時間：2023-05-29 17:44:22
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇虛擬教學，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
1虛擬技術及其特征
虛擬現實（VirtualReality）即將本來不存在的事物和環境，通過各種技術虛擬為沉浸式交互環境，使人感覺如同處在真實世界一樣，又稱為靈境技術或臨境技術。沉浸性、交互性、想象性是虛擬技術的三個突出特征，三者就像三個頂點，構成了虛擬技術的三角形，使參與者能夠沉浸于虛擬世界之中并直觀而自然地實時感知和交互。1）沉浸性：是指使用戶感覺到好像完全置身于虛擬世界中一樣，被虛擬世界所包圍。虛擬技術的主要技術特征就是讓用戶由被動的觀察者變成主動的參與者，覺得自己是計算機系統所創建的虛擬世界的一部分，沉浸于其中并參與虛擬世界的各種活動。視覺沉浸、聽覺沉浸、觸覺沉浸、嗅覺沉浸的感知技術目前己較為成熟，身體感覺沉浸、味覺沉浸還有待進一步開發。2）交互性：是指用戶從過去只能通過鍵盤、鼠標與計算環境中的單維數字信息發生交互作用，到能用多種傳感器，借助于虛擬現實系統殊的硬件設備，以自然的方式與多維化信息的虛擬世界進行交互，實時產生在真實世界中一樣的感知，甚至連用戶本人都意識不到計算機的存在。3）想象性：是指虛擬環境是人想象出來的，同時這種想象體現出設計者相應的思想，可用來實現一定的目標，如從定性和定量綜合集成的環境中得到感性和理性的認識，進而使人能深化概念、產生新意和構想，主動地尋求探索接收信息，而不是被動地接收等，更有創意。
2虛擬技術在學科教育領域中的關鍵技術
VRML（VirtualRealityModelingLanguage）虛擬現實建模語言是在Internet上廣泛流行的一種圖形建模語言，用它可以在Inter-net上創建三維的虛擬場景。許多互聯網上創建的具有可導航、超鏈接等功能的三維虛擬現實空間都是用這種技術創建的，其中網上虛擬大學用的主要技術就是虛擬現實建模語言技術，它已經成為在互聯網上創建三維虛擬場景的事實上的標準。
2.1虛擬現實建模語言的場景描述
在虛擬場景建模的時候，一般把整個場景進行適當的分割，對分割的小場景再進行渲染。虛擬現實建模語言定義的三維場景由一個節點樹表示，場景中的每個對象由一個或多個節點描述。從理論上來說，節點可以包括任何東西———3D幾何體、MIDI數據、JPEG圖像。虛擬現實建模語言標準節點集中定義了許多不同類型的節點，多數節點分為以下幾類：1）外形類節點（shapenode），唯一一類能被繪制的節點。2）屬性類節點（propertiesnode），這類節點的處理通過影響外形類節點進行。3）組節點（groupnode），組節點把其它節點收集在一起，允許把節點的集合當作一個節點來處理。其他的節點諸如材質節點（material）節點、紋理（Textual）節點、燈光節點（分為DirectionalLight節點和SpotLight節點）、背景（background）節點。每個小場景都可以形成虛擬現實建模語言文件，由多個小場景構成的多個虛擬現實建模語言文件用內聯節點（Inline）之間的嵌套技術合并成一個虛擬現實建模語言文件，這個虛擬現實建模語言文件完成了整個場景的建模。這種場景的建模基本有兩點好處：1）虛擬現實建模語言的小場景文件可以有機的整合，不會因為每個小場景的文件太大而不利于調試、檢查。2）用戶瀏覽的時候不用把整個場景文件都讀入本地客戶機中，這樣就適應了網絡帶寬的限制，提高了在虛擬空間中瀏覽的速度。
2.2虛擬現實建模語言的文件組成
虛擬現實建模語言文件主要包括四個主要成分：虛擬現實建模語言文件頭、原型、造型節點和腳本、路由。在這四個要素中，只有文件頭部分是必須的，它用來告訴瀏覽器虛擬現實建模語言文件符合的規范、標準以及使用的字符集等信息。原型定義了創建帶有指定名稱、接口和整體的新節點類型，一旦成功地定義了原型，它就可以在虛擬現實建模語言文件的其他地方隨意使用。造型節點是虛擬現實建模語言中的基本建造模塊，它構成了虛擬現實建模語言文件的主體部分，正是由于造型節點的定義而產生了虛擬的虛擬現實建模語言空間。腳本可以看作是一個節點的外殼，它有域值、eventIn事件、eventOut事件。事件本身不能產生任何動作，但它可以通過程序腳本來賦予腳本節點值來產生各種動作。這里的程序腳本是一種簡化了的應用程序，一個典型的腳本是由JAVA或JavaScript編程語言寫成的程序。路由（Route）是一種文本描述消息，一旦在兩個節點之間創建了一個路由，第一個節點可以順著路由傳遞消息給第二個節點，這樣的消息被稱為事件。虛擬現實建模語言還可以包含下列條目：注釋、節點和域值、定義的節點名、使用的節點名等。
2.3虛擬現實建模語言語言的編譯
設計虛擬現實建模語言虛擬場景時，最簡單的方法是直接使用文本編輯器來編輯描述文本。這種方法類似于程序設計，它簡單方便，但不是很直觀，對設計者的空間想象能力要求較高，設計的效率也不高。現在有很多可視化的虛擬現實建模語言設計工具，如CosmoWorld和HomeSpace等，這些工具將虛擬現實建模語言的標準節點都做成可視的組件，用戶設計時，只需要將這些組件組合成自己需要的虛擬場景就可以了，而且設計的效果在設計時就可以看到。設計完畢后，系統自動將這個可視的虛擬場景生成標準的虛擬現實建模語言描述文本，這樣，這些文本傳送到用戶的瀏覽器后，便會在用戶的屏幕上重現這個虛擬場景。虛擬現實建模語言在各方面都展現出強大的應用潛力，蘊藏了無限生機。
3虛擬現實在教育領域中的應用
虛擬技術能夠為參加教育的學生提供生動、逼真的學習壞境，學生能夠成為虛擬環境的一名參與者，這對調動學生的學習積極性，突破教學的重點、難點，培養學生的技能都將起到積極的作用。虛擬技術在遠程教學中的應用主要有以下四個方面：
3.1探索學習
虛擬技術可以對學生學習過程中所提出的各種假設模型進行虛擬，通過虛擬系統便可直觀地觀察到這一假設所產生的結果或效果。如在虛擬化學系統中，學生可以按照自己的假設將不同的分子組合在一起，虛擬出組合的物質來。真正對虛擬現實學習環境的研究是對分布式真實虛擬現實感的教學環境的開發與應用進行研究，通過人體模型或者化合物等分子結構演示的虛擬體驗，教育者和學習者之間，或者學習者和同伴之間可以在一個虛擬的現實空間中，進行虛擬人之間的面對面的情感交流。#p#分頁標題#e#
3.2技能訓練
利用虛擬技術，可以做各種各樣的技能訓練。由于這些虛擬訓練系統無任何危險，學生可以不厭其煩地反復練習，直至掌握操作技能為止。如虛擬飛機駕駛訓練中，學員可以反復操作控制設備，學習在各種天氣情況下駕駛飛機起飛、降落，通過反復訓練，熟練掌握駕駛技術。虛擬技術在教學中應用幾乎最成功的案例就是模擬訓練系統的開發與研制。由于空間探索和軍隊戰爭訓練需要高昂的費用，以及這些領域需要極高的安全性與可靠性，使得虛擬技術最早應用在了這個領域，并且發揮出了巨大的使用價值和商業價值。隨著社會的進步，虛擬技術也延伸到的一般的醫學教學、汽車駕駛以及電器維修等需要培養各種操作技能的領域。在動作技能的學習中，學習者只有從虛擬現實系統中接受到操作或動作的反饋才能起到積極的學習作用。因此在運用虛擬技術研發模擬訓練系統時應該具體考慮學習產生的條件以及教學的效果，這種模擬訓練系統應該能夠提供真實的模擬訓練的情景，校正學習者的錯誤以及跟蹤學習者的學習過程等功能。
3.3虛擬實驗
利用虛擬技術，還可以建立各種虛擬實驗室，如地理、物理、化學、生物實驗室，學生可以自由地做各種實驗。利用虛擬技術建立的各種虛擬實驗室（Virtuallab）在教育上應用前景廣闊，尤其在物理、化學、生物等需要實驗的學科中更是如此。創建這種虛擬環境的演示物體可以擺脫真正實驗室所需要的昂貴的設備，減少了教育部門的實驗開銷，教學的效果基本接近運用真正的實驗儀器設備進行實驗所能達到的教學效果。虛擬實驗室基本上分為兩類：一種是由編程者設計只能插入并操作實驗中有限的實物，這是現今大多數虛擬實驗室系統的工作環境；另外一種是基于廣泛學科領域知識的虛擬現實系統。
虛擬樣機理念及對課程教學的意義
虛擬樣機技術是機械產品開發的一種數字化設計方法，是在縮短機械產品開發周期、降低成本、改進設計質量、提高市場競爭力和計算機技術不斷提高的背景下產生的[4]。物理樣機制造和測試是設計過程中保證產品質量的重要一環，通過物理樣機可以發現產品的設計問題，提供設計修改的依據，樣機驗證和設計修改往往是交替進行的，這一過程增加了產品的開發周期和成本。為了解決這一弊端，可以在制造物理樣機之前，用物理樣機的計算機數字化仿真模型（即虛擬樣機）代替，在虛擬樣機上進行各種對物理樣機而言難以進行或根本無法進行的模擬試驗，觀測產品各組成部分的運行狀態和預測系統的整體性能，快速分析多種設計方案，不斷修改設計缺陷，直至得到最佳設計方案，并且這種應用貫穿于整個設計和制造過程中。虛擬樣機技術的可靠性和有效性已為多數成功應用所證實，比如，美國波音公司采用虛擬樣機技術成功地進行了波音777飛機的研發設計及制造，通用動力公司全數字化機車虛擬樣機的使用，世界最大的工程機械制造商Caterpillar公司采用了虛擬樣機技術對大型設備進行了改進設計和試驗,降低了產品成本，提高了性能，等等。使用虛擬樣機進行產品設計和制造具有下列優點。（1）從整體上把握產品的功能特性和設計要求。（2）協同物理樣機對產品設計和制造進行測試和驗證。（3）可以同時對多種設計方案模擬比較分析，尋找出最優設計。（4）貫穿于產品開發的整個過程，并不斷得到完善。