虚拟现实技术在竞技体育仿真中的具体应用范围如下

第一篇：虚拟现实技术在竞技体育仿真中的具体应用范围如下

虚拟现实技术在竞技体育仿真中的具体应用范围如下:运动训练的科学监控;体育训练信息采集、分析系统;先进训练技术综合应用示范;训练比赛及其器材、设备研制;各种体操动作的编排。这些研究成果将广泛应用于蹦床、跳水、体操等竞技体育运动训练中,因而基于VR的竞技体育仿真有很广阔的开发前景。

基于真实场景的大规模虚拟人群的快速生成方法

利用Poser的三维人体建模功能和3DS MAX强大的修改功能,结合MAXScript脚本语言,实现了对三维人体模型骨架的自动生成、匹配和蒙皮。通过对人物动作的建立与分解,实现了连续多个人体三维模型的生成与导出,并由此建立了一个包含不同人体及动作姿态的角色库。通过调用库中的角色,并将由图像信息获得的人群分布参数赋予这些虚拟个体人,实现了基于真实场景的虚拟人群快速生成。

为了更真实地表现虚拟现实中人的心理和生理的感觉，日本于2004 年开发出一种嗅觉模拟器，2009 年 3 月英国的工程和物理科学研究会上展示了能提供味觉、嗅觉和皮肤温度感受的原型虚拟茧(virtualcocoon)

VR 技术的发展是与 VR 软件相辅相成的。OpenGL是通用共享的开放式三维图形标准；WorldToolKit(WTK)是提供完整的三维虚拟环境开发平台；Vega 主要应用于实时视觉模拟；OpenInventor 是面向对象和交互式的专业3D 图形开发工具包；OpenGVS 用于场景图形的实时开发；EON 是实时视觉效果与物理机制以及真实的人体动作有机结合体；VRML 和X3D 常用于基于Internet的网络虚拟现实；AVS/Express 涉及工程分析、航空航天、遥感和国防等领域；STK 用于航天和卫星的虚拟仿真；STAGEScenario 是作战指挥等高度灵活开放的开发平台；CG2VTree是基于便携平台的图象开发包；VRAX和NavMode 的沉浸感做得比较好VirSSPA 通常用于虚拟医学手术流程VEStudio 主要应用在三维地理信息、展示和古迹复原等。

荷兰 Eindoven 大学Calibre 研究院的产品、美国洛杉矶和费城的虚拟建筑三维模拟系统被认为是全球最成功的虚拟建筑模拟系统之一。

在灾难模拟与重现方面，虚拟现实技术正发挥着惊人的作用，如矿山事故模拟与分析、火灾重现、飞机遇难模拟、交通事故再现和犯罪现场重现等。这些VR技术产生的“重现”与分析，对减少和避免灾难的发生意义重大。

国内虚拟现实研究蓬勃发展，研究机构包括北京航空航天大学、浙江大学、中科院计算所、清华大学、武汉大学和华南农业大学等。

虚拟现实技术的真实感主要体现在视觉和听觉上，“多感知交互”正在成为热点。对力反馈系统的进一步研究、嗅觉、味觉和体表感受都是未来虚拟现实的内容。基于互联网的虚拟现实伴随互联网的发展而成为热点。

国内的食品安全问题严峻，利用虚拟现实技术重现农作物生产过程中的病虫害和治理过程，并计算污染程度等，在源头杜绝污染是食品安全监测的有效手段之一。

第二篇：虚拟现实在英语教学领域的具体应用

虚拟现实在英语教学领域的具体应用

一、虚拟现实的描述Description of Virtual Reality 虚拟现实是使人置身于一个通过由电脑表现出的三维空间的一个虚拟环境；在此环境中人们可以移动，从不同角度去观看，去触及, 攫取, 以及重新组合。Virtual reality is an experience in which a person is surrounded by a three-dimensional computer-generated representation, and is able to move around in the virtual world and see it from different angles, to reach into it, grab it, and reshape it.（Rheingold1991）。目前，虚拟现实的具有沉浸性（Immersion）、交互性（Interactivity）和想象性（Imagination）——三个具体特性。这种技术的特点在于，计算机产生一种人为虚拟的环境，这种虚拟的环境是通过计算机图形构成的三度空间，或是把其它现实环境编制到计算机中去产生逼真的“虚拟环境”，从而使得用户在视觉上产生一种沉浸于虚拟环境的感觉。学生作为主角进入虚拟环境中，拥有比现实更逼真的照明和音响效果，使学生能够在虚拟的学习环境中扮演一个角色，全身心地投入到学习环境中去，学生可以不厌其烦地反复练习，使学生沉浸在多维信息空间中依靠自己的感知和认知能力全方位的获取知识，发挥主观能动性，使学生获得最大的真实感和趣味性，摆脱了英语学习的单调、枯燥无味。

二、虚拟现实进入教育Virtual Reality into Education 利用虚拟现实技术建立起来的虚拟实训“基地”，其“设备”与“部件”，多是虚拟的，可以根据需要随时生成新的“设备”。可以积极用于军事作战技能，外科手术技能，汽车驾驶技能果树栽培技能，电器维修技能等各种职业技能的训练。现在，虚拟现实用于教育教学，是教育技术发的质的飞跃。学生在虚拟环境中交互作用，以学生为中心在虚拟的三维世界中 加入一系列人性化的场景，做到了真实与抽象的完美统一。虚拟的世界可以是建筑物、人，可以是在水下，可以是一次巡游太空，可以是参观博物馆，可以是一个犯罪场景，一次聚餐购物等等。

