基于仿真軟件的虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與應(yīng)用——以《網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程為例

《基于仿真軟件的虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與應(yīng)用——以《網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程為例》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《基于仿真軟件的虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與應(yīng)用——以《網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程為例（130頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、基于仿真軟件的虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與應(yīng)用——以《網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程為例 上海師范大學(xué) 碩士學(xué)位論文 基于仿真軟件的虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與應(yīng)用――以《網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程 為例 姓名：陳小紅 申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士

2、 專業(yè)：教育技術(shù)學(xué) 指導(dǎo)教師：葉海松 20100401 摘 要 隨著電子技術(shù)高速發(fā)展，新器件、新電路不斷涌現(xiàn)，虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)已經(jīng)成為 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一種有效的補(bǔ)充。多媒體計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與虛擬儀器技術(shù) 為虛擬實(shí)驗(yàn)提供了基本技術(shù)支持，而種類繁多、功能各異的仿真軟件由于對(duì)使用 者技術(shù)要求低

3、，為普通教師和學(xué)習(xí)者簡(jiǎn)單、方便的開(kāi)展虛擬實(shí)驗(yàn)提供了可能。本 文針對(duì)現(xiàn)有虛擬實(shí)驗(yàn)的研究現(xiàn)狀，選取了在大學(xué)生的實(shí)驗(yàn)課程中具有一定的代表 性的“網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)”實(shí)驗(yàn)課程作為研究對(duì)象。在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)仿真軟件的基礎(chǔ)上，將 Moodle網(wǎng)絡(luò)課程作為虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的服務(wù)和管理平臺(tái)。文章對(duì)“網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)”的 課程大綱，教學(xué)目標(biāo)，教學(xué)環(huán)境，學(xué)習(xí)者和教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行了分析和研究，并在有 關(guān)教學(xué)理念的指導(dǎo)下，提出網(wǎng)絡(luò)課程虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則，給出“網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)” 的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的詳細(xì)設(shè)計(jì)方案。最后，在實(shí)踐教學(xué)中具體應(yīng)用虛擬實(shí)驗(yàn)，分析 了虛擬實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的效果以及有待改進(jìn)的地方。為虛擬實(shí)

4、驗(yàn)在課程實(shí)驗(yàn)方面的應(yīng)用 做了一些有益的研究與嘗試。 關(guān)鍵詞：虛擬實(shí)驗(yàn)，網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，仿真軟件，虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)用 ABSTRACT Withthe ofelectronic newinstrument high―speeddevelopment technology，the andcircuithas Virtual hasbecomeaneffective

5、 emergedunceasinglyexperiment to ．Themultimedia traditional complement experimentalteaching computer andthevirtualinstrument have

6、 technology technologies，thenetworking provided forthevirtual areallkindsofsimulators withthe support experiment．There equipped and tothelow??level the variousfu

7、nctioneven are USer．So they simple ordinary teachersandlearnersCanconductvirtual and experimentseasilyconveniently．Based onthe statusofvirtual haschosenthe

8、 course study experiment，thispaper laboratory the of”Network is of Foundation”，whichrepresentativeCollege

9、 Experiment，as has of thefoundationofthe network author simulator,the objectstudy．In existing usedMoodleastheserviceand

10、 forthevirtual managementplatform experimental has thecourse analyzed outline，teachingobjectives，teaching teaching．Then，she andthe situationof”NetworkFoundat

11、ion”． environment，learner presentteaching Underthe ofrelated article forwardthedetailed guidance teachingconcept，thebring virtual authorhas ofthe

12、 last，the designproposal experimentalteaching．At applied thevirtual to the effectof analyzed experimentpracticeteaching,and application virtual

13、 that has forward for basis，the teaching．On paperput suggestions experimental a it some researchand tothe word， bene

14、ficial practice improvement．Inputup ofthevirtual in field． teaching application experimentexperimental words：virtual Foundation，si

15、mulator，the application experiment，Network Key ofthevirtual in experimentteaching IU 圖表目錄

16、 圖2．1仿真實(shí)驗(yàn)的步驟………………………………………………………。14 圖2．2網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)的開(kāi)發(fā)過(guò)程……………………………………………．．15 圖2．3網(wǎng)絡(luò)仿真的一般過(guò)程…………………………………………………．．20 表3-1三個(gè)時(shí)間段樣本論文在四個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)量分布…………………．．24 表3．2樣本論文的分類統(tǒng)計(jì)…………………………………………………．．25 圖4．1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)課程的立體化研究型教學(xué)模式……………………36 表4．1《網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》實(shí)驗(yàn)內(nèi)容…………………………………

17、………………38 圖4．2《網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程考核組成…………………………………………．．39 圖4．3《網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》虛擬實(shí)驗(yàn)外部學(xué)習(xí)環(huán)境………………………………．．40 圖4．4《網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)組織形式………………………………．．41 圖5．1無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的配置拓?fù)鋱D…………………………………………………43 圖5．2無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)中DNS域名解析配置圖………………………………46 圖5．3 服務(wù)器中的網(wǎng)站主頁(yè)源代碼…………………………………46 圖5．5普通PC機(jī)通過(guò)無(wú)線上網(wǎng)訪問(wèn)公網(wǎng)

18、服務(wù)器…………………．．48 圖5-6小型企業(yè)網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)驗(yàn)配置拓?fù)鋱D…………………………………．．50 1 圖5．7外部PC撥號(hào)上網(wǎng)界面…………………………………………………5 圖5．8小型企業(yè)網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)驗(yàn)中DNS域名解析配置圖……………………52 圖5-9PC3通過(guò)域名成功連接到外網(wǎng)………………………………………．56 0 圖5．1PCI自動(dòng)獲取

19、的口地址………………………………………………．56 圖5．1l外部PC0成功訪問(wèn)第一臺(tái)內(nèi)部服務(wù)器………………………………57 圖5．12外部PC0成功訪問(wèn)第二臺(tái)內(nèi)部服務(wù)器………………………………57 圖5．13外部PC0成功訪問(wèn)第三臺(tái)內(nèi)部服務(wù)器………………………………58 圖5．14學(xué)生對(duì)本課程虛擬實(shí)驗(yàn)的態(tài)度………………………………………60 表5．1學(xué)生對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、教學(xué)模式、評(píng)價(jià)方式的評(píng)價(jià)情況表………。60 表5．2學(xué)生對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)能力的評(píng)價(jià)表……………………………………．61 VI