（5）不同于簡單的單領域仿真，其涉及的知識領域廣，考慮問題全面，可提高產品的整體設計質量。（6）支持不同工程領域人員對同一虛擬產品并行地進行全方位測試、分析與評估。（7）可以減少產品開發后期的設計更改，進而能最大程度減小整個產品的開發周期，縮短產品上市時間。（8）減少了設計費用。基于虛擬樣機理念，在“液壓與氣壓傳動”課程教學中，引入虛擬樣機仿真教學，對其進行研究，具有以下幾方面的意義。1.提高課程的直觀性，使學生易于理解課程內容，并產生學習興趣。例如，在講解液壓元件或氣壓元件的組成、結構和工作原理的過程中，可以展示元件三維實體模型（不同組成部分用不同的透明度和色彩描述）的運動仿真動畫，同時可用曲線的形式動態實時地顯示與三維實體模型的運動狀態相對應的任意參數，其直觀性和仿真性可有效化解抽象理論的教學難度，便于學生理解，并激發他們的學習興趣。2.用虛擬樣機代替實物教學，節省了大量資金，且節省了教師的大量教學時間，增加了教學的信息量，充分調動了學生學習的主動積極性，培養了學生使用新技術新手段解決實際問題的自主創新能力。3.虛擬樣機技術是工程領域中一種新的現代化設計手段，可以使企業縮短新產品的研發周期，提高產品質量、性能，降低開發成本，提高市場競爭力。目前國內缺少掌握虛擬樣機技術的大量高級專業人才，造成企業許多課題只能交給科研院所或高校解決，因此，將虛擬樣機技術引入到課程教學中，使學生掌握新技術領域的知識，可以大大提高學生就業的競爭力。
課程虛擬樣機仿真教學的實現路徑
虛擬樣機仿真教學作為一種教學方法，同其他教學法一樣，在保證和提升效果的前提下，做到教學成本與教學效果的平衡[5]。當成本高昂或存在條件限制時，就要考慮用其他的教學法代替或用幾種教學法相結合的方式來保證教學質量，引入虛擬樣機仿真法輔助“液壓與氣壓傳動”課程教學就是基于這樣的思想和針對黑龍江科技學院的具體情況提出的。用好虛擬樣機仿真教學法，首先要對授課對象和授課內容進行有效的分析，結合教學大綱要求，以樹形圖的形式對教學內容進行逐級分類，直到最后一級找出典型的液壓元件、氣壓元件、液壓系統、氣壓系統，并標出其中的難點和重點內容。然后，在樹形圖上標出適合用虛擬樣機仿真教學法的部分。接下來就是建立液壓氣壓元件和系統的虛擬樣機仿真模型，這部分工作具體而繁雜。“液壓與氣壓傳動”課程的虛擬樣機仿真教學法的實現離不開虛擬樣機軟件，包括三維實體建模軟件、多體機械系統動力學仿真軟件、數值分析軟件和多領域仿真集成軟件以及各軟件之間的接口程序等。液壓與氣壓傳動是一個機械系統和流體系統的耦合系統，虛擬樣機包括機械系統模型、流體系統模型和流固耦合特性接口三部分。1.機械系統模型可用機械系統動力學仿真軟件ADAMS建立。在ADAMS/View環境中建立機械系統幾何模型，定義零部件的物理特性，并施加約束關系、驅動特征、載荷等要素得到。由于ADAMS/View中幾何建模的局限性，復雜實體很難建模，所以，可在標準三維幾何建模軟件環境中完成，轉換到ADAMS/View環境中。轉換有直接轉換和間接轉換兩種。在各種三維建模軟件中，SolidWorks是較適合的，它采用的建模核心與ADAMS軟件相同，都是Parasolid實體建模形式，在直接轉換中不會產生或較少產生信息損失。在間接轉換中，SolidWorks配有插件COSMOSMotion,可以輸出為ADAMS直接讀取使用的Cmd命令文件，避免信息丟失。2.流體系統模型可用多領域系統集成仿真軟件AMESim建立。AMESim軟件提供了多學科建模平臺，具有模型庫豐富、建模簡單、分析工具齊全等特點。利用其中的液壓和氣動應用庫，可以在不需要書寫任何程序代碼的情況下，建立流體系統的仿真模型。3.流固耦合特性數據實時傳遞接口可由ADAMS/Control模塊建立。在ADAMS中將機械系統模型的位移、速度等定義為接口的輸出變量，將來自流體模型的壓力等定義為接口的輸入變量，調用控制模塊ADAMS/Control創建ADAMS與AMESim之間的接口子模塊ADAMS_model。在AMESim中調用工具ImportAdamsmodel加載接口子模塊ADAMS_model，并設置好仿真參數。仿真時，機械系統的動力學仿真與流體系統的流體傳動仿真同時進行，計算結果由接口子模塊ADAMS_model進行實時傳輸，從而完成聯合仿真，構成“液壓與氣壓傳動”課程教學的虛擬樣機。
作者：王本永 劉春生 孫月華 單位：黑龍江科技學院
【關鍵詞】虛擬IT 創客實踐教學 影響
一、創客與創客教育
創客源自英語單詞“Maker”，原意是指“制造者”。現在，創客用于指代利用網絡、3D打印以及其他新興科技，把創意轉換成現實，勇于創新的一群人。
隨著互聯網熱潮和3D打印技術、微控制器等開源硬件平臺日益成熟，創客教育（Maker Education）正在掀起一股席卷全球的教育變革。創客精神與學生旺盛的求知欲和“在實踐中教學”的教育思想不謀而合，雖然在創客教育中不會直接教授學生基礎知識，但在當創客的過程當中，學生將有機會運用到數學、物理、化學甚至藝術等多學科的知識，學生將扮演數學家、科學家、發明家等多重角色。
二、創客實踐教學
計算機技術與各專業技術相融合早已成為新技術發展的主流。而軟件研發無疑是此類新技術走向成熟的延展臺。尤其隨著智能手機、無線網絡的進一步普及，軟件研發需求日益增長，這將在無形中加速軟件研發大眾化的進程，使其不再僅僅是大型專業研發團隊的專利，而是成為興趣人士的一種基本技能。
（一）創客實踐教學的核心理念
創客實踐教學遵循自主發現、自主創新的核心理念，構建以學生為中心的面向應用的融合從創意、設計到制造的學習、創新環境。
以ACM程序設計大賽為牽引，依托虛擬IT企業的組織形式，打破專業、年級之間的壁壘，以興趣為主導，有效組織學生進行長時間（貫穿學生的整個大學生活）、不間斷的軟件研發能力訓練，營造一種崇尚創新、注重實踐、樂于分享的學風教風。
（二）虛擬IT創客實踐教學模式
為有效提升學生的軟件研發能力，虛擬IT創客實踐教學模式以信息技術與專業技術融合為核心，由組織、訓練、生產、銷售、溝通五大環節組成，具體模型如圖1所示，其核心價值在于培養與提升學生的群創力。
1.組織管理形式
以虛擬IT企業的形式組織、分派、整合日常任務，管理軟硬件資源，實施培訓，基本宗旨是以學生為主導。虛擬IT企業內的各個職務均從學生中選拔，以能力為唯一考量，不論年齡和年。
2.創客空間建設
構建供內部交流互動的輔助平臺――創客空間，實現各個研發興趣組的在線開發、資料備份、進度管理、質量管控，為學生充分體驗軟件研發工程化管理提供基本環境。
3.培訓課程設置與實施
培訓課程隨著創客課題的設置變化，以擬制層次性漸進的備選創客課題為基本宗旨，在此基礎上設置培訓課程。如表1所示即為一種簡單基礎的設定方案。
4.創客大賽
在創客空間中以排行榜的形式舉辦創客大賽，建立模擬創客市場、虛擬貨幣等機制，以各種豐富新穎的手段激發學生的創新力和群創力。
三、創客實踐教學模式對工程技術類高校教學模式的影響
（一）對教學方式的影響
傳統的教學以教師傳授知識為核心，而在創客實踐教學中，以學生自主發現、創新為核心，鼓勵創新意識和團隊精神，也提倡松散自由的學習空間。在這種環境下，每一個學生都有成為某一領域專家的潛力；教師不再機械地教授知識，而是變成了課堂的設計者和組織者。
首先，教師是教學設計者。教學設計任務更為深入也更為具體，如創建創客空間，選購相關科技產品，制定創客課題等。
其次，教師是學生完成創客課題的調節者和輔助者。雖然不用直接講授知識，但教師卻需要用自己豐富的知識和閱歷及時對學生進行引導，給學生提供適當的支持和幫助。
此外，教師還是學習氛圍的營造者。在學生互動合作的過程中，教師需起到引導和鼓勵的作用，讓小組內部形成良好自由的合作氛圍。
（二）對學習方式的影響
傳統的學習以聽為主，以練為輔，而在創客實踐教學中，學生以練為主，以講為輔。這會在無形中提升學生的思考、表述、溝通、協作能力，最終形成群創力。
首先，學生是知識搜集者。學生需要根據不同的創客選題采用多種手段分工搜集資料，并以開報告會的形式在組內分享資源。
其次，學生是組織協作者。成員選擇、任務分工、協作開發等環節的管理和溝通均由學生自主完成。當然，學生也是創客課題責任人。從選題、研發、定型到交易，學生對課題進行全過程協作管控。這種學習方式更強調學習過程，分享、協作、溝通是主要載體，而知識本身則成為學習過程的負載物，被吸收，被傳遞，被分享。
四、結束語
每個學生都期待自己在某方面是與眾不同的，因此“成為創客”這件事本身就能激發學生的內在潛動力。本文提出的創客實踐教學模式就是將學生自我訓練成為創客的各種條件資源有效地組織起來，提供一個高效學習、交流展示的平臺，營造一種注重實踐、崇尚創新的學習氛圍，使學生在美妙的碰撞中成長，在無盡的追尋中自我完善。正如麻省理工學院的Gershenfeld教授所說：與其讓人們接受科學知識，不如給他們裝備、相關的知識以及工具讓他們自己來發現科學。
【參考文獻】
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[2]Martinez.S & Stager.G.S. How the Maker Movement is Transforming Education[EB/OL].http：///hot-topics/special-reports/how-the-maker-movement-is-transforming-education，2014-10-08.
[3]吳俊杰.創客運動與STEM教育――專訪“創客教父”Mitch Altman[J].中小學信息教育，2013（12）：39-42.