许多教育家和研究人员认为虚拟现实将提供机会去经历各种环境，而这些环境往往由于时间、距离、范围和安全性等原因，不便于或不可能让许多孩子，特别是有一定残疾的人实现了探索、创造、娱乐以及学习。学生可以在虚拟环境中过马路，与陌生人交流，或应付紧急状态。这一技术使青少年可以去参观原本不可能参观得到的，不切实际的或危险的地方。而在英语教学中，语言教师可以设制程序，制作出现实的情景交流，如找工作面试，在餐馆就餐或国际机场接机等等。学生可以在预排好程序的虚拟世界合作或根据学生的语言水平分组在不同的虚拟世界中。学生们之间可以互相合作或与三维空间中的虚拟却又是活生生的人物进行合作。例如在一个面试情景中，进行面试者（即学生）将会与雇主（一个3D虚拟人物）在会客室握手，雇主将用要学习的目标语言与面试者进行对话、聊天。如果学生出错，他们可以重放情景，再来一遍。虚拟现实将有助于学生克服传统的语言学习障碍，帮助教师突破了以依赖课本在教室进行学习的传统传授方式。

三、虚拟现实用于语言课堂Virtual Reality into language classroom 3D虚拟环境所具有的最独特而强大的特征是为语言学习者们，特别是ESL学习者们提供第一参与者形式的学习经历。然而，遗憾的是，当前大多数学校教育是基于第三者的知识传授形式如学生如何学，或学什么，没有机会直接体验他们在探寻的知识。3D虚拟环境的使用真正解释了为什么传统的以课本为中心语言教学效率不如人意的原因。英语课本上的知识是基于第三者的，对于学习者没有意思，提不起兴趣。

第三者相对于第一参与者学习的必然结果是必然不相同的。将ESL学习者作为第三者的学习方法已说明学生学习的结果通常是肤浅的，保持力很低。利用虚拟现实，学生将自己置身于各种现实环境背景之中，通过自己的体验学习语言。根据Fox,Fumanski及Nilan观点，由于借助于构造好的虚拟的情景模拟，学习者收到适当而立即的反馈（Because of the way in which the virtual environments are modeled and constructed, learners receives appropriate and immediate feedback.）。这种在语言学习上的反馈鼓励认知语言学习，通过对他们所接收到的认知在虚拟世界中进行适当的或正确的交际，最终从电脑或其他同学那里得到的及时反馈，加强的语言教室里的动机学习或交互作用。学生直接交际和直接解决问题也鼓励学习者的强烈的活动意识并作出反应。为语言学习所设制的虚拟环境自然地引导学生自己进行第一参与者的学习。虚拟环境依照英语课堂目标或特定的需要进行编程。ESL的教师可以根据学生需要搭建或保留某个环境，这将推动以学生为中心的学习，促进学生构造自己的语言知识。简而言之，虚拟现实是一个学生可以建造的环境，根据需要，熟练地操作和编辑，任何形式的数字信息。Virtual worlds are constructive environments in which learners can create, manipulate and edit any form of digital information with their own needs(Chee, 2001).这样虚拟现实的编程可以形成重要的交际技能而不是简单地重复和记忆。学生可以参与可作出响应的环境中，完全将身心置于学习当中。

四、虚拟现实的影响Impacts of Virtual Reality 现实生活中为了学习某目标语言没有什么可以替代与本国语人直接交流。而且由于时间、金钱、技术以及本国语人数的限制，在现实世界中，与本国语人直接交流及不可能用于每个语音教室与ESL学习者。学生普遍是通过课本解释与例子来学习语言。然而，随着电脑与英特网的广泛使用，虚拟现实成为传统课本结构的可行的补充。学生可以更加深入学习语言，在较少的时间里用较低的成本去直观目标语言的国家

虚拟现实可能提供不太正式的经历，但它们可以是有趣的，当然比课本上的图画和对话现实生动的多They may be fun and certainly more realistic than mere pictures and dialogues in an English textbook(By Chee,2001)。随着学习者开始在虚拟环境中工作，学习和交流，他们不仅学习到了目标语言，而且学习到了新的思维方式和构建新的信息框架。虚拟现实设计的用户化和交互作用，使得用户形成学生与学生之间以及人机之间相协作体验。

此外，在学习活动中虚拟现实支持许多不同人在同时进行交流、支持行动的协调和合作。在协作完成的虚拟环境中，学生之间也是互相学习的有用资源。利用这种技术的交流，不论是借助于一篇课文还是听说系统，都可以让学生们沉浸在有意义的语言交流中。多重的学习者沉浸于多重分享的前后联系的经历体验中使学习成为自然的人性化的学习活动。这样，ESL学习者们若对观察到的事物感到困惑或对一起观看的视频内容有不解之处，他们使可以自然地向一起分享相同的虚拟世界的同学提出问题，这种有意义的交互作用促进学习者很自然地学到目标语言。以模仿为基础的语言学习，克服了时间与空间的限制，给学习者提供身临其境，让学生们去掌控关键的学习要点，学生自己能够操纵语言环境、场所和时间变化。他们可以随意地与一个国家的总统交流，而这在现实中是不可能的。他们可以随意多次地进行模仿，而某次的模仿操练的侧重点都可以不同。

五、总结 Conclusion 虚拟现实技术对不同级别的学生都是有利的，包括小学、中学和大学，对虚拟现实技术的巨大潜力的限制往往来自学校的校长和老师、以及可以得到的资金。但是通过情景仿真处理并采用先进的图形压缩与还原算法，完全有可能实现逼真度很高的虚拟现实情景，而且也可以交互，但却不需要头盔式显示器、数据手套、高分辨率图形工作站等专用设备，只需要普通Pentium微机和Windows运行环境就能实现，从而有可能使虚拟现实技术走出高级研究院与大学的“象牙塔”，逐步普及到国民经济的各个领域甚至中小学，这对我们这个经济还不算富裕的国家来说无疑是有重大意义的

教育是一个传授知识的过程，通过亲身经历能加速这一过程和巩固所传授的知识，为此而设计的很多方法中，虚拟现实技术是最有效的，虚拟现实技术有着不可替代的、令人鼓舞的应用前景。

