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計(jì)算機(jī)教學(xué)除了課堂理論教學(xué),還有大量的實(shí)驗(yàn)教學(xué),實(shí)驗(yàn)教學(xué)是教學(xué)活動(dòng)的重要環(huán)節(jié),實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課堂理論教學(xué)相輔相成。實(shí)驗(yàn)室主要對(duì)課程的理論作出科學(xué)驗(yàn)證或展開(kāi)演繹,讓學(xué)生加深對(duì)理論的認(rèn)識(shí),同時(shí)通過(guò)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)。但從目前情況來(lái)看,很多學(xué)校安排了較多的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、演示性實(shí)驗(yàn),而讓學(xué)生唱主角、自己動(dòng)手的實(shí)驗(yàn)開(kāi)設(shè)很少。因此,在不同程度上影響到學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng),尤其是在硬件動(dòng)手能力方面。為了提高實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果,提高學(xué)生的專(zhuān)業(yè)實(shí)踐能力,鑒于目前學(xué)校建有校園網(wǎng)并接入互聯(lián)網(wǎng)的情況,行之有效的方法是建立專(zhuān)業(yè)的網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)。

一、網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的建立

1.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)VR(VirtualReality)是近幾年來(lái)信息技術(shù)迅速發(fā)展的產(chǎn)物,寫(xiě)作畢業(yè)論文是一門(mén)在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)、多媒體技術(shù)和傳感技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的交叉學(xué)科。其基本方法和目標(biāo)是集成并利用高性能的計(jì)算機(jī)軟硬件及各類(lèi)傳感器創(chuàng)建一個(gè)使參與者處于身臨其境的、具有完善的交互能力、能幫助和啟發(fā)構(gòu)思的信息環(huán)境,即讓用戶(hù)在人工合成的環(huán)境里獲得角色的體驗(yàn)。

虛擬現(xiàn)實(shí)具有三個(gè)基本特征。沉浸性,是指觀察者對(duì)虛擬世界的情感反映,這種感覺(jué)能使用戶(hù)全方位地投入這個(gè)虛擬世界,這是虛擬現(xiàn)實(shí)的首要特征。交互性,是指虛擬現(xiàn)實(shí)是一個(gè)開(kāi)放的環(huán)境,能對(duì)用戶(hù)的輸入作出響應(yīng),并能通過(guò)監(jiān)控裝置來(lái)影響用戶(hù)和被用戶(hù)影響。想象性,是指虛擬現(xiàn)實(shí)不僅是一個(gè)媒體、一個(gè)高級(jí)用戶(hù)界面,還是一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng),它以生動(dòng)形象的形式反映設(shè)計(jì)者的思想。虛擬現(xiàn)實(shí)的三個(gè)基本特征強(qiáng)調(diào)了人在這個(gè)系統(tǒng)中的主導(dǎo)作用。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)按其功能不同,可以分為三種類(lèi)型:沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)和分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。其中,桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是運(yùn)用軟件編程方法在顯示器上顯示三維場(chǎng)景,用戶(hù)通過(guò)鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等設(shè)備與虛擬場(chǎng)景交互,它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低,易于推廣。

2.網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室

所謂網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室,是指利用區(qū)域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng),由虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)生成的一類(lèi)適于進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),包括相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境、有關(guān)的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)對(duì)象及實(shí)驗(yàn)信息資源等。虛擬實(shí)驗(yàn)室可以是某一現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室的真實(shí)實(shí)現(xiàn),也可以是虛擬構(gòu)想的實(shí)驗(yàn)室,虛擬實(shí)驗(yàn)通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。在虛擬實(shí)驗(yàn)中,實(shí)驗(yàn)者有逼真的感覺(jué),有身臨其境的感受,好像是真正在現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室里近距離進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作。在虛擬實(shí)驗(yàn)中,沒(méi)有一個(gè)有形的實(shí)驗(yàn)室,也沒(méi)有以實(shí)物形態(tài)存在的實(shí)驗(yàn)工具與實(shí)驗(yàn)對(duì)象,實(shí)驗(yàn)過(guò)程主要是對(duì)虛擬物的操作。

3.計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)虛擬實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)建

構(gòu)建專(zhuān)業(yè)虛擬實(shí)驗(yàn)室,其實(shí)就是搭建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)系統(tǒng),包括硬件、軟件及管理三個(gè)方面。在硬件上,

