談Web3D技術在現代教學中的應用

談Web3D技術在現代教學中的應用

　　前 言
　　近年來，大量現代化的媒體形式在教學中予以應用，對教學方法、教學形式的作用和影響也日益顯著，現代教學媒體已成為傳播教育信息的重要工具。80年代初，計算機開始較廣泛應用于輔助教學，CAI概念也逐漸為人所熟識。今天，網絡技術、虛擬現實技術的出現和應用則將為今后的教學形式帶來前所未有的沖擊。
　　虛擬現實（Virtual Reality，簡稱VR）技術是一種逼真地模擬人在自然環境中的視覺、聽覺、運動等行為的高級人機交互技術，是當前現代教育技術中的前沿技術。將虛擬現實技術應用于教學，能夠使學生由知識的被動接受者變成了虛擬環境中的參與者，可以調動學生的學習積極性，帶給學生體驗式學習的愉悅經歷。因此，虛擬現實技術在高等學校教學，尤其是實踐教學環節中具有廣闊的應用前景。
　　Web3D技術簡介
　　Web3D技術是虛擬現實技術中的一種，通過使用這些技術可以開發出應用在網絡頁面中，達到照片級渲染效果的虛擬場景，實現相應的動畫效果，并可根據瀏覽者輸入的指令及時反饋信息，達到人機交互的目的。Web3D還可以簡單地被看成是Web技術和3D技術相結合的產物，網絡性、三維性和交互性是其顯著的本質特征。通過應用Web3D技術，用戶可以在網上瀏覽以三維形式表現的物體，并對其進行交互性操作以體驗身臨其境的奇妙感受。
　　Web3D技術在教學中的應用
　　傳統的媒體教學方式多以文字、圖片、聲音或視頻資料出現，學生只是一味被動的接受，而利用Web3D技術構造的虛擬環境在呈獻知識信息的方式方法上卻有著獨特的優勢，它可以在廣泛的科目領域提供無限的虛擬現實的體驗，從而迅速引起學生的學習興趣，加速和鞏固學生學習知識的過程。采用這種方法可以大大提高人們的想像力、激發受教育者的學習興趣，從而獲得十分顯著的學習效果。它的優點主要表現在以下幾個方面：
　　1.在信息展示方式上打破時間與空間的限制
　　利用Web3D虛擬技術，可以徹底打破時間與空間的限制，為學生提供逼真、生動的感性學習材料，幫助學生解決學習中的知識難點。例如在學習建筑工程時，通過Web3D技術，學生可以自由地在虛擬建筑物中進行游歷，了解各種建筑設計的特色，甚至通過特定的Web3D功能可以透視建筑物的內部結構，或由學生親身體會模擬搭建各類建筑的過程。這些體驗都是學生感興趣，而在傳統課堂教學中卻往往無法實現的。
　　2.彌補教學條件的不足
　　在現有的教學環節中，由于學生上課的時間、空間環境，無法對所有的實踐性環節進行實際操作，大部分情況下由教師演示，或直接觀看過程錄象。一些實驗設備由于價格昂貴，數量較少，學生也無法展開全面的使用或根本不能進行操作，而利用Web3D技術構建的虛擬實驗環境和虛擬實驗設備恰好可以彌補這些方面的不足。學生足不出戶便可以做各種各樣的虛擬實驗，獲得與真實實驗一樣的體驗，從而豐富感性認識，加深對教學內容的理解。例如在指導學生學習機械手臂運動的課程中，利用Web3D構建機械手臂的三維模型，發布為網絡瀏覽器可以瀏覽的網頁格式，通過在網頁中加入相應的JavaScirpt腳本語言，以使該模型具有交互功能。學生通過調節機械手臂的每一零部件的運動參數，即可獲得即時的模型運動反饋信息。這樣，學生可以直接觀察到機械手臂中每一個零部件的運動方式，直觀的理解每一個調節參數的作用，從而對整個機械手臂的機構運動有了感性的認識。
　　3.節省大量教學成本
　　在許多試驗和操作性環節中，需要為學生提供大量的實驗設備及耗材，這無疑增添了教學成本，而Web3D技術的應用則將可以這些方面的成本降到最低。通過計算機上模擬試驗過程，不需要通過對設備實物的操作，尤其是在需要耗材的實驗中，可以省去購買耗材的成本。學生可以在設計好的虛擬環境中作多次試驗，既不會產生機器的耗損，也不消耗任何材料，這不但節省了成本，也可以使學生獲得更多的實驗次數，有利于加深學生學習的印象和學習效果。例如在數控加工中心的訓練中，要求學生對金屬毛坯材料進行車、銑等加工操作，在真實的加工環境中，需要使用真實的鑄鐵毛坯工件，學生實驗結束后，這些材料就無法再次使用了，而且若出現操作上失誤，還會相應的增加材料使用量，從而造成浪費。如果采用虛擬加工，學生對計算機生成的三維毛坯工件在計算機屏幕上進行加工，既不必擔心學生因誤操作加工產生廢料，也可以讓學生對虛擬加工中心進行多次操作以加深對學習內容的理解。

　　4.避免真實實驗中的危險環節
　　在真實的實驗環節中，存在各種危險隱患，因此對于這種類型的實驗環節在傳統教學中多數以演示為主，學生無法直接參與，因而不能形成對該實驗的感性認識。通過使用Web3D技術進行虛擬實驗則打破了這種瓶頸，學生在虛擬實驗環境中，可以放心地去做各種危險的或對人體有危害的實驗，而不用考慮會造成傷害。這樣不但使學生對這些學習內容有了感性的認識，也提高了學生對于這些內容的興趣，增加了學生學習的深度與廣度。
　　結束語
　　Web3D虛擬技術為學生提供生動、逼真的學習環境，對教學在時間和空間上進行了擴展，具有強大的交互功能，可以讓學生與研究對象進行三維交互，不僅能夠讓學習者感受一種身臨其境的感覺，還使學習者成為虛擬環境中的參與者，對調動學習者的學習積極性，突破教學的重點、難點，培養學生的技能起到了積極的作用。將Web3D技術應用于高校教學是必然趨勢，必將在提高教育技術水平、改造實驗環境和優化教學過程、培養具有創新意識和創新能力的人才等方面發揮重要作用。 

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