目前虛擬模式在教學方面也得到廣泛的應用。虛擬實驗教學系統是一個基于網絡環境下的實驗教學系統，為學生搭建一個類似于實際實驗的虛擬環境。虛擬實驗教學系統的主要任務是實現虛擬實驗功能，同時還應具有一定的輔助實驗教學的功能，并能通過網絡方便地訪問遠程教學系統中的相應資源。虛擬教學系統在一些教學中已被使用，并取得較好的教學效果，一些實驗證明其教學成績要比傳統教育高20%。
虛擬地理環境（Virtual Geographical Environments，VGE）就是包括作為主體的化身——人類社會以及圍繞該主體存在的一切客觀環境，包括計算機、網絡、傳感器等硬件環境，軟件環境，數據環境，虛擬圖形境像環境，虛擬經濟環境和虛擬社會、政治和文化環境。
地理教學的主要內容是環境中的地理事物，環境包括自然界中的大環境還有我們身邊的小環境。在教學過程中，有時我們身邊的小環境不能滿足教學需求，所以教師在教學過程中需要適當地虛擬一些環境。教師引領學生從虛擬現實教學情境中探究知識，使學生真正地融入教學情境之中，激發學生學習地理課程的興趣，啟發學生的想象力，使學生由被動接受知識變為主動探索知識，培養其創新意識，從而取得較好的教學效果。下面以《面向海洋的開放地區——珠江三角洲》一節為例來說明這種教學方式在地理教學中的應用。
《面向海洋的開放地區——珠江三角洲》這一節可以采用“虛擬旅行”的方式進行教學，使學生有一種身臨其境的感覺。在旅行之前旅游者通常要在地圖上找到這個地區的位置，還可以聘一些導游，導游選擇寒假期間做過珠江三角洲調查的學生。旅行時要注意時間的選擇（通常選在1月末），為后面學習本區的氣候作鋪墊。這節課的主要教學內容包括：地形、氣候、經濟、土地利用類型和環境問題等五個部分，教學設計如下：
1.掌握地形類型的方法很多，如我們可以通過閱讀、觀察地圖，或根據數據推理、實地考察，或口耳相傳等方法。在這些方法中實地考察是最好的一種方法。但是我們在學習中國區域地理時，并不是每一部分內容的學習都會有這樣有利的條件，但是我們可以創設可用的情境。如關于珠江三角洲地區地形的學習可以這樣設計：“飛機于北京時間1月20日上午9：00到達珠江三角地區的上空，飛機即將降落，透過機窗，我們清楚地看到珠江三角洲的地面景觀。”這樣，學生可以很清楚地掌握本區的地形。（用flash演示，導游講解）
2.我國氣候類型復雜多樣，尤其是冬季，高低緯度間氣溫差異顯著，北方寒冷干燥，南方溫暖濕潤。基于南北方氣候的明顯差異，本區的氣候可以這樣設計：“北京時間上午9：10機艙門打開，我們走下飛機，呼吸到了這里的新鮮空氣，盡管北方的這個季節已冰雪覆蓋，而這里卻綠意盎然。請兩名學生說出他們的感受：‘雖然是冬天，但并不冷，而且空氣濕度比較大。’”學生可以根據這一特點及本區的位置進行小組討論，并推斷本區的氣候類型。（flash演示景觀、服飾圖片）
3.有人認為了解一個地區經濟發展的水平可以通過觀察這個地區公廁的設置情況，但我認為這個觀點有些片面。要想更直觀地了解一個地方的經濟發展情況莫過于逛商場，通過物價的對比很容易就能推斷出這個地區的經濟發展狀況。所以本區“經濟發展水平”的教學內容的設計：讓學生逛商場，在逛商場的過程中學生會發現這里的物價比同等級別其他的城市高，這足以說明本區的經濟發展水平很高。同時可進一步分析原因（falsh演示、學生分組分析，請一名學生扮演導游），為學習本區的“經濟類型”設置懸念。
4.本區“經濟類型”的設計：學生帶著本區屬于何種經濟類型的懸念模擬參觀市區的一些工廠，參觀的同時，注意觀察有哪些工業部門。可以選擇一個工業部門，如服裝制造廠，讓學生思考：“工廠除廠址要布置在珠江三角洲之外，其他方面，如技術人員、資金、勞動力、管理經驗來源及產品的銷售是通過什么渠道完成的？”從而引出珠江三角洲的經濟類型及“前店后廠”的經濟模式（flash模擬整個參觀過程和工業生產過程）。
5.“土地利用類型”的設計：在旅行馬上要結束的時候，學生都想近距離地領略本區的全景，于是登上了本區視野最廣、高度最高的一座建筑物，在觀察本區全景的同時，也清楚了本區的土地利用類型。（flash演示）
6.“城鎮化帶來的問題”的設計：在整個參觀過程中，學生會發現本區存在一定的問題，如“人口過多、環境污染、生態破壞”等問題，從而引出城鎮化帶來的問題。
在地理學習過程中，學生無法切身體會課本中提及的每一種事物，但可以通過虛擬的方式使教學內容形象化、直觀化，撇開傳統教育枯燥乏味的弊端，有利于激發學習者的學習興趣，培養學生的創新意識和創新精神，提高學生的創新能力和實踐能力。
參考文獻
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［4］ Girardin， L.， 1995， "Mapping the virtual geography of the World-Wide Web"， poster presentation at the Fifth International World-Wide Web Conference， 6-10th May 1999， Paris.
【關鍵詞】虛擬仿真教學；基礎醫學實驗；應用
醫學專業的實踐性較高，也是具有較強的科學性，而且在醫學的相關教育上所占的地位是十分重要的。在醫學的實驗室中有些受到一定制約，例如：試題、標本、試驗試劑等等，在正常的試驗內容上進行該規劃，進行試驗效果的預見和實驗室物品的擺放，并且在過程中的還要考慮到運行的成本，這樣的問題無疑是給醫學院的教師們提出了一個巨大的挑戰，無形之中提供了醫學實踐的質量要求。所以，對于醫學實驗來說，解放人力勞動力，提升學生們對于醫學實踐和理論的興趣是促進實驗成功的前提，依托互聯網的資源共享是在醫學教學系統中較為重要的一部分。對于現有的仿真教學平臺與實踐相結合進行良好的總結。
一、仿真技術的模擬
所謂的仿真技術就是創造一個提供體驗的模擬社會，創建具有互動性和真實性的具有感知的計算機軟件系統，對于醫學的相關專業也是有輔助的功能，可以探索所有未知的領域及獲得一定的計算機應用技術。對于虛擬的仿真技術要完全依靠電腦進行圖形上的修正和再現，這與傳統意義上的圖形再現是不同的，更為高科技更能讓大家所接受，例如：電影、電視等等。虛擬技術可以利用在查顯示畫面上，現在的計算機硬件發展的更為速度，并且也是遍及這個領域的，例如：實踐上的教學和娛樂等等在操作上的預測等。但是現階段的虛擬仿真是深受教育界的信賴的，這對于醫學教育來說是質量上的改革。
二、仿真技術教學平臺的建設
很多醫科大學在申請了專利和科研經費，對醫學院的計算機仿真技術與互聯網之間的結合，是現代醫學用處較為廣泛的，針對每個不同的機構和低于，制定出不同的學習平臺，對于醫學形態學實驗自主學習要在平臺上設置3個實驗教學方案，其中涵蓋了基礎教學和實驗教學兩個部分。大面積的提升了醫學教學的深度和涉及的廣度，擴展了醫學教學的發展空間，加強學生自主學習的能力，形成較為有規模的實際場景醫學教學體系。
（一）智能自主學習平臺從1997年被研發開始，從計算機的仿真引擎到數據庫的處理、虛擬的環境頁面及互聯網的硬件平臺等等。學生和教師在實驗過程中利用校園網在客戶端進行真實場景的虛擬模仿，針對實驗的標本進行網絡上的虛擬操作。這樣的系統可以不受任何的時間、場地和實驗品的限制，可以在電腦上進行反復的操作，增加學生的學習興趣和自主性的學習。這非常有利于學生進行復習和預習，并且在考試過程中的可以得到更好的補充。
（二）形態學實驗在實驗教學中計算機虛擬仿真技術在虛擬仿真技術被研發的過程中，利用計算機的圖像處理和數據管理，通過多媒體的途徑進行有形態的切片觀察，還可以用標本展示的計算機系統。在沒有顯微鏡的情況下，可以微觀的進行虛擬操作，例如，三維、虛擬展示來進行具體操作，提升分倍率的技術上，還突破了纖維鏡本身，與病人的病理進行充分結合，進行自我并診斷自測和考試測評。對于學生來說，進行管理端的功能模擬，例如：視頻的點擊量、對于虛擬環境的點播量、對于計算機的職能點讀量、計算課堂的自測和自身考察的模塊。
（三）人體解剖學實驗在計算機虛擬仿真技術上進行自主評估人體解剖學實驗通過自主學習進行互聯網上的模擬測試，這是2006年經過長時間的實驗性操作后，進行向許多高校進行使用。通過學生的自主學習，在考試上和正常的自主學習上都是辨識度較為高的，在題型的選擇上和類型上都有較大的選擇性。根據學生的等不同，提醒也會隨著進行變化。系統中有加大量的標本展示和質量較高圖像清晰的展示部分，這樣能提高學生對于解剖學的理解，針對不同結構和自身出現的不同問題進行及時的調整和解決。
【關鍵詞】虛擬現實;虛擬儀器;電子教學
2010年的年初，詹姆斯.卡梅隆的3D電影《阿凡達》席卷了全世界，這部電影完全顛覆了人們心目中傳統電影的概念，藝術表現技術發生了質的飛躍，為全世界展現出了宏偉壯觀的視覺效果，特別利用了三維立體的電影技術，現在的電影藝術里已經把這項技術作為重要的賣點。電影不僅讓觀眾深深體驗到前所未有的三維的視覺和心靈的沖擊，同時3D技術也成為了人們關注的焦點。近年來，隨著科學技術的成熟，3D技術應用于越來越多的領域，除了全國人民都比較熟悉的3D電影技術，電視與游戲的3D技術也正在興起，同時虛擬社區的3D商店和虛擬現實技術也逐漸走進了高校的電子教學中。虛擬現實技術在電子測量領域的應用非常廣泛，其中也包括電子設計和虛擬實驗等。虛擬系統中的編程語言LabVIEW等課程是高校理工科學生和必修課程。目前國內的大學都配有虛擬電子實驗室，其中大量應用虛擬現實技術的電子實驗教學軟件。為了方便教學，學校專門建立虛擬電子實驗圖像的交互式的教學平臺，由電子計算機輔助教學，并且還可以對電路和虛擬實驗的非損耗設備進行定期檢測，教學設備的類型多樣，實驗成本低且效率高。