第三篇：虚拟现实技术在教学中的应用

虚拟现实技术在教学中的应用

虚拟现实技术在教学中的应用主要集中在桌面虚拟现实和分布式虚拟现实,沉浸型虚拟现实由于所需设备昂贵,在教学中的应用较少。虚拟现实技术在远程教育中的应用主要有制作三维网络课件、开设网络实验课程和建构虚拟教室。

1.制作三维网络课件

在教学中,基于HTML的网络课件在不断地发展完善,但却始终不能摆脱二维平面的约束。在课件中加入虚拟现实技术,能挣脱这一枷锁。将虚拟现实和文字、声音、图片、视频等各种媒体有机结合,可以弥补二维平面课件的不足。如,用VRML设计各种三维的模型、物质结构等,可以让学生多角度地观察和学习,更好地理解学习内容。虚拟现实技术还可以再现现实生活中无法观察到的自然现象或事物的变化过程,为学生提供生动、逼真的感性学习材料,帮助学生解决学习中的知识难点。如学习物理知识时,利用虚拟现实技术,向学生展示原子核裂变、半导体导电等复杂的物理现象,供学生观察学习。

2.开设网络实验课程

虚拟实验在网络教育中有着巨大的优势,它可以弥补远程教学条件的不足。虚拟现实实验环境的开发可以真正打破空间、时间的限制,促进网络实验课程的开展。利用虚拟现实技术,还可以建立各种虚拟实验室,如物理、化学、地理、生物等实验室,在“实验室”里,学生可以自由地做各种实验,获得真实的体验。学生还可以通过虚拟实验验证所学的各种理论知识,提出各种假设模型进行虚拟,并通过虚拟系统观察这一假设所产生的结果或效果。例如,在虚拟的化学系统中,学生可以按照自己的假设设计某一化学反应,通过虚拟实验,可以看到相应的反应现象。通过这种探索式的学习方式,可以培养学生的学习兴趣,有利于激发学生的创造性思维,培养学生的创新能力。

3.建构虚拟教室

目前,在网络教育中,学生大部分是通过网络课程来学习的。学习时,学生能在网页上看到课程的相关文字材料和一些静止的图片。当然,好一点的网络课程,还提供了教学视频。但是不管是文本还是视频,师生之间都缺乏一种灵活的交互。应用虚拟现实技术,构建虚拟教室,能使这个问题得到一定程度的解决。虚拟教室是指运用分布式虚拟现实技术构造的一个虚拟真实的教学环境,分布在各个不同地方的学生,可以通过网络参与到虚拟课堂中。虚拟教室模拟了真实多媒体教室的整个场景,是师生共同活动的一个空间,在这里,可以完成教学、答疑等各种教学活动。借助网络通讯技术,视音频采集、处理技术以及交互代理等技术,参与到课堂的各个对象可以看到彼此,学生可以看到老师的板书,听到他的讲解。教师也能看到学生的表情和动作,可以听到学生的提问,并随时解答。这种教学方式,可以增强师生之间的实时互动,激发学生的学习兴趣,提高教学效率。

第四篇：虚拟现实技术在景观教学中的应用

虚拟现实技术在景观教学中的应用

由于虚拟现实技术能够满足学习媒体的情景化及自然交互性的要求,从而在风景园林教学领域内有着极其广阔的应用前景。利用虚拟现实技术可以改变高校景观建筑设计专业传统的教学模式,改善实验环境,解决高校普遍存在的教学资源不足的问题,优化教学过程及培养具有创新意识和创新能力的人才。随着教育改革的深入和虚拟现实技术理论的不断完善和发展,虚拟现实技术在景观建筑设计专业中的应用也将不断的拓展。

(一)促进教学观念的变化

传统的教学观念主要是“传道、授业、解惑”,它决定了教学组织形式和教学方法,即以教为主,教师是教学的中心,由教师决定教学内容、结构、教学方法及教学进度,而学生始终处于被动的学习环境中。现代化的教学方法追求教与学的合作化,以讲授引导思维,以教导激发创新,并赋予学生学习的主动性。虚拟现实教学有利于创造这样的环境,以教师为中心的授课形式将会被改变,以学生为中心的个性化教学、合作化教学和虚拟现实环境中的自我探究得以真正实现。虚拟现实正是在现代教育思想指导下,使用新技术改进教学方法的尝试。把虚拟现实技术引入到教学中,从多媒体虚拟现实系统的组织形式看,虚拟现实是非线性的网络结构,逼真的虚拟环境可提供良好的人机交互功能,在这个基础上教学内容的组织安排将特别强调由学生主动参与来构建知识结构,变学生的“被动听讲”为“主动学习”,由“要我学”转变为“我要学”。在这种情况下,教材的意义也将由传统的“教材控制”转变为“学习者控制”,教学内容外在形式的生动化与内在结构的科学化将更紧密地结合起来,这种环境将极大地促进教学观念发生变化。

(二)促进教学内容的变化

教学内容是教学过程中传递的教学信息,是学生获取知识、掌握技术、发展能力的主要源泉。多媒体虚拟现实技术的引入使教学内容无论是外在形式还是内在结构都产生了很大的变化。

1.教学内容外在形式的变化

学生的技术水平和动手能力是在实验、实训中培养出来的,在传统的实践教学中,实验课内容主要是学科性的理论验证和学会使用设备、仪器,并从中归纳、总结出规律。这些年来,随着教育技术的发展,从原来只是用录音、录像来辅助文字教材进行教学的方式发展为使用具有人机交互的多媒体技术。多媒体的信息类型有静态的、运动的、超级链接的视觉和听觉信息,媒体信息形式通过计算机的集成处理,提供了超文本、图形、图像、图表、音频、视频和动画。多媒体信息表现形式多样,对于抽象的、概括的概念和原理,除了用文字和语音协同描述以外,还可以用三维实景虚拟现实过程,对于不可视的变化、无法触摸的物体或有危险的场所,甚至自然界或现实生活中不可能存在的事件,也可以通过虚拟现实技术去展现。多媒体技术存贮信息量大,教学内容可以用最有效的方式来表现;而且,同一教学内容还可以用多种信息形式来表现,这就有利于克服单一媒体表现及难以协同表现的弊端。虚拟现实所提供的人机交互的特点尤其适用于个性化教育,因人施教、因材施教,培养高素质的综合型景观设计人才。