目前各校都建立了校園網(wǎng)絡(luò)并接入了互聯(lián)網(wǎng),這些基礎(chǔ)設(shè)施基本可以滿(mǎn)足需求,不需要太多的投入。在軟件方面,一個(gè)是實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)軟件系統(tǒng)的開(kāi)發(fā),它與網(wǎng)站建設(shè)相聯(lián)系;另一個(gè)是網(wǎng)站的內(nèi)容(實(shí)驗(yàn)內(nèi)容)建設(shè),這是實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的關(guān)鍵。虛擬實(shí)驗(yàn)室應(yīng)有可以做的實(shí)驗(yàn)來(lái)支撐,不然軟件平臺(tái)就是一個(gè)空架子,形同虛設(shè)。同時(shí),該平臺(tái)上還應(yīng)有實(shí)驗(yàn)管理的支持,對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)成績(jī)及網(wǎng)上答疑等進(jìn)行有效管理,并對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行監(jiān)控,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)各模塊的主要功能如下。

(1)實(shí)驗(yàn)管理模塊,由學(xué)生管理、教師管理、儀器管理和學(xué)生成績(jī)管理等組成。寫(xiě)作碩士論文在學(xué)生管理方面,學(xué)生通過(guò)瀏覽器進(jìn)行注冊(cè)登錄,登陸成功后可瀏覽實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,查看實(shí)驗(yàn)的詳細(xì)資料,預(yù)約實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及做實(shí)驗(yàn)的時(shí)間,在線(xiàn)發(fā)送和接受消息,進(jìn)行問(wèn)題討論,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)登記,實(shí)驗(yàn)完成后可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告并提交報(bào)告。教師管理方面,可對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容添加、修改、整理、刪除,對(duì)學(xué)生提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告列表,批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告,填寫(xiě)評(píng)語(yǔ)和成績(jī),提交批改結(jié)果,與學(xué)生進(jìn)行討論。儀器管理方面,對(duì)新設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的虛擬儀器上傳并進(jìn)行分類(lèi)整理,以便實(shí)驗(yàn)使用。成績(jī)管理方面對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況(實(shí)驗(yàn)次數(shù)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告及完成情況)給出成績(jī),并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析及提供查詢(xún)等。

(2)儀器展示模塊,對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)室可用虛擬元器件、虛擬儀器設(shè)備分門(mén)別類(lèi)地進(jìn)行管理,以圖形的方式直觀呈現(xiàn)出來(lái),供學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)進(jìn)行選擇。

(3)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)模塊,包括實(shí)驗(yàn)介紹、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的重點(diǎn)及難點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)任務(wù)、實(shí)驗(yàn)過(guò)程、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的要求及實(shí)驗(yàn)應(yīng)注意的事項(xiàng)等。

(4)實(shí)驗(yàn)報(bào)告模塊,主要對(duì)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)后,提供相關(guān)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告模板,供學(xué)生下載,由學(xué)生填寫(xiě)相關(guān)內(nèi)容以及實(shí)驗(yàn)的結(jié)果,完成后上傳電子版實(shí)驗(yàn)報(bào)告,由教師進(jìn)行批閱,并進(jìn)行記載。

(5)實(shí)驗(yàn)答疑模塊,由專(zhuān)業(yè)教師對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的疑難問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)解答,幫助學(xué)生順利通過(guò)實(shí)驗(yàn)。同時(shí)了解學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的掌握程度,并及時(shí)反饋、調(diào)整教學(xué)。

(6)論壇交流模塊,教師和學(xué)生可以通過(guò)論壇進(jìn)行充分的交流,學(xué)生可以將實(shí)驗(yàn)中的收獲、經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)及問(wèn)題到論壇上,教師可以將一些典型的問(wèn)題提出來(lái),供大家探討。學(xué)生在這樣寬松的環(huán)境下發(fā)表自己的見(jiàn)解,教師從中可以得到及時(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)反饋信息,以便整改7)虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)K,是虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的重要部分。學(xué)生通過(guò)該模塊進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn),寫(xiě)作醫(yī)學(xué)論文以達(dá)到鞏固強(qiáng)化知識(shí)的目的。該模塊內(nèi)容根據(jù)專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)的具體情況及實(shí)驗(yàn)建設(shè)條件,可不斷增加。計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)的建設(shè),可以引入其他學(xué)校的虛擬實(shí)驗(yàn)室中。這種方式比較簡(jiǎn)單,容易實(shí)現(xiàn),見(jiàn)效較快。但需要投入較多的軟件購(gòu)置費(fèi)用,同時(shí)也需要結(jié)合本校的實(shí)際情況進(jìn)行一些調(diào)整,有一個(gè)磨合期。另一種是因地制宜,自主開(kāi)發(fā)。根據(jù)本校的實(shí)際教學(xué)和實(shí)驗(yàn)情況,結(jié)合學(xué)生的實(shí)際水平,由任課教師或聘請(qǐng)部分專(zhuān)家組成開(kāi)發(fā)小組,進(jìn)行一系列的虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)研究,并將研究的成果連接到虛擬實(shí)驗(yàn)室中,逐漸擴(kuò)充直至完善。這種方式比較靈活,能充分發(fā)揮教師的積極性,能有針對(duì)性地進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā),適合學(xué)生的實(shí)際情況,學(xué)生容易接受,并且經(jīng)費(fèi)投入較少。缺點(diǎn)是開(kāi)發(fā)周期較長(zhǎng),系統(tǒng)性不夠,水平有限。也可以將上述兩種方式結(jié)合起來(lái),一是引入、購(gòu)置部分自己不宜開(kāi)發(fā)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,二是結(jié)合自身的優(yōu)勢(shì)和長(zhǎng)處開(kāi)發(fā)一些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,如非交互性的、演示性的虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目等。