一、虛擬現實技術概述
一般來說，只要是通過三維模型實現人機交互的操作就都可以被稱為虛擬現實的技術。虛擬現實的定義還可以用更為嚴格概念表述：就是指通過虛擬儀器的操作，然后應用到相應的實際場景中，并賦予這個場景一定的功能顯示。例如3D汽車模型，當車輛的三維模型制作出來后，可以允許用戶選擇這個三維模型所處的背景，可以是運行在城市或鄉村的路上，它允許用戶編寫動作腳本為這個虛擬模型進行定義，滿足各個要素后得到的才是最完整的“虛擬現實”。
虛擬現實還應該具有以下的特點：
多感知性：這個特點是指虛擬現實不僅能夠表現出來計算機技術賦予的特點，通常它還具有聽覺、觸覺、運動甚至包括味覺、嗅覺的感知功能。
浸沒感：又稱臨場感知，這個特點是指模擬環境的仿真度達到理想的狀態，使身臨其境的用戶難以分辨真假，用戶全身心投入到計算機創建的三維虛擬環境中，所有的環境是真實的，就像在現實世界中一樣。
互動性：用戶在虛擬環境中的可操作程度以及反饋程度，具體的說就是用戶可以通過直接接觸的方式來控制虛擬環境中的對象，并能感覺到物體的重量等具體信息，用戶也可以直接操控視覺對象。
構想性：它是指虛擬現實技術可以創造出一個廣泛的空間，可以通過想象擴大用戶的認知范圍，可以不受真實環境限制而隨意的想象，哪怕是現實環境中不可能發生的。
二、在電子教學中應用虛擬現實技術
現在我們所說的虛擬現實技術的本質主要是指人與計算機之間信息交流的技術，針對虛擬現實技術的特點，我們可以把這一技術應用于電子教學過程中，提高教學質量。
1.虛擬教學與虛擬實驗
虛擬現實技術能夠為為學習者提供豐富的學習資源和學習材料，借助于虛擬現實技術，教師和學生可以在虛擬環境中觀察到一些關鍵問題，讓學生在親身體驗中獲得實踐經驗，大大提高了他們對抽象知識的理解能力和對所學內容的控制能力。虛擬實驗主要是利用虛擬現實技術建立各種虛擬實驗室，根據教學的需要可以在任何時間內，并以任何形式虛擬各種各樣的教學設備，教學內容可以不斷更新，使教學訓練能夠與科技的發展速度同步，為學生提供生動逼真的學習環境。
2.虛擬仿真校園
以虛擬現實技術為基礎建立遠程教育平臺，為學生提供移動學習空間，因為高校擴招，目前學校的學生人數已經達到了一定的規模，相比而言學校的教學資源出現了緊張的現象，遠程教育通過課程目錄和網站程序的交互式遠程教學，為每個遠程終端開放繼續教育，可以提供更多的學習機會和專業技術培訓，也能為社會創造更多的經濟效益。
三、虛擬儀器在電子教學中的優勢
在教學過程中，完整的測試儀器會由許多不同的儀器組成， 這些虛擬儀器和計算機網絡互連，網絡模塊可以建立通信系統與遠程應用工具交流信息，通過互聯網電子郵件系統的功能為遠程實驗教學創造了有利條件。
虛擬儀器擁有強大的數據處理功能，它以計算機技術為核心技術，使用虛擬儀器可以很容易地測量變量，并且清晰的顯示測量分析的過程。而傳統儀器的測量存在一定誤差，虛擬儀器的測量速度快、精度高，優勢比較明顯。
虛擬實驗的設計和測試是各種電子電路等電路虛擬實驗的反饋，教師可以設計計算機“虛擬組件”和“虛擬測試儀”工作平臺，學生通過遠程網絡學習后訪問學校的虛擬實驗室系統，執行應用程序即可進行虛擬實驗，測試的結果和模擬分析過程都會存儲在磁盤上，有且于學生對于學習結果的鞏固。
虛擬電子實驗室為學生創建了一個理想的測試環境，構建新的教學模式，促進學生的創新能力，教學結果的驗證實驗方案也可以選擇解決具體生活中的問題，如數字電路課程結束后，學生可以把虛擬實驗室中的操作用于聲控燈、報警電路、控制電路和控制電子交通燈的電路設計，不僅可以提高學生學習的積極性，還有助于提高教學質量和學生的動手操作能力。教師還可以利用虛擬電子實驗室設計一些高難度的綜合設計，例如數字鐘里的計數、譯碼和分頻電路對于鐘表數字顯示的控制，集成的組合邏輯電路和時序邏輯電路等，進一步培養學生的能力。
參考文獻
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關鍵詞：仿真教學；組織領導；資源建設；培訓推廣
中圖分類號：G424 文獻標識碼：B 文章編號：1673-8454(2012)01-0061-03
虛擬仿真技術包括仿真模擬技術和虛擬現實技術兩個領域。仿真模擬技術是指使用儀器設備、模型、計算機虛擬技術，以及利用場地、環境的布置，模仿出真實工作程序、工作環境、技術指標、動作要求，進行科學研究、工業設計、模擬生產、教學訓練和考核鑒定等的一項綜合技術。虛擬現實技術是指用計算機生成的一種特殊環境，人可以通過使用各種特殊裝置將自己投入到這個環境中，并操作、控制環境，實現特殊的目的，成為這種環境的主宰。
虛擬仿真技術可以有效還原生產、建設、服務和管理崗位的“原生態”，為學習者提供技能訓練所需要的“真實”環境、“真實”工藝、“真實”工具等，從而有效提高技能教學質量。同時，可以降低教學成本、規避實訓危險、降低環境污染、實現綠色教育。因此，虛擬仿真教學是深化教育教學思想、內容、方法、手段、模式改革，推動職業院校內涵建設的一個重要突破口。為此，教育部在《關于全面提高高等職業教育教學質量的若干意見》中明確提出“要充分利用現代信息技術，開發虛擬工廠、虛擬車間、虛擬工藝、虛擬實驗”。各高職院校應多措并舉，有力推進虛擬仿真教學改革。
一、加強組織領導，創造濃厚氛圍
開展虛擬仿真教學是一項系統工程，其技術本身的高端性、復雜性等特點，決定其應用成本較高，資源建設和教學組織較難。因此，必須得到學校的大力支持，加強組織領導，落實責任任務。
1.成立分層領導組織
首先，要成立院級虛擬仿真教學工作領導小組，由主管院長牽頭，各教學單位和教學管理單位的主要負責人為成員。各級負責人要高度重視虛擬仿真教學工作，做到有組織、有計劃、有措施、有檢查、有總結、有推廣。
其次，要成立各重點專業的虛擬仿真教學工作組。由系主任牽頭，專業帶頭人為主要負責人，骨干教師和合作企業負責人為主要成員。根據專業技能教學特點，通過購買引進、校企合作開發、自主開發等多種途徑建設適用的虛擬仿真教學軟件，科學布局虛擬仿真實訓基地，開展虛擬仿真實訓教學，總結實踐經驗并進行示范推廣。
2.建立政策法規進行引導激勵
首先，將開展虛擬仿真教學工作做為教育教學改革重要項目，結果做為考核教學單位工作的重要指標。其次，將教師開展虛擬仿真教學的成果做為評聘獎優傾斜條件，對于積極進行虛擬仿真教學軟件開發及應用研究的教師，通過制定相關激勵政策，從職稱評聘、成果獎勵、科研經費等方面進行鼓勵，為他們提供必要的條件，在全院形成良好的風氣和氛圍。再次，給予虛擬仿真教學立項資金等條件扶持，為完成項目提供最大保障。要加大資金投入，加強資金管理，做到專款專用，接受監督檢查，切實保障項目順利完成。
通過以上舉措，使“推廣虛擬仿真技術，提高實踐教學水平，加快實現教育現代化”的理念內化成廣大教師的共識，并將其付諸于實際行動。
二、廣辟渠道，建設虛擬仿真教學資源
虛擬仿真教學資源是利用現代信息技術開發的虛擬工廠、虛擬車間、虛擬工藝、虛擬實驗等等，可以解決實踐教學中“看不見、進不去、動不了、難再現”等客觀難題，減少資源消耗與環境污染，實現人才培養的信息化、智能化、現代化。虛擬仿真教學資源是開展虛擬仿真教學的必要條件。“巧婦難為無米之炊”，所以，學校應該舍得投入，按照“引進一部分、合作開發一部分、自主研發一部分”的虛擬仿真資源建設新思路進行統籌安排。
1.購買引進
該決策依據是：所需求的軟件已經被同類院校的專業廣泛認可和應用，效果良好，尤其是那些教學急需的高端產品，應該采取這種“花錢拿來主義”的模式。
2.合作開發
此決策依據是，所需求的軟件沒有成熟的產品，專業教師能夠提出明確的需求，能夠提供科學準確的教學設計，借助專業IT公司的技術力量和項目組織能力，能夠開發出專業級的應用軟件。要探索創設高水平的合作模式，將優秀企業力量引進來，緊密合作，互惠互利，同步帶動學校師資專業發展、技能人才培養、軟件產品研發的水平提高。實踐證明，院校的教學設計與優秀IT企業的實現技術有機結合，是研發優秀虛擬仿真資源的捷徑。
虛擬仿真教學軟件的研制過程一定要與相關企業緊密合作，軟件設計應該是教學專家、行業專家和軟件制作專家三方合作的結果。要以教學專家為主導，實施優秀的教學設計，編寫制作腳本，要有行業專家實施技術指導，還要有軟件專家實施創新制作，才能研發出科學的、適宜的、理實結合的虛擬仿真實訓教學軟件。
3.自主研發
此決策依據是，所需求軟件的開發技術難度和復雜性相對較低，專業教師能夠提出明確的需求，能夠提供科學準確的教學設計，學校具有軟件開發技術支持隊伍。
威海職業學院作為首批國家示范性高職院校，非常重視虛擬仿真教學在技能人才培養中的作用，積極開展虛擬仿真教學資源建設，建設了專門的教學資源研發中心。目前購買引進、合作開發、自主研發的虛擬仿真資源已成規模，并廣泛應用于數控技術、機械設計與制造、電氣自動化技術等20多個專業，平均每學期有2000多名學生使用虛擬仿真軟件進行知識和技能的學習，有效提高了實踐教學的質量與效率。
三、加大技術支持和培訓推廣力度
1.建立專門的工作室和技術支持隊伍