2.教学内容内在结构的变化

虚拟现实的应用将带来教学内容结构的变化。教学内容的内在结构就是学科知识结构设计,知识结构是学科知识间的逻辑关系,是学科内含智力因素的信息源。传统的教材及实验指导材料都是以线性结构来组织学科知识结构的,知识内容的结构及顺序都是以教为主,教学顺序性很强,学生只能在教师的讲授下获得正确的概念、原理及逻辑关系。这种形式的学习,学生对教师的依赖性很大,教材也只是一种教授材料,学生利用它学习的自由度不大,灵活性不强,难以促使学生从已建立的知识结构向新知识结构迁移。使用虚拟现实技术以后,多种媒体的信息通过网络化超链接,就可以接近人类认知特点的方式去组织和展示教学内容、构建知识结构,这种网状的信息组织方式是一种非线性结构,链是知识之间的层级逻辑关系。虚拟现实与普通多媒体是多媒体信息处理的高度集成,把信息的组织形式与信息内容呈现的多样性、复杂性结合起来,为学生提供了一种动态、开放的结构化认知形式,它既包括了学科的基本内容,又包括了学科内容之间的逻辑关系,既注重知识的形成过程,又注重知识的结构,凭借视觉、听觉、触觉信息的协调作用使教学内容的统一与灵活性得到了完善的结合。虚拟现实的这种非线性结构有利于学生进行扩散思维,联想原有的知识,获得新知识。

(三)促进教学手段的变化

1.互动启发式教学

虚拟现实有助于启发式教学的开展,在演示教学内容方面能以一种直接的信息传递方式,通过亲临其境的、自主控制的人机交互,由视觉、听觉、触觉获取“外界”的反应,提供生动活泼的直观形象思维材料、展现学生不能直接观察到的事物等,形成知识点。学生则从思维、情感和行为3个方面参与教学活动。

2.发现式教学

发现式教学是以解决问题为中心的教学形式,虚拟现实在实训教学中可以让学生进入问题存在的环境,有针对性地建构虚拟情景,引导学生进行探究。虚拟现实教学提供良好的人机交互,还允许学生出错时,自行了解错误的根由及后果,发现解决问题的方法。

3.协同工作式教学

虚拟现实教学不受空间位置和相互距离的限制,可让远距离的师生或位置分散的学生共处于一个虚拟空间中,通过共同参与,且必须具备协同操作能力才能完成某些项目的设计或训练。

4.情境式教学

虚拟现实技术具有动画虚拟现实的能力,能够把教学中的抽象概念原理、真实的实验过程等形象生动地表现出来,给学生创设真实的学习情境,帮助学生获得示范性的知识,把握概念原理的实质。

（四）实际使用

虚拟现实技术最大的优势在于场景的模拟与再现，一旦场景建成，不再受地理空间、时间的限制。可以随时随地调取已有场景信息。运用在景观教学上，主要可以用在:

一、古建、古典园林教学板块（适用课程中西方古典园林史、西方现代景观的理论与实践）

实用意义

中国古典园林是中国传统园林的精髓，分布广泛，各有各自的特色。包括北方园林，南方园林、岭南园林、皇家园林、等众多形式。但是由于地域原因、实地考察学习是一件非常困难的任务。费时费力费钱，并不是所有人都有机会实地考察，也不是所有人一次考察就能体会到精髓。

软件功能构造

通过虚拟现实模拟可以

1）模拟现场建筑、植物、四时、季相变化，现场实际模拟出全部景观。

2）顶视图搭配结构分析、交通分析、功能分区、区域划分、建筑名称分布等。3）同时软件搭配讲解功能，讲解现场石材、建筑由来、古建结构、园林造景手法讲解（全面展示园林造景中的借景、透镜、框景、障景等）、现场全景图展示等。4）使用者可以通过各个角度，各个方向进行观赏。实际使用过程中所观赏不到的地方（比如鸟瞰、四时变化、）

优势分析

1）可以经常性的游览园内场景，体会古典园林的造景手法（以往讲解仅仅局限于图片展示，我们可以模拟现场实际景观，感受体量关系）

2）模拟现场的四季，实时变化。感受阴晴雨雪、感受植物生长对整个环境空间带来的改变。

3）恢复已被破坏的景观，提高人们的参与性，提高可到达性。使人们不仅仅局限在人视点的观察。

4）形象生动的讲述平时口述难以讲清的课程内容。如古建中的斗拱形式，就可以简单生动的展示给学生。

5）提高学生的接受程度、提高课程兴趣、提高学生的参与度。

二、景观案例学习

实用意义：

现代景观大师有相当一部分具有代表性的经典案例，而以往我们对这些案例的学习仅仅局限于平面图、CAD、以及部分的效果图。很难感受到实际的比例关系、尺度、景观效果。更感受不到一个方案从其设计构思、到场地周边环境分析、到基地分析、功能分区、再到方案形成的整个过程。软件功能构造：

1）将完整的方案信息进行展示，以二维或者三维的方式。介绍场地周围的大环境。同时可通过文字或者动画形式展示整个方案的历史环境，政治背景、以及其历史意义。2）将整个设计的骨架信息一层一层展现，包括道路、水体、节点、植物、功能分等。让学生更深入的了解。