20、 論文獨(dú)創(chuàng)性聲明 本論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。論文中除 了特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或機(jī)構(gòu)已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究 成果。其他同志對(duì)本研究的啟發(fā)和所做的貢獻(xiàn)均已在論文中做了明確的聲明并表 示了謝意。 日期：加l啤6目2z日 作者簽名：聲門(mén)、級(jí)

21、 論文使用授權(quán)聲明 本人完全了解上海師范大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán) 保留送交論文的復(fù)印件，允許論文被查閱和借閱；學(xué)校可以公布論文的全部或部 分內(nèi)容，可以采用影印、縮印或其它手段保存論文。保密的論文在解密后遵守此 規(guī)定。 作者簽名。1禾眥 導(dǎo)師簽名：葉均彪日期．訓(xùn)牟跏2日

22、 75 第一章引論 上海師范人學(xué)碩士學(xué)位論文 引論 第一章 本文的研究?jī)?nèi)容是基于仿真軟件的虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及其教學(xué)應(yīng)用，研究案例 是教育技術(shù)學(xué)本科專業(yè)課程《網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》。本章主要論述了本課題的研究背景和 研究思路，以及論文的總體

23、結(jié)構(gòu)。本章所陳述的內(nèi)容是課題研究和論文撰寫(xiě)的前 提。 1．1研究背景 隨著二十一世紀(jì)的到來(lái)，人類已經(jīng)步入信息社會(huì)，在這個(gè)信息化高度發(fā)展的 時(shí)代，知識(shí)經(jīng)濟(jì)將成為全球經(jīng)濟(jì)的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。在這個(gè)人才競(jìng)爭(zhēng)的時(shí)代，我國(guó)教育 進(jìn)入了前所未有的大發(fā)展時(shí)期，時(shí)代的進(jìn)步與發(fā)展對(duì)教育質(zhì)量提出了更高、更新 的要求，培養(yǎng)高素質(zhì)的創(chuàng)新型人才將成為教育的主要目標(biāo)。 實(shí)驗(yàn)教學(xué)在教育中占有非常重要的地位，實(shí)驗(yàn)教育的任務(wù)是培養(yǎng)具有創(chuàng)新精 神和創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才。實(shí)驗(yàn)是人類認(rèn)識(shí)世界的重要方法，實(shí)驗(yàn)往往是為了 解決文化、政治、經(jīng)濟(jì)

24、及其社會(huì)、自然某個(gè)問(wèn)題，而在其對(duì)應(yīng)的科學(xué)研究中用來(lái) 檢驗(yàn)?zāi)撤N新的或者驗(yàn)證某種已經(jīng)存在的假說(shuō)、假設(shè)、原理、理論而進(jìn)行的明確、 具體、可操作、有數(shù)據(jù)、有算法、有責(zé)任的技術(shù)操作行為。通常實(shí)驗(yàn)要預(yù)設(shè)實(shí)驗(yàn) 目的、實(shí)驗(yàn)環(huán)境，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，最終以實(shí)驗(yàn)報(bào)告的新聞形式發(fā)表實(shí)驗(yàn)結(jié)果1。 實(shí)驗(yàn)研究和理論研究相輔相成，推動(dòng)著社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)的發(fā)展。在教學(xué)中，實(shí) 驗(yàn)不僅是理論教學(xué)的深化和補(bǔ)充，更是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力、解決問(wèn)題 的能力的重要手段。 近年來(lái)，由于虛擬儀器、仿真技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，虛擬實(shí)驗(yàn)已經(jīng)成 為熱門(mén)話題，國(guó)內(nèi)外很多實(shí)

25、驗(yàn)室和大學(xué)都建立了自己的虛擬實(shí)驗(yàn)室，虛擬實(shí)驗(yàn)不 僅逐漸走進(jìn)課堂，輔助老師教授理論知識(shí)，更是提供了利于學(xué)生創(chuàng)新能力、實(shí)踐 能力和綜合素質(zhì)培養(yǎng)的新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。虛擬實(shí)驗(yàn)將會(huì)成為一種改革傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、教學(xué)方法的既高效又經(jīng)濟(jì)的首選方案。教育專家預(yù)測(cè)，在 下一個(gè)世紀(jì)，虛擬實(shí)驗(yàn)將成為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)最重要和最熱門(mén)的應(yīng)用領(lǐng)域之一。研 究建立怎樣的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)模型，設(shè)計(jì)哪些虛擬實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，采取怎樣的虛擬實(shí)驗(yàn) 1 http：／／baike．baidu．com／view／57942．htm?fr alaO-l

26、 l 第一章引論 上海師范大學(xué)碩士學(xué)位論文 教學(xué)模式，并將它合理的應(yīng)用在教學(xué)上，將對(duì)促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展具有重要的意義。 1．1．1實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的需要 隨著電子技術(shù)高速發(fā)展，新器件、新電路不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的弊端越 來(lái)越顯露無(wú)遺。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在著資金投入大、實(shí)驗(yàn)過(guò)程損耗大、實(shí)驗(yàn)室管 理難度大，設(shè)備維護(hù)費(fèi)

27、用高等突出問(wèn)題，尤其是院校擴(kuò)招后，基本的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地和 儀器設(shè)備保障都不能滿足，更不用說(shuō)隨著技術(shù)的發(fā)展及時(shí)更新的實(shí)驗(yàn)要求了，在 一些地方性經(jīng)濟(jì)條件欠發(fā)達(dá)的大學(xué)里這種情況表現(xiàn)更為嚴(yán)重。尤其是對(duì)于一些發(fā) 展R新月異的學(xué)科，如計(jì)算機(jī)組成原理、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、機(jī)械控制、電工電子 等，不僅對(duì)于硬件實(shí)驗(yàn)環(huán)境要求非常高，更是要求實(shí)驗(yàn)教師具備與時(shí)俱進(jìn)的實(shí)驗(yàn) 教學(xué)觀念。 對(duì)于實(shí)驗(yàn)教師來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)準(zhǔn)備和課后工作既繁瑣又費(fèi)時(shí)，教師花在 調(diào)試系統(tǒng)或者準(zhǔn)備試劑配制等準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)的時(shí)間，再加上課后還原善后的工作時(shí) 間，有時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于實(shí)驗(yàn)課本身的時(shí)間。