虛擬仿真教學資源開發技術較難，依賴教師個體不現實。專業教師應將主要精力用于教學設計、腳本撰寫，開發制作應由專業技術人員完成。采用這種模式，既可以保證資源的質量，又有利于提高專業教師研發、使用虛擬仿真資源的積極性，否則，大多會“知難而退”。
威海職業學院成立了教學資源研發中心，組建了虛擬仿真資源開發技術團隊，投資20多萬元配備了高檔次的開發硬軟件，為開展虛擬仿真實訓教學提供技術支持。目前已完成多個虛擬仿真資源建設，其中獨立開發的“威海職業學院虛擬校園”，通過漫游和導游等方式，全方位立體逼真地展現了我院全貌，恢弘、美麗、壯觀，成為學院參加全國大賽課件、軟件的重要支撐載體。
2.開展形式多樣的培訓
盡管繼多媒體、網絡時代之后，人們已經開始進入虛擬現實時代，但是由于資源缺乏和宣傳不夠，很多地區和教育工作者對虛擬仿真技術了解不多。為了普及虛擬仿真技術，發展環保綠色實訓，推動教學尤其是實踐教學的信息化、現代化，應加大虛擬仿真技術培訓力度，進行理論與政策宣傳、開發與技術交流、應用與經驗推廣、成果展示與等，以推動教育教學改革，建立具有顯著職業特征的，高質量、高效率、低消耗（低排放）全新的教育教學模式。
培訓可以采取“請進來、走出去”等多種途徑，包括聘請專家、專業技術人員來校講座、實地考察、共同研討建設方案；參加專門培訓班等，多管齊下，提高教師應用和開發虛擬仿真教學軟件的水平。
3.以研發項目為載體，帶動虛擬仿真軟件開發和應用實踐與研究
“項目導向、任務驅動”不僅是有效的職業教學模式，也是開發與應用虛擬仿真教學軟件的有效有段。仿真實訓教學軟件是以實際崗位為背景的，整個教學、實訓內容緊緊圍繞職業、崗位核心能力。如何實現培養目標，如何滿足崗位需求，在進行虛擬仿真軟件開發立項時，就直觀地擺在了職業院校專業教師面前，項目研制老師會感到壓力，感到教學改革的必要性與提高職業院校教師實操技能的緊迫性。所以，以研發項目為載體，可以激發廣大職業院校教師自覺學技能、苦練真功夫的積極性。
四、以建設“仿真實訓示范基地”為抓手，全面推進虛擬仿真教學改革
“仿真實訓示范基地”是中國教育技術協會仿真技術專委會于2008年啟動的項目，旨在在仿真技術專委會的指導下，在IT企業的幫助與大力支持下，通過3~5年的努力，使“基地”在使用虛擬仿真技術開展仿真實訓教學方面取得明顯的效果，成為使用現代教育技術促進職業教育現代化的窗口，對中國職業教育尤其在技能實訓現代化教學方面起到示范與引領作用。
在“仿真實訓示范基地”的建設中，職業院校需重新優化實訓基地的布局，形成虛實結合的現代化技能實訓模式，著力改善“實訓成本高，效率低、資源消耗大、污染環境”等弊端，提高專業教師的教學設計能力和企業現場實踐能力，推進高技能人才培養手段的信息化、現代化，同時形成校企合作新模式。
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【關鍵詞】虛擬現實課程；教學；應用研究
傳統的教學模式中，教師們多沿用指導法，傳授法等文字教導方式。隨著信息科學與技術的發展與進步，虛擬現實課程開始走進了教學課堂，通過結合學科課程的課程特點，虛擬現實課程可以創造出一個“引人入勝”的情景，學生不但能夠通過虛擬現實掌握課程知識，還能進一步提高學習的積極性和創造性。虛擬現實課程應用到教學中去，一方面可以充分發揮出學生的主體性，讓學生在虛擬環境中得到真實感受；另一方面也可以加強學生自身對課程的認識，化被動學習為主動學習。目前，虛擬現實課程在教學中的應用主要涉及以下方面：
一、虛擬現實課程在課堂教學中的應用
課堂教學是進行教學活動的主要手段，而課堂也是進行虛擬現實課程教學的最重要場所。虛擬現實可以根據課程學科的不同，在課堂教學發揮出不同的功效。
（一）呈現一個立體感
課堂教學的過程中經常要涉及到一些實物的展示和立體空間的重現等情況。傳統的教學因為條件限制的因素，在實物展示方面：老師往往只能通過FLASH技術展示一些圖片，或者去找一些相關物體讓學生有一個大概的了解。在空間重現方面：也只能夠通過教師的文字描繪來激發學生的想象，在學生的腦海中建立一個模糊的空間。
通過虛擬現實課堂，老師可以在課堂上呈現出立體感，讓學生有真實感受。
首先，在實物展示方面：可以通過虛擬現實，創造一個跟實物一樣的三維物體。例如使用Cult3D動態顯示高質量的圖像給以學生更為真實的實物感受，又如使用VRML動態顯示已經制作好的集合模型和實時建模，學生通過多角度去觀察，自然會得到更好的學習效果。這樣一來，一方面教師可以省略制作實物的時間，另一方面，也可以促進學生學習的積極性。
其次，在空間重現方面：通過虛擬現實技術，可以徹底打破空間對學生想象力的限制，不僅能在學生頭腦中建立空間，還可以讓學生看得見，摸得著。例如機電專業進行教學時，可以讓學生進入虛擬發電廠內，這樣學生就可以通過對發電機的仔細研究，了解發電機內的各部件工作情況和部件之間的關系，并對發電機的發電過程進行更為詳細的了解。虛擬現實帶來的這些視覺沖擊，給以人的真實感受，是獨一無二的，是普通的網絡技術無法比擬的。
（二）構造虛擬場景
所謂虛擬場景，實際上也就是虛構一個人文環境。顧名思義，教學中的虛擬場景，就是指構造一個適合進行教學活動的場景，虛擬情景的構造，有助于調動學生的想象和聯想能力。在這一過程中，教師可幫助學生開啟思維，讓學生學會去感受去體驗。同時也有助于激發學生的學習興趣，“興趣是最好的老師”，沒有興趣，也就不會具有學習的欲望，所以只有濃厚的學習興趣，學生才不會覺得學習是一種負擔，而是一種樂趣，才會有探究的欲望與動力。
在傳統的課程教學活動中，老師經常通過語言文字或者視頻圖片等輔助資料來創設課程情景，在這樣的情境中，學生只能機械化被動的接受知識，對于場景的真實性更是無從考究。但是，通過虛擬現實課程的實現可以彌補這些不足，例如在英語教學中，學生可以和虛擬的外國朋友一起進行外語交流，通過外語交流的不斷加深，能有效提高學生的口語水平。再如，在現代歷史課教學中，學生可以通過和虛擬的歷史偉大人物如總理等一起進行交流，通過歷史偉大人物的事跡感化學生，了解歷史，從而達到激發自己前進的目的。無疑，這些真實的虛擬場景是傳統的課程教學方式所無法給與的。
二、虛擬現實課程在實驗教學中的應用
由于條件限制的原因，學校往往會因為經費問題而沒有完善的實驗設備和實驗場地，進而導致一些實驗性較強的實驗無法正常進行。通過虛擬現實課程，可以彌補實驗這些方面的不足，還學生一個實驗戰場，學生可以正常進行各種實驗，并且能獲得與平常實驗一樣的真實感受。
例如，可以在計算機網絡上建立虛擬實驗室，那么學生就可以通過計算機網絡計入到虛擬的實驗室，進行實驗操作，實驗儀器雖然是虛擬而成的，但是學生卻能感受到實驗的真實性，這樣學生就可以通過操作來求證實驗并得出相應的實驗論證結果。虛擬實驗只是一個空間感受，既不占用器材，也不會因為時間或者空間場地問題而受到限制，可供學生多次操作使用，直到學生得出實驗論證結果。其外，虛擬實驗室的絕對安全性這一大優點，可以讓學生免除受傷害顧慮，可以放手去做一些平時覺得危害性和危險性強而不敢動手的實驗，例如物理實驗中的涉及到放射性物質和有毒物質的核反應實驗。通過這種實驗性的學習方式，不但可以提高學生的動手能力，還可培養學習學習探究能力。
三、虛擬現實課程在教學場地的應用
一直以來，進行課程教學的教學場地僅僅局限于課堂，在課堂這樣一個枯燥狹窄的空間下，不但不利于學生思維的發散，更不利于學生學習興趣的培養。
試想一下，如果你終日處于一個只有四面墻，毫無生氣活力的環境氛圍下，你還會有學習的興致嗎？你還會有學習的斗志嗎？就算有，也許也會被周圍的枯燥單一化的氣味給蓋過。例如：在進行教學時，學生僅僅能在黑板上看到老師列出的文字資料，條件好些的，或許還能看到多媒體技術播放出來的圖片或者視頻等，這樣的教學場地條件，帶給學生和老師的僅僅是文字上的交流，對于老師和學生之間的靈活流嚴重缺少催化作用。通過應用虛擬現實課程，構建虛擬教室，可以解決教學場地問題，讓因教學場地單一化而產生的問題得到一定程度上的解決。虛擬教室是通過虛擬構造的學習環境，其允許身處異地的教師和學生進行大多數教學活動。虛擬教室的出現徹底打破了傳統教學中人機互動的局限性，它能促進學生與機器之間進行互動性學習，學生面對的不再是屏幕上，黑板上冷冰冰的文字圖片信息，而是活生生的人。這種學習模式是雙向性的，學生可以看到老師的板書，老師的對課程的講解；老師也可以看到學生在課堂上的表現，可以聽到學生提出的問題并未知解答。就如老師和學生進行“面對面”學習一樣。學生和老師無論在任何地方都可以通過網絡和老師建立虛擬教室，進行隨心所欲的學習，順利完成教學的各項活動。虛擬教室把教學場所從課堂延伸到課外，從校園延伸到校外，從家中延伸到戶外，這一種突破空間局限性的學習模式，不但可以拉近師生之間的距離，同時對于提高學生的學習興趣和教學效率也有一定的成效。
四、結語
虛擬現實課程可以從多視角進行教學，其超越真實的高度模擬性能十分適合應用到各級別的教學活動中。
教學活動是一個傳授知識的過程，通過虛擬現實課程的實現能讓學生親身感受進而對所學過的知識進行鞏固。隨著信息科學與技術的不斷進步，虛擬現實課程的實施將會成為教師進行有效教學中的一件利器，發揮出其特有的光芒。
參考文獻
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關鍵詞：虛擬教學系統；結構；功能
一、虛擬教學系統的內涵與特征分析
(一)虛擬教學系統的內涵
1.虛擬的內涵
