过程中结论与过程的关系是学生求知过程中的一个十分重要的关系。重结论、轻过程正是传统静态知识观的反映和体现。重结论、轻过程的教学只是一种形式上走捷径的教学,把形成结论的生动过程变成了单调刻板的条文背诵,它从源头上剥离了知识与智力的内在联系。就认识活动而言,它主要是学生自主阅读独立思考的过程。现代教育心理学研究指出,学生的学习过程和科学家的探索过程在本质上是一样的,都是一个发现问题、分析问题、解决问题的过程。这个过程一方面是暴露学生各种疑问、思维、障碍和矛盾的过程,另一方面是展示学生聪明才智、独特个性、创新成果的过程。
重理论、轻实践,重理性、轻感性,重结论、轻过程,使以书本知识为本位的课堂教学丧失了素质教育的功能。改革课堂教学首先要进行价值本位的转移,即由以知识为本位,转向以发展为本位。以发展为本位并非不要传授书本知识,而是要把传授书本知识服从、服务于学生的发展。为此必须着眼于更新知识观和学习现。知识的直观化、形象化、情感化、个性化、活动化、智慧化是通往素质的必经之路,是教学通向发展的必经之路。
二、现代教学方式进步
现代教学方法有了很大的进步与发展,无论从形式还是内容都较传统教学有所提高。随着计算机技术,多媒体技术和网络技术的深入发展,虚拟技术逐渐由商业环境走向现代的教育教学领域。无论是幼儿园、小学、初中、高中、大学,还是各种各样的培训机构,都涉及到现代多媒体虚拟仿真技术的产物。大众对虚拟教学仪器环境和人类文明的认知不能仅仅局限于一般的浏览,在试验、教学仪器、管理、校园生活等因素基础上三维立体仿真教育系统应运而生。一个完整的虚拟校园教育体系真实、交互的特点正好是虚拟仿真技术的精髓和魅力所在,也将会对教育方式的变革起到极大推动作用,将会为教育事业增添强大的生命力。
当今社会已经步入数字科技信息时代。加快虚拟仿真技术在现代教育领域开发应用。如虚拟仿真实训平台、网络课程、虚拟仿真动画(工作过程模拟软件)、整理素材库等多种形式的教育数字化信息资源。
三、现代的教育数字化发展
虚拟仿真技术周期短、安全性高、真实感强等特点,已逐渐成为现代教育领域不可缺少的组成部分。原来老师黑板写,学生底下记的时代已近过去。各种层出不穷的虚拟仿真实训平台、虚拟仿真动画、网络课程,提升了现代教育的实力,改变了现代教育的理念,升华了现代教育的层次。一系列计算机虚拟仿真技术在现代教育的应用发挥着不可取代的作用。
现代教育数字化研究和开发是迎合科技发展,将仿真技术应用到教育教学中,提高现代教育数字化信息化进程,完善了现代教育的结构。虚拟仿真技术的发展影响着现代教育。一个具备高素质的教育平台,不单单是对硬件的需求,教育软实力的发展程度同样制约着该教育平台的高度。现代教育机构的竞争、学习、发展,在多方面体现在多媒体虚拟技术的发展程度。做好现在教育领域多媒体仿真技术的研究与应用,是对当代教育领域新的发展空间的拓展,具有划时代的意义。
多媒体仿真技术在现代高校教学过程中虚拟平台的搭建,如虚拟仿真动画的设计与制作。特别是针对“课堂上无法实际操作”高难度教学内容,例如:建筑外立面效果替换、某生产工艺的生产流程、某建筑的建造流程展示、某仪器设备的使用、维护、保养。提高教学质量,真正实现《教育部关于加快推进职业教育信息化发展的意见》中,加快开发现代课堂教育数字化优质信息资源。
通过多媒体虚拟仿真技术形象化模型信息的特点,针对实际课程有的放矢。依据课程特点设计合理有效的多媒体仿真平台,针对教育教学方法提出实际改革方法。(促进教育教学观念转变,引领教学内容和教学方法改革;推动多媒体仿真技术在现代高校数字信息化进程。
虚拟仿真技术的交互性、逼真性、虚拟性、沉浸性在现代课堂教学中,充分发挥其特色,有效的辅助教师现代课堂教学。切实推进现代教育广泛、深入、有效地应用数字信息技术,不断提升现代高校虚拟仿真平台、虚拟仿真动画、网络课程、虚拟环境的建设,全面加强数字信息技术支撑现代课堂教学改革发展的能力,以先进的现代教育数字信息技术改造传统教育教学模式,以信息化促进现代该等教育现代化的进程。
参考文献:
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