28、加上實(shí)驗(yàn)設(shè)備的過(guò)度使用大大加重了實(shí)驗(yàn) 室硬件和軟件系統(tǒng)的維護(hù)工作量，減少了實(shí)驗(yàn)教師吸收新的教學(xué)理念來(lái)改進(jìn)教學(xué) 教法研究和更新自身專業(yè)知識(shí)的時(shí)間。另一方面，由于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的不完 善，也會(huì)直接影響到教師開(kāi)發(fā)新的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和學(xué)生的參與，從而限制了實(shí)驗(yàn)教學(xué) 質(zhì)量的提高。 而設(shè)備的缺乏和落后直接導(dǎo)致了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的陳舊，很多課程實(shí)驗(yàn)講義十年 都不曾有變更，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目既簡(jiǎn)單又單一，驗(yàn)證原理性項(xiàng)目偏多，而綜合性和自主 探索、創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目偏少。而且有些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目由于本身在現(xiàn)實(shí)中是不可能進(jìn) 行的，如原子及原子核實(shí)驗(yàn)、核反應(yīng)實(shí)驗(yàn)、理想狀態(tài)

29、下沒(méi)有任何阻力的運(yùn)動(dòng)等； 有些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和設(shè)備造成一定的破壞，如操作系統(tǒng)的備份與恢復(fù)、 計(jì)算機(jī)硬件組裝等；還有一些實(shí)驗(yàn)有一定的危險(xiǎn)性或?qū)θ梭w健康有危害性，是不 能讓學(xué)生做的，如飛機(jī)駕駛實(shí)驗(yàn)、外科手術(shù)實(shí)驗(yàn)、有爆炸反應(yīng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)、涉及 到放射性物質(zhì)或有毒物質(zhì)的部分實(shí)驗(yàn)等。因此這些項(xiàng)目沒(méi)有對(duì)學(xué)生作實(shí)踐的要 求，教師一般采取圖片、電視錄像、課堂演示或以講代練的方式來(lái)取代實(shí)驗(yàn)進(jìn)行 教學(xué)。學(xué)生無(wú)法直接參與，很難獲得感性認(rèn)識(shí)，使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量無(wú)法跟上科學(xué) 技術(shù)高速發(fā)展的腳步。不僅不利于學(xué)生對(duì)于理論知識(shí)的理解，也影響了學(xué)生獲取 2

30、 第一章引論 上海師范人學(xué)碩士學(xué)位論文 新知識(shí)的能力培養(yǎng)，阻礙了知識(shí)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。 此外，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)時(shí)間和空間上對(duì)學(xué)生和教師也限制過(guò)死，這直接導(dǎo) 致了實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的單一。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課之前，僅僅只能靠復(fù)習(xí)書(shū)本上的理論知 識(shí)來(lái)抽象的理解，而不能滿足自己動(dòng)手先做一做的需求。由于實(shí)驗(yàn)課中教師的精 力有限，也不能及時(shí)的對(duì)于所有學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，學(xué)生也只能根據(jù)老師的講解 和演示進(jìn)行簡(jiǎn)單模

31、仿，匆忙的依照實(shí)驗(yàn)講義機(jī)械操作。在實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題要么 被忽略，要么由教師代為解決，最后總是趕在下課之前上交應(yīng)有的實(shí)驗(yàn)報(bào)告結(jié)果， 從而忽視了學(xué)生的認(rèn)知主體作用，缺乏互動(dòng)，難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和學(xué)習(xí)主 動(dòng)性。學(xué)生在課后如果想復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，或者對(duì)于課本上的某個(gè)原理有疑問(wèn)，想 自己動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，卻不能隨時(shí)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)老師與學(xué)生，學(xué)生與學(xué) 生之間也缺乏一個(gè)隨時(shí)隨地的有效交流平臺(tái)。這些都限制了學(xué)生動(dòng)手能力的訓(xùn)練 和獨(dú)立思考以及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。我們需要打破這種時(shí)空限制，讓實(shí)驗(yàn)課堂無(wú)限 延伸。 本課題從教學(xué)應(yīng)

32、用的角度出發(fā)，將虛擬實(shí)驗(yàn)科學(xué)合理的運(yùn)用于課堂教學(xué)和 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，有效利用現(xiàn)有的技術(shù)資源來(lái)建立實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容豐富，實(shí)驗(yàn)教學(xué) 模式多樣化的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，以期增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，提高學(xué)生分析 解決實(shí)際問(wèn)題的能力。 1．1．2現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育的需要 現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育無(wú)疑是信息技術(shù)改革傳統(tǒng)教育的一個(gè)重大突破?，F(xiàn)代遠(yuǎn)程教育 的教學(xué)方式將克服傳統(tǒng)教育在時(shí)間、空間、受教育年齡等方面的限制，滿足社會(huì) 性和組織性的學(xué)習(xí)需求，遠(yuǎn)程教學(xué)作為傳統(tǒng)課堂教學(xué)的拓展形式取得了飛速發(fā) 展。 對(duì)于很多工程類和應(yīng)用類課程教學(xué)來(lái)說(shuō)，實(shí)驗(yàn)是一

33、個(gè)重要的教學(xué)環(huán)節(jié)。但是 如今的很多參與遠(yuǎn)程教育的學(xué)員，他們要么不做實(shí)驗(yàn)，要么在一個(gè)規(guī)定的時(shí)間到 一個(gè)指定的地點(diǎn)一次性的做完所有實(shí)驗(yàn)。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)根本不能適應(yīng)遠(yuǎn)程教育中的實(shí) 驗(yàn)教學(xué)需要，無(wú)法保證技能培養(yǎng)質(zhì)量，遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在著巨大的發(fā)展障礙。虛 擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展不僅為實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革提供了技術(shù)支持，還為遠(yuǎn)程教育的實(shí)驗(yàn)教 學(xué)提供了良好的方法。因此，將虛擬實(shí)驗(yàn)運(yùn)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，并用它來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí) 3 第一

34、章引論 上海師范人學(xué)碩．1j學(xué)位論文 驗(yàn)，大大緩解了實(shí)驗(yàn)教學(xué)與遠(yuǎn)程理論教學(xué)的模式匹配矛盾。 1．1．3研究可行分析 虛擬實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于教學(xué)的體系是否可行，不僅要從技術(shù)條件上進(jìn)行分析，更要 從教學(xué)模式的支撐環(huán)境、師生的知識(shí)技能預(yù)備以及客觀條件來(lái)考慮。多媒體計(jì)算 機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與虛擬儀器技術(shù)是實(shí)現(xiàn)虛擬實(shí)驗(yàn)的基本技術(shù)條件準(zhǔn)備。不僅如 此，種類繁多、功能各異的仿真軟件由于對(duì)使用者技術(shù)要求低，為普通教師和學(xué) 習(xí)者簡(jiǎn)單方便的開(kāi)展虛擬實(shí)驗(yàn)提供了可能。