二、加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的管理

1.加強(qiáng)用戶(hù)管理,為每個(gè)學(xué)生分配賬號(hào)。對(duì)學(xué)生進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)室,使用實(shí)驗(yàn)室做虛擬實(shí)驗(yàn)等進(jìn)行登記保存。鼓勵(lì)學(xué)生經(jīng)常訪(fǎng)問(wèn)虛擬實(shí)驗(yàn)室,在上面提出問(wèn)題、發(fā)表見(jiàn)解,做好實(shí)驗(yàn),努力提高虛擬實(shí)驗(yàn)室的人氣。

2.全天候開(kāi)放虛擬實(shí)驗(yàn)室。學(xué)生可以隨時(shí)進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)實(shí)自己動(dòng)手組織實(shí)驗(yàn),自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,動(dòng)手完成實(shí)驗(yàn),整理和總結(jié)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),寫(xiě)作職稱(chēng)論文提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告,培養(yǎng)學(xué)生的分析能力和創(chuàng)新能力,逐步向以“學(xué)生為中心”的自主個(gè)性發(fā)展模式轉(zhuǎn)變。

3.組織專(zhuān)業(yè)教師網(wǎng)上指導(dǎo)與答疑,參與論壇討論交流,及時(shí)批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告,為學(xué)生順利完成實(shí)驗(yàn)提供服務(wù)。在虛擬實(shí)驗(yàn)室中,教師應(yīng)對(duì)學(xué)生提出的疑問(wèn)盡快給出幫助和解答,并進(jìn)行必要的指導(dǎo)。在實(shí)驗(yàn)室論壇上發(fā)表觀點(diǎn),提出問(wèn)題讓學(xué)生思考,使師生在虛擬實(shí)驗(yàn)室中有較強(qiáng)的互動(dòng)性,教師應(yīng)充當(dāng)好學(xué)生實(shí)驗(yàn)的合作者和知識(shí)的建構(gòu)者的角色。

4.對(duì)學(xué)生在虛擬實(shí)驗(yàn)室的表現(xiàn)及實(shí)驗(yàn)效果進(jìn)行

評(píng)價(jià)。針對(duì)學(xué)生每一門(mén)課程的虛擬實(shí)驗(yàn)完成情況、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、網(wǎng)上提問(wèn)、論壇發(fā)帖的情況,給學(xué)生一個(gè)成績(jī)和評(píng)價(jià),反饋給學(xué)生,寫(xiě)作英語(yǔ)論文并與該課程的正常實(shí)物實(shí)驗(yàn)一起記入實(shí)驗(yàn)總分。教師也要在對(duì)學(xué)生評(píng)價(jià)的同時(shí),征求學(xué)生對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)室的意見(jiàn),對(duì)學(xué)生反饋的信息進(jìn)行整改。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的建立,可以很好地解決目前硬件設(shè)備跟不上實(shí)驗(yàn)的要求、學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)間不夠用等問(wèn)題,對(duì)于提高學(xué)生的動(dòng)手能力、分析問(wèn)題和解決實(shí)際問(wèn)題的能力具有非常重要的意義。但在具體應(yīng)用中還要注意處理好“虛擬實(shí)驗(yàn)”和“實(shí)物實(shí)驗(yàn)”的關(guān)系,不能一味地強(qiáng)調(diào)虛擬實(shí)驗(yàn),要“虛實(shí)”結(jié)合,既相互補(bǔ)充,又各有側(cè)重,這樣才能取得很好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。同時(shí),在虛擬實(shí)驗(yàn)中要注意培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?、一絲不茍的科學(xué)實(shí)驗(yàn)作風(fēng)。

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