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談Web3D技術(shù)在現代教學(xué)中的應用
前 言
近年來(lái)，大量現代化的媒體形式在教學(xué)中予以應用，對教學(xué)方法、教學(xué)形式的作用和影響也日益顯著(zhù)，現代教學(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(kāi)始較廣泛應用于輔助教學(xué)，CAI概念也逐漸為人所熟識。今天，網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、虛擬現實(shí)技術(shù)的出現和應用則將為今后的教學(xué)形式帶來(lái)前所未有的沖擊。
虛擬現實(shí)（Virtual Reality，簡(jiǎn)稱(chēng)VR）技術(shù)是一種逼真地模擬人在自然環(huán)境中的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、運動(dòng)等行為的高級人機交互技術(shù)，是當前現代教育技術(shù)中的前沿技術(shù)。將虛擬現實(shí)技術(shù)應用于教學(xué)，能夠使學(xué)生由知識的被動(dòng)接受者變成了虛擬環(huán)境中的參與者，可以調動(dòng)學(xué)生的學(xué)習積極性，帶給學(xué)生體驗式學(xué)習的愉悅經(jīng)歷。因此，虛擬現實(shí)技術(shù)在高等學(xué)校教學(xué)，尤其是實(shí)踐教學(xué)環(huán)節中具有廣闊的應用前景。
Web3D技術(shù)簡(jiǎn)介
Web3D技術(shù)是虛擬現實(shí)技術(shù)中的一種，通過(guò)使用這些技術(shù)可以開(kāi)發(fā)出應用在網(wǎng)絡(luò )頁(yè)面中，達到照片級渲染效果的虛擬場(chǎng)景，實(shí)現相應的動(dòng)畫(huà)效果，并可根據瀏覽者輸入的指令及時(shí)反饋信息，達到人機交互的目的。Web3D還可以簡(jiǎn)單地被看成是Web技術(shù)和3D技術(shù)相結合的產(chǎn)物，網(wǎng)絡(luò )性、三維性和交互性是其顯著(zhù)的本質(zhì)特征。通過(guò)應用Web3D技術(shù)，用戶(hù)可以在網(wǎng)上瀏覽以三維形式表現的物體，并對其進(jìn)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)中的應用
傳統的媒體教學(xué)方式多以文字、圖片、聲音或視頻資料出現，學(xué)生只是一味被動(dòng)的接受，而利用Web3D技術(shù)構造的虛擬環(huán)境在呈獻知識信息的方式方法上卻有著(zhù)獨特的優(yōu)勢，它可以在廣泛的科目領(lǐng)域提供無(wú)限的虛擬現實(shí)的體驗，從而迅速引起學(xué)生的學(xué)習興趣，加速和鞏固學(xué)生學(xué)習知識的過(guò)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)習興趣，從而獲得十分顯著(zhù)的學(xué)習效果。它的優(yōu)點(diǎn)主要表現在以下幾個(gè)方面：
1.在信息展示方式上打破時(shí)間與空間的限制
利用Web3D虛擬技術(shù)，可以徹底打破時(shí)間與空間的限制，為學(xué)生提供逼真、生動(dòng)的感性學(xué)習材料，幫助學(xué)生解決學(xué)習中的知識難點(diǎn)。例如在學(xué)習建筑工程時(shí)，通過(guò)Web3D技術(shù)，學(xué)生可以自由地在虛擬建筑物中進(jìn)行游歷，了解各種建筑設計的特色，甚至通過(guò)特定的Web3D功能可以透視建筑物的內部結構，或由學(xué)生親身體會(huì )模擬搭建各類(lèi)建筑的過(guò)程。這些體驗都是學(xué)生感興趣，而在傳統課堂教學(xué)中卻往往無(wú)法實(shí)現的。
2.彌補教學(xué)條件的不足