35、 現(xiàn)如今，信息技術(shù)教育在基礎(chǔ)教育中的普及以及網(wǎng)絡(luò)在生活中的普及又使學(xué) 習(xí)者幾乎都具備了隨時(shí)隨地進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)所需的基本技能。而信息化教學(xué)的 普及、網(wǎng)絡(luò)課程的大力發(fā)展不僅使人們從意識(shí)上對(duì)計(jì)算機(jī)作為輔助教學(xué)工具和交 流平臺(tái)有了深刻的認(rèn)識(shí)，還可以將現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)課程學(xué)習(xí)平臺(tái)與虛擬實(shí)驗(yàn)很好的相 結(jié)合，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式更加多樣化。 1．2研究思路 1．2．1研究?jī)?nèi)容 1 虛擬實(shí)驗(yàn)概述 從多個(gè)角度給出了虛擬實(shí)驗(yàn)的定義，分析了虛擬實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)以及分類，回顧 了虛擬實(shí)驗(yàn)發(fā)展的歷史階段。 2 虛擬實(shí)驗(yàn)的相關(guān)技術(shù)

36、背景。 比較分析幾種主流的虛擬實(shí)驗(yàn)的技術(shù)，如VRML，Java等，介紹仿真軟件的 由來(lái)。 3 虛擬實(shí)驗(yàn)研究現(xiàn)狀與存在的問(wèn)題。 介紹國(guó)內(nèi)外一些典型的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，以近十年的文獻(xiàn)為研究樣本，分析了 虛擬實(shí)驗(yàn)在我國(guó)的研究現(xiàn)狀和目前存在的問(wèn)題。 4 《網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程分析 從教學(xué)大綱，教材，教學(xué)目標(biāo)，學(xué)習(xí)者，教學(xué)環(huán)境方面來(lái)分析《網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》， 分析教學(xué)的現(xiàn)狀問(wèn)題，提出解決的策略。 4

37、 第一章引論 上海師范人學(xué)碩士學(xué)位論文 5 虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)理念和原則。 在深入調(diào)研和情景訪談的基礎(chǔ)上，針對(duì)課程的教學(xué)現(xiàn)狀，提出虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 遵循的理念和原則。 6 《網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 《網(wǎng)絡(luò)課程》虛擬實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式以及效果評(píng)價(jià)的設(shè)計(jì)。 7 虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)用實(shí)踐。 選取典型的實(shí)驗(yàn)案例在仿真軟件中進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，并對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)在實(shí)踐教 學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行結(jié)果分析。 1．2．2研究對(duì)象 本文將虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與教學(xué)應(yīng)用對(duì)

38、象定為教育技術(shù)學(xué)專業(yè)本科《網(wǎng)絡(luò)基 礎(chǔ)》必修課。隨著網(wǎng)絡(luò)信息化普及，人們的工作、學(xué)習(xí)及生活等方方面面都與網(wǎng) 絡(luò)密不可分，與網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)幾乎是每個(gè)人都應(yīng)該掌握的。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基 礎(chǔ)課程不僅僅是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的基礎(chǔ)主干課程之一，也成為很多非計(jì)算 機(jī)專業(yè)尤其是偏理工類專業(yè)學(xué)生必須掌握的知識(shí)和技能。 本課程的教學(xué)目的是使學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、TCP／IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、 局域網(wǎng)以及廣域網(wǎng)等的基本原理和各種實(shí)用技術(shù)，熟悉網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) 以及網(wǎng)絡(luò)基本操作，能對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行合理的配置和利用，初步具備網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和

39、建設(shè)能力。教學(xué)應(yīng)突出計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)理論和實(shí)用技術(shù)，并介紹網(wǎng)絡(luò)的最新技術(shù) 和發(fā)展的趨勢(shì)2。 《網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程中概念、專有名詞、原理等理論性知識(shí)較多，而且大多依 靠老師的講述很難理解。學(xué)生必須通過(guò)一定數(shù)量網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐訓(xùn)練，才能有效地鞏固 和加深對(duì)課程基本內(nèi)容的理解，是一門(mén)實(shí)踐性較強(qiáng)的課程。但是，眾所周之網(wǎng)絡(luò) 實(shí)驗(yàn)設(shè)備的配置是非常昂貴的，加之網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)的發(fā)展也較快，淘汰周期短，所 以現(xiàn)在很多高校為了教學(xué)需要會(huì)為計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生配備專用的網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)室，即 便如此，這些實(shí)驗(yàn)室也不能充分滿足需求。作為非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生，大多沒(méi)有 或者很

40、少有進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配置的實(shí)踐機(jī)會(huì)。 由以上關(guān)于網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)地位和作用的分析可以看出，網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程在 2 http：／／dmc．shnu．edu．cn／mathscsite／doc／jyjs b ．doc 5 上海師范人學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章引論 大學(xué)生的實(shí)驗(yàn)課程中具有一定的代表

41、性，在專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)中占有基礎(chǔ)性的重要地 位，所以此門(mén)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的好壞具有相當(dāng)大的影響力。基于以上考慮， 本課題以《網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》實(shí)驗(yàn)課程為例，來(lái)探析虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)以及其在教學(xué)中的 應(yīng)用。 1．2．3研究方法 在本課題中依據(jù)不同的研究需要，適時(shí)地運(yùn)用了以下研究方法： 1 文獻(xiàn)分析法：從“中國(guó)知識(shí)資源總庫(kù)”中檢索與虛擬實(shí)驗(yàn)有關(guān)的近十年文 獻(xiàn)，從文獻(xiàn)的發(fā)表時(shí)間和數(shù)據(jù)庫(kù)分布、研究?jī)?nèi)容、所涉及的學(xué)科來(lái)進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn) 研究現(xiàn)狀分析。 2 訪談法：請(qǐng)學(xué)習(xí)《網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》這門(mén)課程的學(xué)生敘述自己對(duì)此門(mén)課程的理解， 學(xué)習(xí)