什么是虛擬，虛擬可以看著是對現實的一種模仿、模擬、虛構等。在這里我們主要討論的是基于數字化技術的虛擬，數字化的虛擬是建立在現代數字技術的基礎上的一種具有時空超越性的虛擬。因此，我們把虛擬界定為：以數字化方式對自然事物或社會事務及其過程的模擬，其中也包括在客觀基礎上通過發揮人的想象力而產生的對于某些非現實的事物的數字化建構。數字化虛擬具有超現實的特征，但它不等于現實。
2.虛擬教學系統的內涵
虛擬教學系統是建立在虛擬現實技術基礎之上的，虛擬教學系統與傳統教學系統不同，它通過刺激多種感官，使人沉浸于其中，同時與這個逼真的環境進行交互，從而達到快速學習、真實體驗生活經驗和提高能力的目的。系統科學認為，系統結構是系統整體存在的基礎，結構的變化導致系統整體性能的變化，系統結構決定系統的功能。從系統科學的角度上來看，虛擬教學系統與傳統教學系統相比結構發生了變化，其中虛擬現實技術在虛擬教學系統中起著舉足輕重的作用；其次，從系統結構要素之間關系的變化來看，虛擬教學系統要素之間的相互作用和內在聯系更緊密更復雜。
(二)虛擬教學系統的特征分析
1.沉浸性(immersion)
沉浸性(immersion)又稱臨場感，指學習者感到作為主角存在于模擬環境中的真實程度。沉浸性是學習者對虛擬世界中的真實感，此種真實感將使學習者難以覺察、分辨出其自身正處于一個由計算機生成的虛擬環境中，沉浸性是使人具有逼真感之根本。建構主義學習理論提倡給學習者提夠真實的學習環境，使學習者主動形成意義建構，虛擬教學系統優勢就在于它能使學習者沉浸具有逼真感的三維立體學習環境中。這樣為學習者主動形成意義建構提供了可靠的保證。
2.交互性(interaction)
交互性(interaction)是指學習者對虛擬世界中的物體的可操作性，交互性不僅要有人機交互，更重要的是數字技術使人們通過網絡輕松實現人與人之間的溝通與交流。交互可以理解為一種雙向的交流，在教學過程中體現為學生與教師、學生與學習資源、學生與學生之間的相互交流。在虛擬教學系統中，通過學生與老師之間的有效交流，幫助學生將新知識同舊知識聯系起來，從而達到構建新的認知結構的目的。
3.構想性(imagination)
構想性(imagination)是指學習者在虛擬世界的多維信息空間中，依靠自身的感知和認知能力可全方位地獲取知識，發揮主觀能動性，尋求對問題的完美解決。研究和開發虛擬教學系統的根本目的旨在擴展人類的認知與感知能力，建立和諧的人機環境，在虛擬教學系統提供和諧的人機環境中，學習者主體地位充分得到體現。構想性強調虛擬現實技術應具有廣闊的可想象空間，可拓寬人類認知范圍，不僅可再現真實存在的環境，也可以隨意構想客觀不存在的甚至是不可能發生的環境。
4.多感知性(Multi－Sensory)
所謂多感知是指除了一般計算機技術所具有的視覺感知之外，還有聽覺感知、力覺感知、觸覺感知、運動感知，甚至包括味覺感知、嗅覺感知等。從虛擬現實技術的發展角度上來看，理想的虛擬現實技術應該具有一切人所具有的感知功能。由于相關技術，特別是傳感技術的限制，目前虛擬現實技術所具有的感知功能僅限于視覺、聽覺、力覺、觸覺、運動等幾種。
二、虛擬教學系統的結構探討
(一)虛擬教學系統的設計思路
虛擬教學系統的設計是建立在虛擬現實技術的基礎之上的，讓學習者沉浸具有逼真感的三維立體學習環境中是我們設計的主要目標之一。因此，我們的設計就是要在網絡環境下給學習者建立一個逼真的三維學習環境和情景，讓學習者開展自主性學習、協作性學習、探究性學習的學習思想下開發出來，充分利用三維學習環境和情景，通過漫游、協作、會話、研討，使學習者主動形成意義建構。
(二)虛擬教學系統的結構設計
虛擬教學系統的結構設計，主要是能給學習者建立一個逼真的三維學習環境，讓學生在“真實”的環境下學習。因此，本系統由虛擬角色、虛擬課堂、虛擬課外、虛擬實驗、虛擬社區等模塊組成。如圖1所示。
1.虛擬角色
在虛擬教學系統中，學習者可以設定或者選定自己喜歡的虛擬角色，如同三維游戲一樣，虛擬角色模塊能讓學習者有身臨其境的沉浸感，學習者能以第一人稱方式在虛擬教學系統中漫游，積極主動學習。
2.虛擬課堂
與傳統課堂相比，虛擬課堂模塊能給學生創建類似真實世界的三維場景，讓學生沉浸其中，讓課堂教學更加輕松、自然。
3.虛擬課外
眾所周知開展高質量的課外活動和課堂教學是一件很難的事情，其中一個重要的原因就是缺乏必要的場所和條件，而虛擬課外模塊能提供一切可能的學習條件。
4.虛擬實驗
虛擬實驗有成本低、無危險、功能全、網路化等優點。虛擬實驗模塊能給學生提供一種全新的實驗方式，在時間上，學生能隨時隨地地做實驗；在內容上，虛擬實驗提供的內容更加豐富；在方式上，虛擬實驗的方式更加靈活。
5.虛擬社區
在校學生缺乏社會生活經驗，我們可以通過虛擬社區模塊給學生創建真實的社會生活場景，例如爬山、野外露營、過馬路、購物、禮儀活動等。虛擬社區就如同一個社會大家庭，學習者可以在這里增加生活經驗、增長知識、豐富情感體驗，等等。
三、虛擬教學系統的功能探討
(一)虛擬課堂教學――全方位、多角度呈現方式
虛擬教學系統可以進行實物虛擬化，虛擬各種人物，創建虛擬課堂。利用虛擬教學系統。可以突破傳統教科書的限制，使每一位學習者都可以根據自己的學習特點，按照適合于自己的方式和速度進行學習。利用虛擬教學系統，使學生自主控制人機交互和身臨其境在虛擬場景中。利用虛擬教學系統，還可恰如其分地演示一些復雜的、抽象的、不宜直接觀察的自然過程和現象，全方位、多角度地展示教學內容。
(二)虛擬實驗教學――高效率模擬真實環境下的實驗
在教學中，由于受昂貴價格的限制而無法普及或有許多實驗是根本不可能做的，如果利用虛擬教學系統，建立虛擬實驗室，學習者身臨其境般的操作虛擬儀器，進行各種虛擬實驗。虛擬實驗既不消耗器材，也不受場地等外界條件限制，有絕對的安全性。因此，虛擬實驗可以解決在教學中，因為實驗設備、實驗場地、實驗安全性、教學經費等方面的原因而無法進行的教學實驗，從而提高實驗效率，有效節約教育成本。
(三)虛擬遠程教育――“真實”環境中遠程教育
虛擬教學系統在遠程教育中的作用尤為重要，在遠程教育中最大的難點就是師生之間交互難的問題。由于師生之間缺乏類似傳統教育中師生面對面的交流和交互，遠程教育中的學習者缺乏認同感和歸屬感，學習效率低下。而虛擬教學系統可以給遠程教育創造一個“真實”的教育教學環境，虛擬教學系統模擬真實的教學課堂和教學場景，學習者如身臨其境，能最大限度地找到認同感和歸屬感，從而提高學習效率。
[論文摘要]在教學中運用虛擬現實技術不但能有效的提高教學效果，激發學生的學習興趣，而且還能提升教學過程中的科技含量。闡述虛擬現實技術在教學中的重要作用，重點探討在各基礎學科中虛擬現實技術的運用。
一、引言
隨著計算機技術的飛速發展，虛擬現實技術已經從前沿的航天、軍事領域開始進入教育領域，并涉及高等教育的各個學科。計算機變成實驗臺，軟件變成儀器，網絡變成實驗室的虛擬現實技術能形象生動地表現各個學科的教學內容， 有效地營造隨技術發展的教學環境，提高教學質量。
二、虛擬現實技術概述
虛擬現實（Virtual Reality，VR）技術利用三維圖形生成技術、多傳感交互技術以及顯示技術，生成三維的虛擬環境，介入者利用鍵盤、鼠標等輸入設備，或者帶上頭盔、數據手套等傳感設備進入虛擬環境，在虛擬環境中進行實時交互，并且能夠感知和操作虛擬環境中的各種對象，獲得身臨其境的感受和體驗。
虛擬現實技術具有沉浸感、交互性和想象力三個基本特征。在具體的教學實驗中，學生可以作為主角存在于虛擬環境中，對虛擬環境內的物體進行操作并從環境中得到自然的反饋，而且當學生沉浸在多維信息空間中時，能夠主動地獲取知識，尋求解答，形成新的概念。
虛擬現實技術以其諸多的優點決定了它在教育領域中的重要作用。一是避免真實實驗或操作所帶來的各種危險并降低真實實驗的實驗用品損耗；二是在虛擬實驗中可以獲得與真實實驗一樣的學習效果，還可根據實驗教學發展需求“引入”新設備，不斷對新設備進行擴展。三是徹底打破空間與時間的限制。總之，虛擬現實技術結合多媒體技術和計算機網絡，能提高實驗效果與效率，充分發揮教學優勢。
三、虛擬實驗室的實現
虛擬實驗室是由虛擬現實技術生成的一類適于進行虛擬實驗的實驗系統，包括相應實驗室環境、有關的實驗儀器設備、實驗對象以及實驗信息資源等。在虛擬實驗室中，學生能夠在計算機建立的三維的模擬實驗場景中從不同的視角觀察一個實驗對象，通過鼠標的選擇或者拖曳操作便可完成與虛擬實驗對象之間的交互。
（一）仿真實驗
虛擬實驗室實際上就是數字化的仿真技術在實驗教學中的應用，一個真正的虛擬實驗教學系統的前臺是多媒體或是虛擬化的環境，后臺是實時仿真的過程。
目前的仿真軟件很多，如EASY-T、VT-LINK3.3、SPW、Cadance、Mentor、MatLab、Protel2004、LabView、OpenGL、MultiGen等。在構建虛擬實驗時，應根據具體需求，選擇合適的開發工具。如何將計算機仿真技術與虛擬化的儀器或多媒體環境有機的結合起來是虛擬實驗室建立的關鍵和核心技術。
（二）支持技術
目前國內外對虛擬實驗室的開發大致采用以下幾種方法 ：
1．使用JAVA+VRML進行開發。Java目前已經成為跨平臺應用軟件開發的一種規范，主要討論對象行為。VRML 是一種虛擬現實建模語言，著重于虛擬場景中對象的特征。采用JAVA+VRML混合編程是實現較復雜動態場景控制等高級交互功能的有效方法。但基于VRML虛擬現實的虛擬實驗在制作上較復雜，客戶端需要有大量的專業的設備（如頭盔、觸覺手套等），附加成本較高，并且運行VRML對客戶端計算機的性能要求也很高。