3）方案经典介绍。将方案的经典之处进行展示与介绍。同时进行季相、时间变化。4）让学生自行进行设计，之后与经典案例进行比较。优势分析：

1）将经典案例通过三维方式进行展示，直观形象。

2）整合资料，将案例周边环境、历史环境进行详细叙述。3）深入的剖析方案的设计构思与形式。加深理解。

三、植物认知

1）通过动画形式对植物的基础知识进行介绍，包括树叶、树皮、树干形式名称介绍。2）建立植物库，模拟植物的的生长过程，対植物的科属，生长习性，搭配方式进行详细介绍。

3）对不同科属的植物进行分类，以便植物认知。

4）按照季相分类，常绿，落叶，观花、观果等进行详细分类。以便植物认识学习，同时便于设计中随时调取使用。

四、通过增强现实技术辅助设计

1）在设计领域，虚拟现实技术作为一种独特的技术手段，可以有效的解决抽象思维与其所产生的实体间的联系问题。设计师不仅能够充分发挥其艺术想象力，更能够在前期设计阶段就与实际相结合，缩短设计周期，提高设计质量，节省投资。虚拟现实技术可应用于建筑和艺术信息模型项目全生命周期的信息化管理。

2）协助设计师科学准确分析设计信息可快速获取复杂建筑模型进行分析，为建筑师提供全局、客观的设计信息理解。

3）辅助设计在设计过程中，会提出不同的设计方案，对未来的设计形象做多种设想，利用虚拟现实技术建立一个全面、直观、可交互、如实反映设计的三维虚拟模型，便于设计者更直观、全面了解设计，也方便设计师对某个设计细节作局部修改，并实时地与修改前的方案进行分析比较。

2.探索学习

是指通过虚拟现实技术对学生在学习过程中所提出的各种假设进行模拟,直接观察到这一假设所产生的结果或效果。这有利于激发学生的创造性思维,培养学生的创新能力。例如,利用虚拟技术,学生还可以进行温室效应的探索学习,从而分析城市建设对周边环境以及园林绿地和水体对城市小气候的相互影响,探索景观建筑设计新的研究方向。

3.实验实训

是指利用虚拟现实技术建立数字城市与风景园林技术平台,进而方便地创建如规划、建筑、照明、水景、工程机械等各种虚拟实验室,方便师生实验实训。

在虚拟景观建筑实验室里,学生可以对自己设计的景观建筑进行反复的修改和论证,并研究加入“时间因素”后的四维模拟,真实感受时间的艺术,也可以进行建筑环境的分析以及建筑物对周边环境影响的研究。在虚拟照明实验室里,学生可以研究不同电光源在不同配光方式和投光方法下的照明和景观效果,进行道路、广场、建筑、庭院、水景、树木、雕塑、溶洞等各种照明实验。在虚拟的水景工程实验室里,学生可以组装水循环系统,了解工艺流程,研究不同流量和扬程下各种喷头组合的水型效果以及配上灯光后的夜景效果。

虚拟现实的沉浸性和交互性,使学生能够在虚拟的学习环境中扮演一个角色,全身心地投入到学习环境中去,这非常有利于诸如园林工程机械操作、园林栽培和修剪等各种职业技能的训练。例如,在虚拟的园林起重机训练系统中,学员可以反复操作仿真控制设备,练习在各种用地环境下操作园林起重机的驾驶、起吊和准确落点等,达到熟练掌握相关技能的目的。而虚拟修剪系统也可以低成本地模拟修剪,掌握各类植物修剪的关键,并可直观地评价修剪后的效果。

虚拟现实技术在规划设计领域的运用已得到国内外学者的重视,在景观规划设计方面,国内研究主要集中在景观建模、可视化表达以及技术运用的介绍性研究成果。在历史文化景观再现研究中,景观所包含的历史和文化的内涵,最终都通过人们的感知而传递。作为一种利用人们的感知和构想,具有三维表现力并且富于交互性,从而可以很好地模拟现实的技术,虚拟现实技术在历史文化景观中的应用将会是激动人心的。

虚拟现实技术改变了人们只能从现实生活中获得感知的方式,通过计算机模拟人类的感知,从而制造一个虚拟世界。如果说虚拟现实技术拓展了人们的感知能力,这样一个虚拟世界则增加了人们的生存空间,改变了人们的生活方式。虚拟现实技术还提供了一种超越时间和空间约束,提供人们逼真体验的手段。从时间上说,虚拟现实技术不仅可以模拟现在存在的,再现以前有而现在不存在的,而且可以通过构想,模拟以后可能有的,甚至可以构造现实生活中不可能有的现象和体验。而从空间上来说,虚拟现实可以在甲地模拟乙地的风景,从而用户在甲地就可以体验到身处乙地的感受。这使得人们生活的空间扩大,可以得到的实践和体验增加,如果说人生的价值在于一种实践和体验,这无疑增加了人生所具有的价值。虚拟现实技术还提供了一种超越时空进行信息传递的方式,分布式虚拟现实中,人们可以与来自地球另外一端的用户相遇在一个虚拟世界中,看到彼此的表情和动作,相互进行语言沟通等。

一虚拟现实与虚拟世界 一个虚拟现实系统具有以下三个基本特征,通常称为虚拟现实的特征:(1)沉浸感(Immersion);(2)交互性(Interaction);(3)构想性(Imagination)。根据虚拟现实系统所倾向的特征的不同,虚拟现实系统一般分为四类:桌面虚拟现实系统,沉浸式虚拟现实系统,增强现实系统及分布式虚拟现实系统。虚拟现实技术主要提供给用户一个直观并具有很强交互性的与计算机系统交互的界面。所以其本质是一种人机界面技术,它使人们与计算机打交道的方式产生了革命性变化,使人们的生活方式随之发生变革,它同时是一种影响了或即将影响普通用户生活的特殊文化现象。