42、中遇見(jiàn)過(guò)的主要困難，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和教學(xué)模式的改進(jìn)建議等，確定能夠有效 提高學(xué)生動(dòng)手能力的虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)原則。數(shù)據(jù)收集的方式包括網(wǎng)絡(luò)回帖和面對(duì) 面訪談兩種。 3 課堂觀察法：在具體實(shí)施虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，本文作者作為課堂授課者和觀 察者，主要關(guān)注學(xué)生對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)的態(tài)度，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題以及如何解決 這些問(wèn)題等，與問(wèn)卷調(diào)查的結(jié)果作為分析的共同依據(jù)。 4 問(wèn)卷調(diào)查法：依據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)的研究結(jié)果，以及與樣本中隨機(jī)抽取的學(xué)生進(jìn) 行交流，編制“虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)用效果問(wèn)卷”。選擇上海師范大學(xué)08級(jí)教育技術(shù) 學(xué)本科78位學(xué)生作為研究樣本，探析虛擬

43、實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的實(shí)際應(yīng)用效果。 1．2．4理論出發(fā)點(diǎn) 1 混合式學(xué)習(xí)理論 本文的理論出發(fā)點(diǎn)之一是混合式學(xué)習(xí)理論。近年來(lái)，“混合式學(xué)習(xí)"在學(xué)校 教育和企業(yè)培訓(xùn)領(lǐng)域一直是熱點(diǎn)話題，其實(shí)混合式學(xué)習(xí)理論在多年前就被提出 了，它討論的是將新興的媒體、工具與傳統(tǒng)的教學(xué)方式進(jìn)行有效的結(jié)合，以達(dá)到 教學(xué)效果的最優(yōu)化。近年隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，各種先進(jìn)的技術(shù)手段被應(yīng)用 到教學(xué)中來(lái)，對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)方式產(chǎn)生了很大的沖擊，多媒體、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的熱潮愈 6

44、 第一章引論 上海師范人學(xué)碩十學(xué)位論文 演愈烈，由此引發(fā)的教學(xué)改革不容忽視。十年來(lái)的信息技術(shù)在教學(xué)應(yīng)用中的經(jīng)驗(yàn) 和教訓(xùn)，讓人們開(kāi)始重新審視先進(jìn)技術(shù)的教學(xué)應(yīng)用，開(kāi)始認(rèn)識(shí)到傳統(tǒng)的教學(xué)方式 其實(shí)并不是一無(wú)是處，我們并不能完全摒棄。在教學(xué)中應(yīng)用任何先進(jìn)的技術(shù)手段， 要科學(xué)客觀的分析其技術(shù)特點(diǎn)，將它與傳統(tǒng)教學(xué)方式有效“混合”，發(fā)揮其各自 的優(yōu)勢(shì)來(lái)取得最佳教學(xué)效果。至此，混合式學(xué)習(xí)理論再次被提出來(lái)，并有了重新 的認(rèn)識(shí)。 除了關(guān)于混合式學(xué)習(xí)的教學(xué)模式的探討，混合式學(xué)習(xí)的概念

45、本身也是眾說(shuō)紛 紜。有的研究者認(rèn)為混合學(xué)習(xí)是面授學(xué)習(xí)與在線學(xué)習(xí)的結(jié)合：有的研究者認(rèn)為混 合學(xué)習(xí)是多種教學(xué)媒體的混合；有的研究者認(rèn)為混合學(xué)習(xí)是認(rèn)知主義、建構(gòu)主義 等多種學(xué)習(xí)理論的混合。美國(guó)印第安納大學(xué)的柯蒂斯??邦克教授在他編著的《混 合學(xué)習(xí)手冊(cè)》中對(duì)于混合式學(xué)習(xí)給出了一個(gè)簡(jiǎn)潔、恰當(dāng)?shù)慕缍ǎJ(rèn)為混合式學(xué) 習(xí)就是面對(duì)面教學(xué)和計(jì)算機(jī)輔助在線學(xué)習(xí)的結(jié)合3。不過(guò)“混合學(xué)習(xí)’’的內(nèi)涵相 對(duì)寬泛，人們?cè)诳梢造`活使用的同時(shí)，勢(shì)必也會(huì)產(chǎn)生對(duì)概念的困惑。本文探討的 混合式學(xué)習(xí)是非常多樣化的，在討論虛擬實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的應(yīng)用時(shí)，本課題充分挖 掘虛

46、擬實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，根據(jù)學(xué)習(xí)對(duì)象、學(xué)習(xí)需求和學(xué)習(xí)情境來(lái)進(jìn)行多樣混合。其中 不僅包含面對(duì)面的講授教學(xué)和在線自主學(xué)習(xí)的混合，也有“以教為主"和“以學(xué) 為主”的教學(xué)模式的混合，還有理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐操作的混合等，期望以此不僅能 夠促進(jìn)學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)和技能的掌握，更重要的是對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和合作 精神的改善。 2 建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論 建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論是行為主義發(fā)展到認(rèn)知主義以后的進(jìn)一步發(fā)展，它主張： 世界是客觀存在的，但是對(duì)于世界的認(rèn)識(shí)和理解不是靠教師來(lái)傳授的，是每個(gè)人 在一定的情景下借助他人或利用一些輔助工具和資源，以自己原有的經(jīng)

47、驗(yàn)為基礎(chǔ) 來(lái)建構(gòu)的。學(xué)生的知識(shí)建構(gòu)來(lái)自個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，是一個(gè)積極主動(dòng)動(dòng)態(tài)適應(yīng)的過(guò)程，試 圖將新知識(shí)與自己原有的更廣泛的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)聯(lián)系起來(lái)，并進(jìn)行分析批判形成屬于 自己的知識(shí)。建構(gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境包括四大要素：情景、協(xié)作、會(huì)話和意義建構(gòu)。 它強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)的情景性、社會(huì)性和主動(dòng)性4。 虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)用最重要的理論支持之一就是建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論。虛擬環(huán)境 3詹澤慧，李曉華．混合學(xué)習(xí)：定義、策略、現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J]．現(xiàn)代教育技術(shù)．2009， 12 ． ‘李欣．虛擬現(xiàn)實(shí)及其教育應(yīng)用[M]．北京：科學(xué)出版社，2008．

48、 7 第一章引論 I：海師范大學(xué)碩七學(xué)位論文 下的教學(xué)充分體現(xiàn)了建構(gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境的四大屬性。學(xué)習(xí)情景的創(chuàng)設(shè)是意義建構(gòu) 的重要前提，虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境為學(xué)習(xí)者創(chuàng)設(shè)了做實(shí)驗(yàn)的“真實(shí)情景”，把學(xué)習(xí)置于 社會(huì)和物理的情境中，學(xué)習(xí)者可以在情景中體驗(yàn)和了解世界，并能夠具體應(yīng)用所 學(xué)到的知識(shí)。虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境還為學(xué)習(xí)者提供了豐富的學(xué)習(xí)材料和知識(shí)背景，幫助