2．使用ActiveX控件進行開發。ActiveX技術是Microsoft為適應網絡發展的需要而將OLE技術在Internet上的重定義。在虛擬實驗室的開發過程中，代碼復用性對于持續開發過程尤為重要。可以利用VB、VC++、Delphi、Builder等任何一種支持COM規范的開發工具來進行ActiveX控件的開發。由于ActiveX控件只能運行在基于Microsoft Windows的操作系統，因而移植性和通用性較差。
3．使用QuickTime VR進行開發。QuickTime VR（簡稱QTVR）是新一代的、基于靜態圖像處理的實景建模的虛擬現實技術。QTVR可以應用照片、錄像或數字圖像等離散數據來創建虛擬環境，完成三維空間及三維物體的造型，并實現全方位觀察。具有更高的真實感、更豐富的圖像和更鮮明的細節特征。QTVR制作簡單、周期較短、可控性也很強，對開發一些簡單的網絡實驗教學軟件的難度不大。
4．使用FLASH進行開發。FLASH是一種基于矢量的圖形系統，具有短小精悍、任意縮放、兼容性良好、嵌入ActionScript腳本功能等特點。而且Flash中的工作組功能極為強大，包含一套新的工作流程，可自動更新Flash網站的數據驅動，從而大大節約了開發者的時間。因此，FlashActionScript是網上教學虛擬實驗室開發的最佳平臺。
（三）功能模塊設計
無論建設哪個學科的虛擬實驗系統，從功能模塊上均可劃分為三個部分。
1．網絡服務。用戶可通過網絡注冊個人信息并經過驗證后登錄虛擬實驗系統。登錄該系統后學生可自主選擇將要進行的實驗，并根據實際需要獲得相關的指導。
2．仿真實驗。采用計算機仿真技術來構建實驗模型，設計出用于測試的虛擬儀器設備、實驗線路或回路、實驗元器件或構件庫、判別實驗效果的評價標準等。用戶選擇相關的仿真實驗以后，根據提示進行相關的操作，觀察實驗現象并記錄實驗結果。
3．數據庫。為虛擬實驗系統提供相關的數據服務。維護虛擬實驗系統的數據信息及用戶的相關權限，為仿真實驗提供支持。
四、結束語
如何將虛擬現實技術很好地運用于教學中是目前教育領域發展的一個新熱點。虛擬現實技術在教學中具有廣闊的應用和發展前景。虛擬實驗的普及能更好的提高教學效率，優化教學過程，達到更好的教學效果。
參考文獻
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關鍵詞： 虛擬旅游 旅游實訓教學 應用
虛擬旅游是指以包括虛擬現實在內的多種可視化方式，形成逼真的虛擬現實景區，使旅游者獲得有關旅游景點信息、知識和體驗的過程，同時又結合了GIS（地理信息系統）、三維可視化和網絡等技術，運用三維實景展示，將現實中的旅游場景制作成用于互聯網、多媒體、觸摸屏等多種載體進行展示的電子文件，可以按固定路線或自選路線從不同角度觀賞，獲得身臨其境般的體驗，主要用于旅游規劃、再現旅游景觀、彌補了現實的缺陷［1］。虛擬旅游具有臨場性、自主性、超越時空、多感知性、交互性、經濟性、安全性等特征和優勢，越來越受到人們的關注和歡迎［2］。
1.虛擬旅游在旅游實訓教學中的應用現狀
利用虛擬現實來模擬三維的仿真旅游場景和沉浸其中的旅行經歷，從而實現對著名景觀、博物館、地質公園等的游覽；甚至輕輕點擊鼠標，就可進國際空間站遨游，獲得身臨其境的滿足。可以說，虛擬旅游讓人們足不出戶便可飽覽到世界風貌，并大大降低了旅游成本，且對旅游地本身的品牌建設和文化遺產數字化保護起到了關鍵性的推動作用。國外虛擬現實旅游起步比中國早，當前的發展趨勢主要集中在交互式的設計方面。我國在虛擬旅游方面的研究起步較晚，正處于探索與逐步完善階段，國內一些重點院校已積極投入到了這一領域的研究工作。一句話概括就是：國內剛剛“完成了概念導入”，正向大量應用開發邁進。當前主流的虛擬旅游的技術主要集中在基于實景的虛擬現實技術的發展，通過攝像機拍攝一組連續的實景照片，然后進行處理生成一張360度的全景實景的照片，嵌入到系統中，加入多媒體技術及二維圖形技術，形成偽三維的虛擬旅游系統。另一種技術是基于預生成技術的三維虛擬旅游技術，利用預生成好的三維景觀設計圖形作為底圖，加入對圖像的互操作［3］。目前，我國很多高校的旅游管理專業把虛擬旅游應用到旅游實訓教學中，并取得了一定的教學成果。主要表現在：教師或學生可直接利用其直觀地查詢場景內各景點、相關信息資料，進行教學或模擬實訓，這給教師和學生提供了廣闊交互的空間，使旅游景點可以操作在手掌之間。
2.傳統旅游教學模式與虛擬旅游實訓教學模式比較分析
2.1傳統旅游教學模式的缺陷［4］
2.1.1教學手段局限性，情景教學難以實現。
傳統多媒體教學技術難以滿足旅游專業情景教學的需要。目前旅游專業教學中的多媒體技術，還是單一的圖像、圖片展示，對于國內、國外的旅游景點與旅游知識，在現在的旅游教學中只能依靠文字、照片、圖片、風光片等給學生展示。文字學起來很抽象，圖片和照片展示都是平面的，缺乏立體感和現場感。較為形象一點的只有風光片，而現有教學上的風光片，角度單一，信息量小，知識含量遠遠不夠，對于需要學生深入了解的專業知識很難全方位、立體地展示。如在古建筑知識的教學中，斗拱、懸梁是非常重要的建筑構件，在教學中是重點也是難點。但是教師很難用語言和文字去形象描述它，用圖片展示也只能看到平面，往往花費很長時間學生也不能完全理解它的構造特征。對于旅游景點中的復雜的導游線路，只是靠文字、圖片介紹，學生在頭腦中更是難以形成明晰輪廓。而傳統的沙盤模型實訓教學方式由于受學校教學空間、場地限制，難以大規模制作。另外，在沙盤上也不能夠產生沉浸感、場景感。
2.1.2教學主體單一，以學生為認知主體的教學模式無法實現。
現代教育要求在教學活動中能夠構建一種既能發揮教師的主導作用，又能充分體現學生認知主體作用的新型教學模式。目前我國旅游教學模式依然沒有擺脫以教師作為主導者控制多媒體系統，向學生展開傳授知識和技能的教學活動，教師作為教學主體的傳統模式。
2.1.3教學成本高、風險大，無法反復實地訓練。
專業操作技能是學生未來就業之本，在實際場景中進行導游業務的操作與能力訓練是提高學生職業素質的有效途徑。在學生上實訓課時，學校要花費大量的經費用于租用車輛及其他各種費用，花費大量時間到各個景點往返，期間還要充分考慮到學生的安全問題、天氣問題等諸多因素。所以，由于這些條件的限制，學生往往不可能到很遠的景點去實習，即使是本地景點，也不可能去反復訓練。
2.1.4教學功能單一，難以滿足實訓教學與考核多種要求。
傳統的教學模式中教師和學生的教學活動是單向流動，只能平行地通過多媒體系統進行知識的傳授和認知，學生不能通過教學系統將信息反饋。另外，旅游專業模擬教學的考試仍然停留在室內教師與學生的面對面考試，機械呆板，學生缺乏實戰感。
2.2虛擬旅游實訓教學模式的優越性
飛速發展的科學技術，為傳統教育觀念和教育模式的轉變提供了新的可能。虛擬旅游實訓系統采用多媒體和虛擬現實等先進的技術手段，為滿足旅游教學和實訓需要而設計的虛擬現實教學演示系統。其優勢性主要表現在以下幾個方面［5］。
2.2.1改善教學環境。
學生坐在多媒體教室內就可以身臨其境地暢游名勝古跡。
2.2.2增加辦學效益。
不必反復組織學生到旅游景點實地講解，節約了教學經費；虛擬旅游實訓教學系統的投入無疑將使旅游職業教育成為全國旅游教學高科技典范，極大提高學校知名度并吸引大量學生就學，同時大大節約旅游景點實地培訓的成本，節約教學場地使用面積，從而提高學校的辦學效益。
2.2.3提高教學效率。
教師在系統中可以根據課程內容迅速調出相應的圖片、短片、電子文檔等各種多媒體資源做補充性講解，將旅游景點的建筑、風光和環境真實、清晰地展現在學生面前，使更多的學生有機會近距離、多角度學習教師的教學演示，有利于學生的正確理解和掌握。學生獨自練習時可以進行反復的實景模擬訓練，較熟練后可以到真實的景點實地訓練，可大大提高教學效率。
2.2.4激發學習興趣。
旅游景點實訓教學由于采用虛擬現實教學系統，學生完全是在一個真實旅游景點實景模擬的虛擬環境下學習，不再是傳統的書本教育和普通的多媒體教學，從而極大地提高了學習熱情和興趣。
2.2.5提高綜合能力。
系統內置的考試模式能科學地考核并提高學生的實際導游水平和綜合能力。
2.2.6彌補傳統教學弊端。
采用虛擬現實教學系統，將改變教師單向灌輸知識的模式，以及以考試分數為衡量教育成果的唯一標準的狀況。虛擬現實教學系統的交互功能，能夠增強學生的實際能力，提高學生的專業技能。
2.3虛擬旅游技術與傳統教學技術在教學中的應用比較［4］
3.虛擬旅游在旅游實訓教學中應用前景展望
虛擬旅游教學實訓系統在旅游實訓教學中的應用，在很大程度上彌補了旅游教學中存在的不足，對旅游教學起到了很好的輔助作用。目前三維虛擬漫游系統的感覺距離真實地對人的行為動作、景物的動態特征與視覺感觀進行全真重現還是有相當的距離。然而，無論是清晰如照片般真實的虛擬景點旅游，還是如同電腦游戲般華麗絢爛的三維場景模型，已經能讓人看出“虛擬現實”的綺麗風采，享受“虛擬現實”世界帶來的時空移位或時光倒流的樂趣。虛擬現實技術已經在旅游專業教學中得到嘗試和應用，許多旅游院校已經在旅游實訓室中運用虛擬現實技術建立了完整的旅游實訓系統，取得了不錯的效果。目前，很多教育專業人士已經關注到虛擬現實技術與旅游實訓教學的結合，并且投入到其教學功能的深度研究和開發方面。因此，隨著信息技術的快速發展，網絡技術、多媒體技術和虛擬現實技術必將具有更加廣闊的應用領域和發展前景，在教育領域亦是如此，我們需要緊密關注，大膽應用，才能使教育技術專業充滿活力，為教育事業增添強大的生命力。