在現有的教學(xué)環(huán)節中，由于學(xué)生上課的時(shí)間、空間環(huán)境，無(wú)法對所有的實(shí)踐性環(huán)節進(jìn)行實(shí)際操作，大部分情況下由教師演示，或直接觀(guān)看過(guò)程錄象。一些實(shí)驗設備由于價(jià)格昂貴，數量較少，學(xué)生也無(wú)法展開(kāi)全面的使用或根本不能進(jìn)行操作，而利用Web3D技術(shù)構建的虛擬實(shí)驗環(huán)境和虛擬實(shí)驗設備恰好可以彌補這些方面的不足。學(xué)生足不出戶(hù)便可以做各種各樣的虛擬實(shí)驗，獲得與真實(shí)實(shí)驗一樣的體驗，從而豐富感性認識，加深對教學(xué)內容的理解。例如在指導學(xué)生學(xué)習機械手臂運動(dòng)的課程中，利用Web3D構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(yè)格式，通過(guò)在網(wǎng)頁(yè)中加入相應的JavaScirpt腳本語(yǔ)言，以使該模型具有交互功能。學(xué)生通過(guò)調節機械手臂的每一零部件的運動(dòng)參數，即可獲得即時(shí)的模型運動(dòng)反饋信息。這樣，學(xué)生可以直接觀(guān)察到機械手臂中每一個(gè)零部件的運動(dòng)方式，直觀(guān)的理解每一個(gè)調節參數的作用，從而對整個(gè)機械手臂的機構運動(dòng)有了感性的認識。
3.節省大量教學(xué)成本
在許多試驗和操作性環(huán)節中，需要為學(xué)生提供大量的實(shí)驗設備及耗材，這無(wú)疑增添了教學(xué)成本，而Web3D技術(shù)的應用則將可以這些方面的成本降到最低。通過(guò)計算機上模擬試驗過(guò)程，不需要通過(guò)對設備實(shí)物的操作，尤其是在需要耗材的實(shí)驗中，可以省去購買(mǎi)耗材的成本。學(xué)生可以在設計好的虛擬環(huán)境中作多次試驗，既不會(huì )產(chǎn)生機器的耗損，也不消耗任何材料，這不但節省了成本，也可以使學(xué)生獲得更多的實(shí)驗次數，有利于加深學(xué)生學(xué)習的印象和學(xué)習效果。例如在數控加工中心的訓練中，要求學(xué)生對金屬毛坯材料進(jìn)行車(chē)、銑等加工操作，在真實(shí)的加工環(huán)境中，需要使用真實(shí)的鑄鐵毛坯工件，學(xué)生實(shí)驗結束后，這些材料就無(wú)法再次使用了，而且若出現操作上失誤，還會(huì )相應的增加材料使用量，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(jìn)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(jìn)行多次操作以加深對學(xué)習內容的理解。
4.避免真實(shí)實(shí)驗中的危險環(huán)節
在真實(shí)的實(shí)驗環(huán)節中，存在各種危險隱患，因此對于這種類(lèi)型的實(shí)驗環(huán)節在傳統教學(xué)中多數以演示為主，學(xué)生無(wú)法直接參與，因而不能形成對該實(shí)驗的感性認識。通過(guò)使用Web3D技術(shù)進(jìn)行虛擬實(shí)驗則打破了這種瓶頸，學(xué)生在虛擬實(shí)驗環(huán)境中，可以放心地去做各種危險的或對人體有危害的實(shí)驗，而不用考慮會(huì )造成傷害。這樣不但使學(xué)生對這些學(xué)習內容有了感性的認識，也提高了學(xué)生對于這些內容的興趣，增加了學(xué)生學(xué)習的深度與廣度。
結束語(yǔ)
Web3D虛擬技術(shù)為學(xué)生提供生動(dòng)、逼真的學(xué)習環(huán)境，對教學(xué)在時(shí)間和空間上進(jìn)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(jìn)行三維交互，不僅能夠讓學(xué)習者感受一種身臨其境的感覺(jué)，還使學(xué)習者成為虛擬環(huán)境中的參與者，對調動(dòng)學(xué)習者的學(xué)習積極性，突破教學(xué)的重點(diǎn)、難點(diǎn)，培養學(xué)生的技能起到了積極的作用。將Web3D技術(shù)應用于高校教學(xué)是必然趨勢，必將在提高教育技術(shù)水平、改造實(shí)驗環(huán)境和優(yōu)化教學(xué)過(guò)程、培養具有創(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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