49、 學(xué)習(xí)者在意義建構(gòu)的過(guò)程中形成自己的觀點(diǎn)，完成對(duì)知識(shí)的理解和應(yīng)用。基于網(wǎng) 絡(luò)環(huán)境的虛擬實(shí)驗(yàn)室為協(xié)作學(xué)習(xí)和會(huì)話商討提供了很好的平臺(tái)，學(xué)習(xí)者可以借助 此平臺(tái)積極主動(dòng)的進(jìn)行探索和學(xué)習(xí)，建構(gòu)自己的知識(shí)。因此，虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境是一 個(gè)有效的建構(gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境。 1-2．5實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)路線 1 以教學(xué)應(yīng)用為目標(biāo) 本課題關(guān)于虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)以相關(guān)教學(xué)理論為指導(dǎo)，從教學(xué)現(xiàn)狀出發(fā)，保證 了教師能方便地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的開(kāi)發(fā)和維護(hù)。運(yùn)用于教學(xué)的實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單，學(xué)生不必 將時(shí)間浪費(fèi)在熟悉儀器的過(guò)程中。而且這種方式構(gòu)建的虛擬實(shí)驗(yàn)不僅價(jià)格低廉， 還大大節(jié)省資源

50、。 2 以仿真軟件為核心技術(shù) 各種網(wǎng)絡(luò)仿真軟件經(jīng)過(guò)實(shí)踐日漸成熟，適用程度非常高，而且有些是開(kāi)放式 的，用戶可以根據(jù)自己的需要進(jìn)行二次實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)。而且不少仿真軟件簡(jiǎn)便易學(xué)， 提供的功能不僅都能滿足基礎(chǔ)教學(xué)的需求，還成為學(xué)生深入學(xué)習(xí)操作技能和參加 一些技能認(rèn)證考試的工具。 3 以計(jì)算機(jī)為運(yùn)行平臺(tái) 人們的工作、學(xué)習(xí)和生活幾乎都離不開(kāi)計(jì)算機(jī)，并且隨著技術(shù)水平的不斷發(fā) 展，計(jì)算機(jī)的價(jià)格也越來(lái)越低廉，以計(jì)算機(jī)作為虛擬實(shí)驗(yàn)運(yùn)行平臺(tái)，使隨時(shí)隨地 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)成為可能。 4 以Moodle平臺(tái)作為課程資源站點(diǎn)

51、 以Moodle網(wǎng)絡(luò)課程作為虛擬實(shí)驗(yàn)的管理輔助平臺(tái)，是為了彌補(bǔ)仿真軟件不 利于實(shí)驗(yàn)中的交流以及反饋評(píng)價(jià)的缺陷。網(wǎng)絡(luò)課程提供了各種如課程資源、實(shí)驗(yàn) 安排、作業(yè)發(fā)布、報(bào)告上傳、交流論壇、在線測(cè)試等虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)服務(wù)的支持， 也是學(xué)生進(jìn)行在線自主學(xué)習(xí)的平臺(tái)。 第一章引論 上海師范人學(xué)碩士學(xué)俯論文 5 虛擬實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合 虛擬實(shí)驗(yàn)解決了很多教學(xué)的問(wèn)題，但始終是存在各種缺陷的，

52、比如在真實(shí)的 實(shí)驗(yàn)操作中可能出現(xiàn)的各種問(wèn)題就不會(huì)在仿真中出現(xiàn)了，進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)的學(xué)生在 接觸到真正的設(shè)備時(shí)，需要一個(gè)認(rèn)知遷移的過(guò)程。所以在條件允許的情況下，可 以將兩者結(jié)合，互相補(bǔ)充，真正為培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力服務(wù)。 1．3本文結(jié)構(gòu) 本論文共分為六章，各章主要內(nèi)容如下： 第一章主要論述本課題的研究背景和研究思路，以及論文的總體結(jié)構(gòu)。這一 章所陳述的內(nèi)容是課題研究和論文撰寫(xiě)的前提。 第二章概述虛擬實(shí)驗(yàn)，探討虛擬實(shí)驗(yàn)的定義、特點(diǎn)以及分類，回顧了虛擬實(shí) 驗(yàn)發(fā)展的歷史階段以及虛擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)方式。

53、 第三章介紹國(guó)內(nèi)外一些典型的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，以近十年的文獻(xiàn)為研究樣本， 分析了虛擬實(shí)驗(yàn)在我國(guó)的研究現(xiàn)狀和目前存在的問(wèn)題。 第四章從教學(xué)大綱，教材，教學(xué)目標(biāo)，學(xué)習(xí)者，教學(xué)環(huán)境方面來(lái)分析《網(wǎng)絡(luò) 基礎(chǔ)》課程，以及教學(xué)的現(xiàn)狀問(wèn)題，提出解決的策略。給出了虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)遵循 的理念和原則。并提出《網(wǎng)絡(luò)課程》虛擬實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式以及效果評(píng) 價(jià)的設(shè)計(jì)。 第五章選取典型的實(shí)驗(yàn)案例在實(shí)踐教學(xué)中的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用進(jìn)行分析。并 在實(shí)踐課堂中應(yīng)用虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，進(jìn)行課堂觀察和虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)用效果問(wèn)卷調(diào) 查，分析調(diào)查結(jié)果。

54、 第六章對(duì)論文進(jìn)行總結(jié)和展望。本文為虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)以及其在課程實(shí)驗(yàn)方 面的應(yīng)用做了一些有益的研究與嘗試。關(guān)于虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)用研究要從理論和技 術(shù)兩個(gè)方面進(jìn)行。 9 第二章虛擬實(shí)驗(yàn)概述 j：海師范大學(xué)碩土．學(xué)位論文 第二章虛擬實(shí)驗(yàn)概述 本章概述虛擬實(shí)驗(yàn)，給出了虛擬