參考文獻：
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[關鍵詞]PE管焊接；教育；虛擬仿真技術；PE管焊接教學虛擬仿真；
中圖分類號：TN0-4 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）25-0234-02
PE是指聚乙烯塑料，是基礎的一種塑料制品，塑料袋和保鮮膜等都是PE材料，PE管具有優良的耐大多數生活和工業用化學品的特性，所用范圍非常廣，一般可用于PE燃氣管道、PE給水管道和PE排污管道等，對于焊接技術，國家有關部門專門為此設立焊接工技術考試，設置專門的技術證明，可見國家對這項技術的重視及認可，不少高校將焊接技術列入工科學生的認識實習當中，讓學生接觸焊接技術，從大學開始培養學生的焊接技術，培養能從事燃氣和居民用水的輸送、存運等同時具備多種高素質技能型人才。
一、虛擬仿真與PE管焊接教學結合的必要性
關于國家教育部的《教育部2016年工作要點》內容第10點“優化高校人才培養機制”提及加強國家建設虛擬仿真實驗中心，《教育信息化十年發展規劃（2011-2020年）》內容提及教育信息化改革的具體措施及發展規劃，著重強調了關于增強開發虛擬仿真實訓教學軟件、虛擬仿真實訓實驗系統以及建立虛擬仿真實訓基地的力度。
虛擬仿真技術是由計算機系統創建的一種令人感到身臨其境及獲得與環境交互體驗的虛擬世界。營造一個三維的教學環境，提高學生掌握知識、技能的效率，真正使教學者更容易地去表達自己的教學思想和教學內容，具體表現為如下：（1）在教學模式方面，有利于情境創設和大量知識的獲取與保持；（2）在教學手段方面，以一種直接的信息傳遞方式，提供直觀形象的思維材料；（3）在教學內容方面，用文字、語音和三位實景虛擬現實過程協同描述。 因此，虛擬仿真技術作為一項前瞻的科學技術，是繼多媒體、計算機網絡之后，在教育領域最具有應用前景的“明星技術”。
目前的焊接教學內容，主要為多媒體視頻播放及PPT的講解，但并沒有讓學生有一種身臨其境的體會，錯誤的操作，失誤的操作時常發生，學生的焊接技術并沒有質的提升，因此，為有效培養出高等技術應用型專業人才，提供學生的焊接技術，西南石油大學率先開發出PE管焊接實訓系統，應用于焊接技術教學，并獲得了很好的教學效果。
二、虛擬仿真技術的應用
1.虛擬仿真技術
虛擬仿真即虛擬現實技術或模擬技術，就是用一個虛擬的系統模仿另一個真實系統。其虛擬系統由計算機產生，而使用者可“進入”到該環境中，有身臨其境之感，并可借助視覺、聽覺及觸覺等多種傳感通道與虛擬世界進行自然的交互。虛擬現實（Virtual Reality）有其四個特性：（1）沉浸性（Immersion）：使用者能有視覺、聽覺、嗅覺、觸覺、運動感覺等多種感知，應該具有能夠給人所有感知信息的功能。（2）交互性（Interaction）：即不僅環境能夠作用于人，人也可以對環境進行控制，并且人是以近乎自然的行為（自身的語言、肢體的動作等）進行控制的，而虛擬環境還能夠對人的操作回以實時的反應。 （3）虛幻性（Imagination）：系統中的環境是虛幻的，是模擬出來的。既可以模擬客觀世界中以前存在過的或是現在真實存在的環境，也可模擬出當前并不存在的但將來可能出現的環境，或僅屬于人們幻想的環境。（4）逼真性（reality）：虛擬仿真系統的逼真性表現在兩個方面：一方面，給人的各種感覺與所模擬的客觀世界非常相像，就如真實世界一樣；另一方面，當人以自然的行為作用于虛擬環境時，環境做出的反應也符合客觀世界的有關規律。
2.PE管焊接仿真實訓系統的應用
（1）工藝流程
根據焊接方法的不同，設置了電熔焊接和熱熔焊接不同的工藝流程。在應用之前，先讓學生首先大致了解PE管及各種設備的大概信息，和不同的焊接有哪些步驟。例如電源電壓的范圍，機架管材的放置，銑刀夾具的開啟取下等。其后就是針對各個小步驟的工藝，如各種信息的錄入，壓力的記錄等進行更為詳細的講解。
仿真系統的操作中，通過點擊鼠標實現設備的開啟，夾取，信息的錄入情況等。教師可設置不同的工藝流程參數，準確地模擬出現場不同的管材設備。如此，那么在老師授課輕松便捷的同時，學生不僅會輕松掌握一般PE管焊接的相關操作步驟，更會全面的讓學生處理各種不同條件狀況下的實際情況。
（2）仿真軟件的互動性
1.用軟件進行操作時，在相應的單元內通過鼠標、鍵盤等輸入相應的型號及參數后，會在場景內自動生成管件模型，用鼠標點擊可以進行拖動，繼續下一步操作。例如在進行PE管的選用時，直接在相應菜單輸入管徑、材料和壁厚等參數就可以在場景內直接生成相應的管道。
2.同時在場景內，當鼠標懸停在設備上時，可顯示設備參數、工作狀態等信息。例如在進行加熱管材的過程中，可以把鼠標懸停在PE管上，查看管道的參數，也可以懸停在泵站上查看壓力等數據。
3.操作進行的過程中，使用者可以得到部件及機器的工作狀態的視覺動畫和音頻信息的反饋。例如在打開銑刀之后，銑刀部件將會旋轉，開啟信息直接反饋給使用者，達到良好的培訓效果。
4.當進行軟件操作之時，如果出現錯誤、不當的操作時，那么便會在界面彈出錯誤信息提示框，會提示具體錯誤情況，并給予相應的規范提示，且在錯誤之處的相關部件或者信息參數以高亮等明顯顏色顯示，讓操作者不僅能夠明白自己哪些地方錯誤，還能知道規范以及如何改正。例如，半自動熱熔焊接時，加熱板在加熱后，要進行需要等待一定的時間的吸熱，軟件會有相關的提示；如果忽視提示，直接取下加熱板，那么便會進行相關預警，提示時間不足和會造成的后果，給出正確做法，加強操作者的意識。
5.本系統采用了一人一號登錄的方法，當每個學員在實際使用中出現操作錯誤時，系統不僅能夠給出提醒，以便學員能夠發現自己的錯誤，還能自動記錄下該學員發生錯誤的步驟，隨著學員使用本系統的次數增加，會自動為該學員生成一個易錯點數據庫，在該學員碎片化時間的訓練中，可以針對這些易錯點進行單獨的訓練。使訓練更加有針對性。該數據庫還會自動匿名上傳使用該培訓機構的服務器，隨著學員樣本的增多，逐漸會形成有代表性的易錯點數據庫，使學員知道PE管焊接過程中的易錯點，更有針對性的練習。
（3）主要設備
進入PE管仿真實訓系統，點擊主要設備菜單，學習人員可以看到各種焊接設備的簡介、內部結構詳解以及工作原理模擬。通過全方位無死角瀏覽各個單體設備結構以及詳細學習設備工作原理，提高了學習人員對設備構造、工作原理的認知度，為學習人員將來實際操作工藝設備奠定了扎實的理論基礎。
（4）操作流程
PE管焊接技術雖然現在有專門的人員培訓機制，但是存在培訓流程不完善，參與性、安全性較差，效率低，對管材損耗較大，培訓成本較高等問題，學習人員實際操作效果不夠理想。針對這些難題，培訓方可以利用PE管仿真實訓系統中的各工藝單元操作流程進行具體的講解。
（5）技能培訓
PE管焊接技能培訓包括理論培訓與實踐培訓，理論培訓可用實際教學班的形式進行，并在PE管焊接虛擬仿真軟件中添加題庫和成績評判模塊，以便學員進行PE管焊接理論的自我檢測。
實踐操作能力的提高是PE管焊接人才技能培訓的主題，應重點突出操作技能的培訓，加大實踐性教學環節的比重，堅持理論與虛擬操作實踐的結合，促進PE管焊接技能人才在虛擬實踐操作中不斷增長知識，提升能力。虛擬仿真系統教學可以徹底打破時空限制，對學員學習中可能出現的各種問題進行虛擬仿真，可直接觀察到這種焊接問題在以后的使用中產生的后果。在技能培訓方面，它不僅更加形象生動，使學員更容易理解學習的內容，更能夠直接獲取技能操作方面的實踐經驗，提升技能操作的熟練程度。而且針對PE管焊接技能訓練，由于訓練的特殊性，在實踐操作訓練中，當學員的操作不當，會導致焊接的直接失敗，沒有挽回的余地。焊接失敗的管段不能繼續用于焊接，使技能培訓成本大大增加。使用虛擬仿真系統對PE管焊接進行培訓，能節省訓練的開支和成本。
在虛擬焊接系統中，應該考慮訓練產生的結果以及教學的效果，這套系統能提供真實的虛擬訓練的情景，校正學員錯誤等功能，真正做到“干什么、學什么、缺什么、補什么；弱什么、強什么”，確保PE管焊接虛擬培訓系統達到最好的效果。
三、結語與展望
為達到安全實訓的目的，培養出符合焊接要求的技術性專業人才，提高學習就業競爭力，將虛擬仿真技術應用到實際課堂教學已成為高校教學改革必不可少的重要部分。對推動焊接教學來說，PE管焊接仿真實訓系統的開發，有以下幾點重要意義：
（1）改變了傳統焊接技術教學培訓的教學模式，提高了學生焊接技術學習的效率，大大提高了學生的學習興趣。
（2）將“二維”的學習環境轉變為
“三維”的學習環境，學生通過瀏覽三維虛擬場景、模擬操作公益流程以及考核學習成果，學生能較快的熟悉PE管焊接的現場環境、設備、安全規范及相關操作，降低了高校實訓成本，避免了操作風險。
因此，在PE管焊接的教學中引入虛擬仿真技術，進一步完成完全互動型PE管焊接仿真教學系統的研發，對焊接教學的培訓具有深遠意義。進一步形成一套先進性、實用性、教學性、科學性于一體的全方位PE管焊接仿真教學系統，是一個長期的目標，具有及其深遠的意義。
參考文獻
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