第五篇：虚拟现实技术在中学化学 实验教学中的应用

虚拟现实技术在中学化学 实验教学中的应用

班级：化学1001班 姓名：代有来

学号：2010254030107虚拟现实技术在中学化学实验教学中的应用

摘要：化学式自然科学的重要组成部分，着重研究物质的组成、结构和性质的关系，以及物质转化的规律和调控手段。化学课程可以帮助学生从化学的视角去认识科学技术和社会生活方面的问题，在基础教育阶段，化学课程的教学呈现出“通过实验学化学”的发展趋势，将实验贯穿整个化学课程实施。目前，中学化学课程中探究性试验占有重要地位，是学生积极主动的获取化学知识、认识和解决化学问题的重要实践活动，也是构建化学基础知识和提高学生素质的需要。随着信息技术的发展和课程整合成果的不断涌现，将虚拟实验系统引入中学课程教学，成为教育工作者关注的热点。在化学学科教学过程中合理运用虚拟现实技术，将虚拟实验室与化学学科实验课程有机整合，根据虚拟实验室特有的优势，应用虚拟实验室进行探究性试验教学。

关键词：虚拟现实；实验教学；探究实验 正文：

一、中学化学实验的分类

化学是一门比较成熟的基础自然科学，实验是化学事实的重要组成部分，也是化学 基本理论和观点的重要支撑点，化学科学领域的任何一项重大突破，无一例外地都要经 过化学实验这一环节，化学实验是化学科学赖以形成和发展的基础，因此，化学实验也 是化学教学的重要内容。

中学化学实验是根据培养目标和教学任务，遵循学生认知规律，体现化学学科发展

特点而精选的基础实验，其内容丰富，形式多样。为了研究方便，按照不同的分类维度，对中学化学实验有不同的分类方法。

按照实验的主体不同，可将实验划分为：演示实验、学生实验、实验习题、家庭小 实验；按照实验内容分类，可分为：化学基本操作实验、元素化合物性质和制备实验、阐明化学概念和基础理论的实验、化学反应应用于化工生产中的实验、解释日常现象或 解答化学问题的实验、趣味实验；按照实验中质与量的关系分类可分为定性实验和定量 实验。

以上分类标准是按照不同的研究目的、不同的研究方法等对化学实验进行的不同维 度分类，在这里我们按照建构主义思想，从学生的认识出发，按照实验在认识过程中的 作用分类，将中学化学实验分为：验证型实验、探究型实验、模拟型实验和对照型实验。验证型实验：验证型实验是为检验化学理论、验证化学假设、提供实验事实而进行 的一种实验。验证实验是科学的研究方法和科学的研究态度的重要组成部分，在化学研 究中没有被验证的理论、假说或者事实都被认为是不确定的。在化学课程的教学过程中，验证型实验通常用来验证或证实所学的化学知识。这种类型的实验在中学化学中如：碘 升华实验、完全燃烧和不完全燃烧等。

探究型实验：探究，是指围绕问题展开的活动，是逐步分析和解决问题的过程。探 究学习是指运用探究的方式进行的学习活动和过程，亦即学生在教师的指导下，主动发 现问题，以一种类似科学研究的方法对问题进行分析和研究，从而达到问题解决和知识 获得的过程与活动¨。通过以上对于探究学习的研究可知，探究型实验是指围绕某一化 学研究对象，在观察和总结研究实验现象和实验数据的基础上，归纳总结出结论的一种 学习模式。探究型实验以实验作为基础，启发引导学生独立的探索知识，是学生了解知 识的产生和发现过程，让学生通过自身的努力，通过积极的思维活动，概括得出有关的 结论，并进行科学探究过程和探究方法的系统训练。新的化学课程标准中指出“化学实 验是进行科学探究的主要方式，教师应改变传统的实验教学，精心设计各种探究型实验，促使学生主动的学习，逐步学会探究”通过这种教学方式，既激发学生学习兴趣，使学 生掌握实验技能，又能够改变学生传统的学习方式，是学生主动学习、自主探究，逐步 形成科学探究的能力。我们这里将详细探讨探究型实验在中学化学实验中的应用。模拟型实验：由于受到实验条件限制、安全性制约、常规环境下反应现象不明显等 因素的约束，通常教师借助模拟的方法，选定替代物对实验进行模拟。这种实验在中学 化学实验中如实验室里用模拟接触法制硫酸等。

对照型实验：这种实验通过对比或对照来研究物质的某种属性的一种实验。这种实 验要设计两个或两个以上的对比组实验，一个作为标准组；另一个为实验组，通过对比 实验对比、对照判定实验组是否有相同或类似的性质。

二、虚拟环境下的教学模式选择

教学模式这一概念最早是由美国学提出，它是指在一定的教育思想、教育理念指导 下，结合大量的教学经验，将教学四要素有机的组织起来，形成相对稳定的教学活动框 架。也就是在相应的教育思想、教育理论、学习理论的指导下，结合一线教师的实践经 验，将教师、学生、教学媒体、教学内容有效组织起来。教学设计的过程模式可以作为 学校和委托教学培训机构的沟通手段，还可以作为管理教学系统设计活动的指南，以及 作为整个教学设计过程的依据。

为了更好的分析中学化学的教学情况，从而总结归纳出实践性好并且符合学生认知 规律的中学化学实验课程的教学模式及教学设计过程，我观察并分析了2007年、2008 年和2009年全国中学信息技术与课程整合优质课大赛(化学部分)的视频、音频、幻 灯片及说课稿等资源，其中涉及来自全国12个省市的45名中学教师，从中总结出信息 技术支持下探究型教学模式的教学设计过程和学生探究学习流程。首先对教师教学模式 的选择和教学的支撑环境情况进行分析

多数教师在教学过程中采用探究型的教学，其中在分析 的45节获奖课程中，有27节应用的探究型教学模式。义务教育阶段，化学课程中的探 究型实验教学，是一种重要的学习方式，也是义务教育阶段化学课程的重要内容，对发 展学生的科学素养、化学基础知识和技能的培养具有不可替代的作用。多数一线教师已 经意识到信息技术在教学过程中的重要作用，大多采用多媒体环境下的教学，少数教师 结合网络平台开展探究教学活动。