55、實(shí)驗(yàn)以及與其相關(guān)的概念，闡述了虛擬實(shí)驗(yàn) 的主要特點(diǎn)及其歷史發(fā)展，分析了虛擬實(shí)驗(yàn)的有關(guān)技術(shù)背景。 2．1虛擬實(shí)驗(yàn)的概念和特點(diǎn) 2．1．1虛擬現(xiàn)實(shí)與虛擬實(shí)驗(yàn) 虛擬現(xiàn)實(shí) VirtualReality，簡(jiǎn)稱VR 是近年來(lái)十分活躍的技術(shù)研究領(lǐng)域。 它是二十世紀(jì)末才興起的一門(mén)嶄新的綜合性信息技術(shù)，它融合了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、 多媒體技術(shù)、人工智能、人機(jī)接口技術(shù)、傳感器技術(shù)等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí) 作為熱門(mén)話題，不斷被穿插在社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域中，甚至延伸至哲學(xué)領(lǐng)域，認(rèn)為虛 擬現(xiàn)實(shí)是人類的第三種認(rèn)識(shí)方式5。 關(guān)于虛擬現(xiàn)實(shí)的定義有多

56、種，在綜合廣義和狹義定義的基礎(chǔ)上，這里給出一 個(gè)比較貼切的定義：虛擬現(xiàn)實(shí)是利用計(jì)算機(jī)生成一種三維模擬環(huán)境，通過(guò)多種傳 感設(shè)備使用戶“投入”到該環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)用戶與該環(huán)境直接進(jìn)行自然交互的技 術(shù)6。用戶通過(guò)接受和響應(yīng)環(huán)境的各種感官刺激，與其中虛擬的人和對(duì)象進(jìn)行思 想交流和行為交互，產(chǎn)生身臨其境的感覺(jué)。它的本質(zhì)是對(duì)人所處的自然真實(shí)環(huán)境 的空間特性和時(shí)間特性的一種擴(kuò)展。從概念上講，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有三個(gè)突出特 使參與者能沉浸于虛擬世界，并與之交互，它強(qiáng)調(diào)人在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的主導(dǎo)作 用。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域和交叉領(lǐng)域非常廣泛，目前在軍事與航空、建筑

57、、 娛樂(lè)、醫(yī)學(xué)、機(jī)器人等方面應(yīng)用占據(jù)主流，其次是教育培訓(xùn)和藝術(shù)商業(yè)方面。其 中在教育培訓(xùn)領(lǐng)域的應(yīng)用主要有虛擬校園、虛擬演示教學(xué)和實(shí)驗(yàn)、遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)、 特殊教育、技能培訓(xùn)等。 虛擬實(shí)驗(yàn) 室 Virtual Wolf教授最早提出，Wolf Laboratory，CL ，這個(gè)概念于1989年由美國(guó)William 5彭列漢．虛擬現(xiàn)實(shí)：認(rèn)識(shí)的第三種形式[J]．理論月刊．2003， 2 ． ‘曾建超，俞志和．虛擬現(xiàn)實(shí)的技術(shù)及其應(yīng)用[M]．北

58、京：清華大學(xué)出版社，2004． 10 第二章虛擬實(shí)驗(yàn)概述 上海師范大學(xué)碩十學(xué)位論文 教授形象的把虛擬實(shí)驗(yàn)室稱為“沒(méi)有圍墻的研究中心"。虛擬實(shí)驗(yàn)是指借助于圖 形圖像、仿真和虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)在計(jì)算機(jī)上所營(yíng)造的，可輔助、部分替代甚至全 部替代傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)各操作環(huán)節(jié)的相關(guān)軟硬件操作環(huán)境7。虛擬實(shí)驗(yàn)是相對(duì)真實(shí)實(shí)驗(yàn) 而言的，它沒(méi)有以實(shí)物形態(tài)存在的實(shí)驗(yàn)設(shè)備與實(shí)驗(yàn)對(duì)象，實(shí)驗(yàn)過(guò)程主要是利用鼠 標(biāo)的點(diǎn)擊、拖動(dòng)，來(lái)添加原材料，設(shè)置實(shí)驗(yàn)條

59、件，采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析處理實(shí)驗(yàn) 結(jié)果，從而完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)。 與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法相比，虛擬實(shí)驗(yàn)可以不斷的重復(fù)，這一點(diǎn)是真實(shí)實(shí)驗(yàn)所不能 比擬的。這種全新的實(shí)驗(yàn)方法不僅可以緩解教學(xué)資源的緊張問(wèn)題，還可以供學(xué)生 們?cè)谧鰧?shí)驗(yàn)前，先預(yù)覽實(shí)驗(yàn)過(guò)程，熟悉實(shí)驗(yàn)原理，鞏固理論知識(shí)的掌握，提高實(shí) 驗(yàn)效率，減少實(shí)驗(yàn)失敗帶來(lái)的損失。更重要的是，學(xué)生們還可以隨時(shí)驗(yàn)證和探索 學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到的疑難問(wèn)題，有助于自主學(xué)習(xí)的開(kāi)展。 2．1．2虛擬實(shí)驗(yàn)與網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn) 網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)是在虛擬實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的概念，它用來(lái)描述一個(gè)計(jì)算

60、機(jī)網(wǎng)絡(luò)化的虛擬實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，它是指在WEB中創(chuàng)建一個(gè)可視化的三維環(huán)境，其中 每一個(gè)可視化的三維物體代表一種實(shí)驗(yàn)對(duì)象，用戶通過(guò)Internet訪問(wèn)特定的網(wǎng) 站，然后通過(guò)鼠標(biāo)的點(diǎn)擊、拖曳以及鍵盤(pán)的操作進(jìn)行虛擬的實(shí)驗(yàn)8。 在此虛擬環(huán) 境中，用戶可以按一定步驟完成實(shí)驗(yàn)及相關(guān)參數(shù)選擇和設(shè)定，最終獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果， 同時(shí)可利用網(wǎng)絡(luò)與教師和同學(xué)進(jìn)行交流，真正實(shí)現(xiàn)了學(xué)生的主體性地位。虛擬實(shí) 驗(yàn)環(huán)境可以針對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)、物理實(shí)驗(yàn)、化學(xué)實(shí)驗(yàn)、生物醫(yī)學(xué)等各個(gè)不 同的科目分別設(shè)計(jì)具體的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與虛擬儀器技 術(shù)的結(jié)合是網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)

61、驗(yàn)得以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。 2．1．3虛擬實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn) 虛擬實(shí)驗(yàn)是信息化時(shí)代的產(chǎn)物，它提供了一個(gè)虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。對(duì)于一些缺 乏實(shí)驗(yàn)條件的學(xué)生，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)同樣能夠觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，甚至和異地的學(xué)生合作進(jìn) 行實(shí)驗(yàn)，大大提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。與傳統(tǒng)真實(shí)實(shí)驗(yàn)相比虛擬試驗(yàn)具有以下特點(diǎn)： 91n 7謦矍．網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)的研究與教學(xué)[J]．開(kāi)放教育研究．2004， 4 ． 8張暉．網(wǎng)一卜虛擬實(shí)驗(yàn)若十關(guān)鍵技術(shù)研究[D]．浙江大學(xué)，2002． 9宋蔚．基于虛擬現(xiàn)實(shí)的虛擬實(shí)驗(yàn)研究[D]．重慶大學(xué)，2005． ”楊磊．虛擬實(shí)驗(yàn)及其教學(xué)管理平臺(tái)的設(shè)計(jì)與研究[D

