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VR 技术在地理教学中的应用
2012年4月28日    评论:    分享:

    来源:第三维度
    作者:王小红,周申立,胡丽慧
    单位:西华师范大学国土资源学院

    【摘要】地理学的研究对象具有时空多维性而且难以亲身经历, 其科学规律难以把握.。虚拟现实VR 技术能够借助计算机构建出一个与现实环境十分逼真的虚拟环境,让学生亲身感受,, 增加地理课堂教学的真实感, 通过视觉、听觉和触觉等全方位认识地理环境, 学习新知识, 掌握新技能。可以预测VR 技术将在未来的地理教学中有着巨大的应用前景。

    1.VR 技术概述

    虚拟现实VR(Virtual Reality) 是在计算机图形学、计算机仿真技术、人机接口技术、多媒体技术以及传感技术的基础上发展起来的高新技术。能够借助计算机构建出一个与现实环境十分逼真的虚拟环境, 且支持用户使用自然技能来亲身感受,因而引起了人们及大的兴趣,曾经被称为“梦幻般的技术”和“人机接口的最后一道障碍”。虚拟现实技术具有很多引人入胜的特性,归结起来有以下三点: 交互性、临场性和多感知性。( 1) 交互性: 参与者通过输入设备向虚拟现实软件发出指令,虚拟现实软件接受指令并智能的给予解释, 然后更新虚拟世界,而不是像观看三维动画那样,只能被动地接受信息或仅仅作为一个旁观者。( 2) 临场性: 在参与者与虚拟世界进行交互时由于头盔显示器、数据衣及数据手套的作用,虚拟系统将参与者置于一种隔离的环境中, 并且在这种环境中参与者头、手、眼、语言及身体的运动都会使虚拟环境中的图象与声音实时地跟随变化, 拿起物体可使物体随着手的移动而运动,而且可以听到三维仿真的声音, 参与者在虚拟环境中,一切感觉都是极其的逼真,使其有一种身临其境的感觉。( 3) 多感知性: 由于虚拟现实系统中装有视、听、触、动觉的传感及反应装置, 因此,使用者在虚拟环境中可以获得视觉、听觉、触觉、动觉等多种感知,从而达到身临其境的感受。

    2.虚拟现实技术在地理教育中的运用

    2.1 有利于解决地理教学现实中的问题

    2.1.1 虚拟现实用于教学能够弥补教学条件的不足。在现实教学中,经常会遇到实验设备、实验场地、教学经费等的限制,致使一些必要的教学环节或实验活动无法开展。如在讲述地球表层时, 虚拟地理环境可以虚拟大气圈、岩石圈、水圈、生物圈各圈层并形象地展示各个圈层之间相互作用所构成的复杂系统。使学生得以摆脱课本说教的冷漠感, 寓教于乐。

    2.1.2 虚拟现实技术还可以模拟显现那些在现实中存在, 但在一般实验或教学环境下很难、甚至是无法显现的事物与现象, 例如地震和海啸, 滑坡和泥石流, 台风等自然灾害的影响, 针对这些地理环境问题,可以借助于虚拟的方法, 构建模型,对有关问题进行研究。这类内容早已有许多电影作品进行了展示, 而且在教学中收到了良好的效果,其不足是除实地考察外, 学生作为学习的主体却只能以旁观者的角色来被动参与, 而通过沉浸型虚拟现实, 学生们可以真正获得置身于现场的感觉, 甚至能融入到过程中去, 无论是针对课程教学还是科普教育来说, 这种方式的成效是不言自明的。

    2.1.3 虚拟现实技术有利于打破空间、时间对教学的限制, 虚拟现实技术可以将一些长时间或长期的变化过程压缩到可接受的时间里呈现给学生。像大陆漂移、天体运动等知识的教学或实验研究就能够得以形象直观、快速完整的进行。使学生可以形象直观的了解板块运动和宇宙中各主要天体运行的大概情况。

    2.1.4 虚拟现实技术可结合人文地理教学内容设计游戏, 让学生玩中学。地理学不仅研究自然环境还研究人文环境,是自然与人文相融合的综合环境。在人文地理教学中, 在讲述城市规划时, 可以用虚拟现实技术虚拟城市的街道, 街道树种, 建筑物及高层建筑, 根据城市的功能和城市美学原理, 同时还对街道树种的选择进行比较, 让学生进行城市的安排布局, 多方案的对比分析, 选择出一种合理的城市规划。

    用虚拟的环境代替真实的环境, 可以为学生创造更好的学习环境, 寓教于乐。

    再如: 旅游风景区的规划管理教学, 给出相应的资源条件( 如风景所在的区位条件、建设景区所需的各种工具等) 和相应的建设和经营期限。让学生根据给定的条件进行风景区的设计规划和建设, 建成后即投入运营。在运营过程中, 根据游客对景点需求的情况, 及时进行景点调整。最后, 学生通过有效的管理,来提高风景区的经济效益。通过游戏活动, 学习者可以应用、提高已经掌握的与旅游风景区设计、规划、管理等方面有关的知识和技能。

    2.2 有利于开拓和深化新型地理教学模式,提高教学绩效

    地理学作为一门研究地表空间结构以及人类与地理环境关系的科学, 研究对象具有时空多维性而难以亲历, 其科学规律难以把握.虚拟场景方式可创新展现了高山平原、河流湖泊、丘陵沙漠、城乡景观等任何区域的景观特征, 可以完全改变传统地理教学只靠文字和少量局部图片的教学模式, 使自然地理、人文地理教学的生动性和真实性大大提高, 还可以把地理学科中分支学科教学内容综合起来, 达到地理学科研究性学习的预期效果。通过虚拟现实技术构建三维地理环境背景作为基础图层, 把地理中各分支学科各个应用领域叠加到图层中, 整合地理学科中分支学科知识, 为地理教育提供良好的教学和学习环境, 提高教学绩效。