与探究活动的一般过程相同，中学化学的探究型教学过程仍然在教师和学生两个方 面研究教学过程。所不同的是，中学化学的探究过程首先是教师的教学准备阶段，这一 阶段无学生参与，教学准备阶段由教学分析阶段、探究准备阶段和设置并说明问题阶段 组成。教学分析阶段又包括学习者特征分析、学习任务分析、解决问题可行性分析、三 维教学目标分析阶段等；探究准备阶段是教师为学生的学习过程提供必要的前提，包括 先行组织者的准备、探究平台准备、探究工具准备等；学生的探究学习是在教师预先设 定的范围内开展探究活动，在学生探究活动开始前，教师要设置探究问题，并对探究主 题作简要说明。

进入教学过程阶段，这一阶段分为教师活动和学生活动两个方面进行，这两个方面 是同一教学过程下的两个方面，而不是分开的教学过程。教学过程方面，教师在探究活 动开始前对学生学习进行启发、引导。教师在整个教学过程中引导、监控整个学习过程，并适时的组织讨论，并对实验现象作出解释，最后教师对整个虚拟探究过程进行总结，对探究活动进行总体说明，讲虚拟实验回归真实实验，促进学生知识的拓展和迁移，促 使学生能力的提高。

学生方面，由于是在虚拟环境下开展的学习活动，首先进行虚拟仪器的使用练习和 对于先行组织者的学习，然后是整个探究学习过程，在学习过程结束后与同伴交流，并 反思探究过程，最后进行自我评价和教师评价，对学习结果升华。

我们将在此教学模式的指导下，运用相关教学设计思想，从教师和学生两个方面设 计探究过程：

三、虚拟环境下学与教的教学系统化设计过程

在这种教学模式下，对于教学过程的系统化设计也与传统的教学设计流程有较大的 差异。在建构主义思想和新课程理念及素质教育思想的指导下，我们根据我国一线教师 的教学经验，并结合“主导一主体”的教学设计思想，以“学教并重’’理念为指导设 计出适合虚拟环境下中学化学探究型实验教学的教学系统化设计流程。

对教学过程进行分析可以反映出中学化学实验课程教学的基本情况，最终目的是要 得出出在初中化学教学中教学设计过程和学生自主探究流程。由此我们选择了观察法、数据统计法、内容分析等方法对优质课大赛资源进行分析。根据教学过程中探究活动的 开展情况，再结合科学的教学理论和新课程及素质教育理念，归纳出适合于探究型实验 教学的教学模式和教学设计流程。我们分别在教学分析阶段、教学目标分析、教学准备、教学指导、平台利用、评价反思等几个方面进行了分析。

对于信息技术与课程整合大赛中的资源进行分析，我们得出，在教师方面探究过程 基本包含以下基本环节：学习者分析、教学内容分析、学习目标分析、学习指导、教学 媒体设计、数字化学习资源的利用、教学评价和教学反思等。对以上问题的对研究虚拟 环境下中学化学课程探究实验的过程和步骤提供了良好的依据。

通过教师教学过程表的分析，可以看出一线教师在教学过程中，着重对学习者分析、教学内容分析、学习目标分析、学习指导、教学媒体设计、和教学反思等；多数教师在 教学过程中涉及数字化学习资源的利用、教学评价；较少教师在教学过程中使用先行组 织者策略；几乎没有教师对解决问题的可行性分析进行分析。然而在实际的教学中先行 组织者策略和解决问题的可行性分析是教学过程中的重要内容，尤其是在虚拟环境下的 探究实验中，这两方面显得格外重要。

其中，先行组织者策略是能促进有意义学习的发生和保持的最有效策略，是利用适 当的引导性材料传递当前所学的新内容加以定向与引导。这些引导性材料通常和新知识 间存在着包容性、概括性、和抽象性上的联系，便于新旧知识间建立联系，从而促进新 知识的学习。这种策略尤其适合探究型学习，在学生进行探究学习前，将先行组织者呈 现给学生，便于学生探究学习的进行。

解决问题的可行性分析，在处理教学中遇到的问题时，分析造成这种问题的原因是 什么，这种问题是什么性质的，运用虚拟环境下的探究实验以及教学系统化设计是否能 解决这一问题，这一步骤在教学过程中是极为重要的一步。然而，通过分析我们得知，在实际的教学中，教师很少考虑这一问题，造成了人力及资源的浪费。

对于虚拟环境下的探究型教学实验，与以往的教学方式有很大差异，教师在整个实 验过程中起到引导和辅助学生学习的作用，由此，教学设计环节也较传统的教学设计有 很大差异，下面我们从教师角度探讨一下虚拟环境下中学化学实验课程的教学设计流 程：

整个教学设计环节分为三个阶段进行，其中包括教学分析阶段、教学目标确定阶段、准备阶段、指导阶段和探究型实验的总结性评价阶段。

教学分析阶段包括学习者分析、学习任务分析和解决问题的可行性分析。

学习者分析：教学的最终目的是为了有效促进学生的学习，学生的原有认知结构和 认知风格对学习的结果起到至关重要的作用，对教学设计起到重要作用的心理因素进行 分析，为后续的教学系统设计步骤提供依据。

学习任务分析：探究型教学是以学习任务为基础的，教师在探究活动开始前对学习任务进行分析，找出其中的重难点及学生难以解决的问题，在探究活动开始前向学生说 明。探究问题的可行性分析：了解并掌握学生已有的知识同本次探究活动的相关性以及 学生对以往知识的掌握情况，判断学生探究活动的可行性。

教学目标分析阶段，新课程标准下，将学习过程的目标分为三个维度：知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观目标。教学无论是探究型的实验教学还是其他形式的教 学，其目标都是促使学习者朝着目标所规定的方向发生变化，在教学的系统化设计中，教学目标是否明确、规范、具体，直接影响到学习活动能否沿着正确的方向进行，它是 纵贯整个学习、探究活动的整个过程的一种指导思想，是对教学活动的一种原则性规定。准备阶段：是教师对于学生探究活动的准备，其中包括准备并提供给学生探究新知 识的先行组织者、实验平台的提供、探究工具的提供。尽管这一过程是在虚拟环境下完 成，但这些步骤仍必不可少，尤其是虚拟环境下探究平台的准备和探究工具的提供，是 学生在虚拟环境中进行探究的必要前提。