62、]．陜西師范大學(xué)，2006． 第二章虛擬實(shí)驗(yàn)概述 ：海師范大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 成本低廉。虛擬實(shí)驗(yàn)基于虛擬原型技術(shù)，利用虛擬現(xiàn)實(shí)在可視化方面的強(qiáng) 大優(yōu)勢(shì)以及可交互性，探索虛擬物體的功能。不僅大大降低了實(shí)驗(yàn)的材料成本費(fèi) 用，模擬一些需要高額投資的實(shí)驗(yàn)，還可以節(jié)省場(chǎng)地和人力成本，減小了實(shí)驗(yàn)損 耗，能夠反復(fù)使用。不僅如此，虛擬實(shí)驗(yàn)可以做到資源共享，用戶可以共享信息、 軟件、儀器及設(shè)備等相關(guān)資源，避免重復(fù)投資。 2 省時(shí)高效。虛擬實(shí)驗(yàn)使教師從大

63、量繁瑣的基于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備、維護(hù)工作 中解放出來(lái)。它將實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)結(jié)果重點(diǎn)突出，使用者可以避免受傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)不 可預(yù)知情況以及無(wú)關(guān)細(xì)節(jié)的影響，集中精力研究實(shí)驗(yàn)對(duì)象本身的特性和規(guī)律。虛 擬實(shí)驗(yàn)還能實(shí)現(xiàn)將緩慢過(guò)程快速化或者快速過(guò)程慢速回放，大大提高了學(xué)習(xí)和研 究效率。 3 功能齊全。虛擬實(shí)驗(yàn)可以模擬那些原本無(wú)法在傳統(tǒng)真實(shí)實(shí)驗(yàn)中直接觀察的 實(shí)驗(yàn)，還可以實(shí)現(xiàn)一些難度大、實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)。而且，虛擬實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)庫(kù)里 儀器設(shè)備規(guī)格品種齊全，可以仿真世界一流的先進(jìn)設(shè)備。 4 交互靈活。虛擬實(shí)驗(yàn)通過(guò)人機(jī)交互，對(duì)用戶的實(shí)驗(yàn)過(guò)程做出及時(shí)反饋。在

64、 用戶遇見(jiàn)困難時(shí)，系統(tǒng)會(huì)提供幫助，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，指出錯(cuò)誤所在，提 示如何更正等。實(shí)現(xiàn)了教與學(xué)的雙向交流，提高使用者學(xué)習(xí)的興趣和效率。 5 用戶自主。虛擬實(shí)驗(yàn)打破了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的模式，用戶不僅可以隨時(shí)隨地進(jìn)行 虛擬實(shí)驗(yàn)，解決一些較難預(yù)習(xí)的實(shí)驗(yàn)問(wèn)題，還可以定制自己使用虛擬儀器的方式， 自我探索和設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)，有利于培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。 6 互助協(xié)作。網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室具有良好的在線幫助和學(xué)習(xí)功能，用戶之間不 僅可以交流相關(guān)信息，在協(xié)同虛擬技術(shù)環(huán)境下，還可實(shí)現(xiàn)協(xié)同研究、合作實(shí)驗(yàn)、 遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)等。 7 可擴(kuò)

65、展性。當(dāng)今知識(shí)更新、技術(shù)進(jìn)步日新月異，虛擬實(shí)驗(yàn)可以做到隨時(shí)升 級(jí)，增加新品種和更新?lián)Q代輕而易舉，讓每個(gè)用戶都能使用性能優(yōu)秀的～流儀器 設(shè)備。 12 上海師范人學(xué)碩十學(xué)位論文 第二二章虛擬實(shí)驗(yàn)概述 2．2虛擬實(shí)驗(yàn)的歷史發(fā)展和分類 2．2．1虛擬實(shí)驗(yàn)的歷史發(fā)展階段 1 模擬實(shí)驗(yàn) 模擬實(shí)驗(yàn) SimulationExperiment 是選取一個(gè)物理的或抽象的系統(tǒng)的某些 行為特征，用另一個(gè)系統(tǒng)來(lái)表示它們的過(guò)程。這個(gè)系統(tǒng)稱作模擬系統(tǒng)，

66、模擬實(shí)驗(yàn) 是根據(jù)物理模型與實(shí)際系統(tǒng)間的相似性，來(lái)研究實(shí)際系統(tǒng)某些行為特征的實(shí)驗(yàn)方 法¨。模擬實(shí)驗(yàn)階段的特征是模擬化，即根據(jù)原有系統(tǒng)的某些特征來(lái)模擬重構(gòu)新 的系統(tǒng)進(jìn)行研究。如萊特兄弟的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：飛機(jī)的空氣動(dòng)力很大程度上決定 一架飛機(jī)的飛行性能，而空氣動(dòng)力主要決定于飛機(jī)的外形， 在設(shè)計(jì)和研制飛機(jī) 時(shí)，首先是設(shè)計(jì)其外形。確定飛機(jī)空氣動(dòng)力的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)主要是風(fēng)洞，風(fēng)洞簡(jiǎn)單來(lái) 說(shuō)就是用來(lái)測(cè)試一個(gè)物體的風(fēng)阻，空氣力學(xué)等系數(shù)。風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的基本原理是相對(duì) 性和相似性原理，根據(jù)相似性原理，可以將飛機(jī)做成幾何相似的小尺度模型，其 實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以推算出實(shí)際飛行時(shí)作用于飛機(jī)的空氣動(dòng)力。 2 仿真實(shí)驗(yàn) 仿真實(shí)驗(yàn) EmulationExperiment 是用另一數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，主要是用硬件 來(lái)全部或部分地模仿某一數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，以至于模仿的系統(tǒng)能像被模仿的系統(tǒng)一 樣接收同樣的數(shù)據(jù)，執(zhí)行同樣的程序，獲得同樣的結(jié)果12。仿真實(shí)驗(yàn)階段的特征 是數(shù)字化。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，人們借助計(jì)算機(jī)分析