    2.3 科学性与经济性共存

    满足教育教学的理想与现实的统一长期以来,教育的发展总是处于一种资金短缺的窘境, 无法满足巨大的教学需求。特别是近几年高校扩招、社会学习化和人口的自然变化等因素, 都使教学设施等的投入处于被动状态。作为人类认知学习和相关能力发展的新工具, 虚拟现实技术具有科学、形象、简易、安全、经济、实效、适应性强等优点, 有力的支持教学走向规模化、最优化和人性化。最具现实意义的是, 基于网络的虚拟现实技术正成为主流。

    依托于各级各类宽带网络平台的公共建设和个人计算机的自然普及,网络虚拟现实重点在于软件建设, 其投入方式属于“软投入”。它能够及时、有效的缓解学习者的压力, 并满足他们对更多课程门类的需求,保证院校教学的顺利开展, 而且能够较好的适应教学需求的波动, 尽量避免社会资源的浪费。随着技术发展的成熟, 虚拟现实技术必将更加富有科学和实效性, 实现起来也将更加简易和经济, 教育界在教学理想与经济现实之间面临的矛盾与尴尬有望得到妥善解决。

    3.虚拟现实技术的教学应用形式

    虚拟现实技术是继电视、多媒体和网络技术之后, 在教育领域内最有应用前景的媒体技术之一。目前,虚拟现实技术在教育教学领域中主要有以下几种应用形式。

    3.1 虚拟现实技术用于地理课件制作

    地理的课程特点要求教学课件的设计、开发, 十分注重对教学情境和人机交互的设计。目前,课件制作主要借助动画、视频、声音等多种媒体的有机组合来增强情境气氛, 通过超级链接、文本输入、搜索和简单的判断、分支来实现交互。缺乏现实参与性、动态性和个性创造的乐趣。用虚拟现实技术支持课件的设计、开发,不仅能够实现立体空间、立体物体的“真三维”展示与介绍, 而且支持学习者的自由浏览和“浸入式”漫游,可以随意控制教学场景的展示和场景中元素的状态,进行个性化学习与体验。对于情景性或操作性要求很强的教学课件来说, 虚拟现实技术将是一项关键技术。目前由于条件的限制, 完全沉浸虚拟现实系统的硬件设施仍然昂贵价格, 这也制约了虚拟现实在教学中的普及。但桌面虚拟现实系统的应用已经为教学媒体的应用开辟了一条新的道路。随着虚拟现实系统的价格不断下降, 软件的适用性不断增强, 这种媒体必将作为新的教育技术广泛应用于教学。值得我们作深入的研究与思考。

    3.2 基于虚拟现实技术的网络协作学习

    基于虚拟现实技术的网络教学系统着重强调了在线学习的临场参与感, 尽可能支持学生的各种学习、练习、讨论、交流、游戏、考试等活动。一个完整的虚拟现实网络教学系统,往往还包括虚拟实验子系统和多媒体考试子系统。虚拟实验子系统基础课虚拟实验室基本一致,不再赘述。关于多媒体考试子系统, 它是基于Web、多媒体技术和虚拟现实技术的一种综合性评价手段, 强调运用虚拟现实技术来组建网上虚拟考试环境,以支持多种测评方式的实施。基于虚拟现实技术的多媒体考试系统将是未来网络考试的一个重要发展方向。

    3.3 虚拟地理实验室

    地理教学实验中适合模拟的方式来进行教学的内容是比较多的, 通过虚拟实验在实践教学中的应用, 可以使学生将抽象的学习变换成具体的学习、理性的学习变换成体验的学习、想象的学习变换为现实的学习、枯燥的学习变换成生动的学习等等,从而轻松有效地从中获取知识。

    4.结束语

    虚拟现技术将增加地理课堂教学的真实感, 学生通过视觉、听觉和触觉等全方位认识地环境, 学习新知识, 掌握新技能。随着计算机技术的发展、虚拟现实系统的价格不断下降以及软件的适用性不断增强, 虚拟现实正掀开其神秘的面纱而逐渐走进教学。尽管虚拟现实技术在地理课程教学中的应用才刚刚开始, 但是这项技术已经展示了其巨大应用前景, 随着在教学上的应用程度不断提高和加强, 必将促使教学条件、教学环境的改善以及教学理念的更新, 并再一次促进教学质量的显著提高。

    【参考文献】

    [1] 邱隆伟.虚拟现实技术在地学类课程教学中的应用[J] .中国地质教育.2006年第2 期.61- 66.

    [2] 江辉仙.林贤福.基于虚拟现实技术的高校地理实验教学改革.高师理科学刊[J] .第27 卷第4 期109- 112.

    [3] 秦其明.管理地球的工具—未来的地理教学.地理信息世界[J] .2005 年第12期.59- 60.

    [4] 苏小兵.现代教育技术在地理教学实验中的应用[J] .实验技术与管理.2001年第2 期.64- 68.

    [5] 徐纪涛.李鑫.虚拟现实技术的教学应用探析.武警学院学报[J] .2008 年第1期.51- 55.

    [6] 林珲.徐丙立.关于虚拟地理环境研究的几点思考[J] .地理与地理信息科学2007..年第2 期.1- 7.

    作者简介: 王小红( 1969—) , 女, 汉, 河南开封市人, 经济师, 研究方向地理课程教学论。

标签:地理教学
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