提供先行组织者：先行组织者是利用适当的引导性材料对当前所学的新内容加以引 导，这类引导性材料与当前所学新内容之间存在包容性、概括性和抽象性符合同化理论 的要求。

探究平台的准备：在虚拟实验室中完成探究实验，实验平台是完成探究过程的必要 前提。虚拟实验同实物的操作实验相同，需要教师做大量的准备工作，包括实验虚拟实 验平台的使用和调试等。

探究工具的准备：探究工具包括相关资料的搜索工具，实验记录工具、数据处理工 具以及实验过程的协作交流工具等。这些工具在虚拟环境的探究实验中显得尤为重要，也是探究过程必不可少的条件之一。

指导阶段：这一阶段是学生实施探究活动的过程，也就是课堂教学过程。在这一阶 段教师的教学功能已经转变为指导、辅助功能，教师在这个过程中回答学生的疑问，对 所有同学都遇到的共性问题做及时的纠正。真正做到“以学生为中心"的教学，所有虚 拟资源和非虚拟资源都是为了支持学生的“学”，而非教师的“教”，教学的中心已经从 教师向学生转变。逐渐形成以教师为“主导”，学生为“主体”的新型教学结构，以适 应新型教学环境，实现信息技术与学科教学的深层次整合，实验教育改革的跨越式发展，最终实现培养创新型人才的目标。

探究的成果评价：对于探究学习过程的评价要基于三维教学目标，从多个角度出发，尤其是实验课程的探究过程，涉及到各种实验过程、步骤的规范性、探究过程的态度、协作交流情况等涉及到所有探究过程的环节。对于课堂教学的评价通常是总结性评价，总结学生探究过程的不足。将学生学习过程中的表现即时的反馈给学生，供学生修正自 己的探究模式，便于学生更好地进行以后的学习。

教师是整个探究活动的指导者和促进者，涉及到给学习者指定方向，通过各种手段 提升学习者的兴趣；为学生解释任务和对实验资源的基本操作做出解释；对整个探究过 程作基本的描述，使学生不至于漫无边际的探究，为学生提供完成探究所需的所有策略、步骤等；最终在同学问完成评价后，教师对整个探究过程做最后的总结性评价。学生是整个探究式学习活动的主体，一切问题的出发点和归宿都是促进学生学习，学生的探究学习过程可参照科学探究的一般过程：发现或提出问题、提出猜想和假设、制定研究计划与设计实验、进行实验搜索证据和分析数据得出结论。与一般的探究活动 所不同的是，学生的所有探究活动都是在教师的指导和监控下进行的；学生的探究活动 不同于科学探究，其目的在于通过探究活动获取知识，学习过程要在教师设定的总体目 标下进行，进行探究活动前，学生要仔细阅读教师对探究活动的总体要求；鉴于学生探 究活动的学习目的，在完成探究活动后要进行小组或组间的交流协作，教师对整个探究 活动给予评价反馈，最终实现学生学习目标的实现。总体说明：学生在教师的指导下进行探究活动，根据三维教学目标，并且结合多数 学生的认知特点和思维习惯，分析学习任务，给学生探究实验指定方向，通过各种手段 提升学习者的兴趣。并向学生提供先行组织者，使学生掌握与新的知识相关或相近的知 识；对实验的目标作概括性的描述，必要时要向学生说明该实验的注意事项，把实验的 难度控制在合理的范围内，既激发了学生探究知识的兴趣，又不至于是学生由于无法完 成实验而产生挫折感。

猜想与假设：学生根据已掌握的知识和技能，对新问题提出假设。这一过程中可以 和同伴或教师交流，以优化自己的假设，为自己下一步设计实验奠定基础。

设计实验：根据上一步自己的假设，设计自己实验步骤和过程，其中包括仪器的连 接、药品的选取等。

实验过程：这一步是进行实验的过程，学生独立或者小组跟组设计的实验步骤实施 实验方案。在虚拟环境下的实验，可以充分满足学生的探索欲望，适当扩大学生药品的 使用范围和仪器数量，在实验过程中学生要认知观察实验现象。

收集数据：实验过程中不断的对实验现象和实验数据进行记录，这一过程培养学生 对待科学的态度，绝不错过任何一个实验现象，也绝不漏掉任何一个实验数据，为之后 的实验分析打下良好的基础，进一步培养自己科学探究的能力。

验证假设并解释结论：通过对收集到的数据和实验现象的认真分析，得出自己的结 论，并回头验证自己的假设。这是一个反复的过程，学生可以根据得到的数据修正自己 的实验过程重新设计自己的实验。同时，这一阶段完成后可以和同伴交流，并且形成最 终的汇报，将最终的结果反馈给教师，作为教师评定探究过程的一项依据。

反思与评价：整个实验过程结束，学生对自己的实验过程反思，总结自己在探究过 程中的得失同时进行自身评价、小组间的评价和教师的总结性评价。

表达与交流；这一环节是总结与提高的过程，同学间通过不同的假设与步骤，通过 不同的途径，探究完成了实验任务。通过表达与交流可以取长补短，为以后的实验学习和科学研究奠定良好的基础。

形成性评价：这一过程由教师完成，教师在观察分析整个实验组的探究过程后，对 实验进行相对性评价，总结学生探究过程的不足。将学生学习过程中的表现即时的反馈 给学生，供学生修证自己的探究模式。

在实际的探究学习过程中，并不是所有的探究虚席活动都完全遵照以上探究过程，进行探究实验的目的主要是使学生模仿科学家在进行科学探究过程中的过程，完成教学 目标，学习科学探究的各种技能，提高学生的科学探索素养。在整个探究过程中，学生 的探究活动表现为：学生是整个探究活动的主体；利用虚拟环境为学生提供尽可能多的 探究条件和实践探究思想的机会；充分发挥学生探究活动的主观能动性。