关于Web3D技术在现代教学中的应用研究

近年来，大量现代化的媒体形式在教学中予以应用，对教学方法、教学形式的作用和影响也日益显著，现代教学媒体已成为传播教育信息的重要工具。80年代初，计算机开始较广泛应用于辅助教学，CAI概念也逐渐为人所熟识。今天，网络技术、虚拟现实技术的出现和应用则将为今后的教学形式带来前所未有的冲击。
　　虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）技术是一种逼真地模拟人在自然环境中的视觉、听觉、运动等行为的高级人机交互技术，是当前现代教育技术中的前沿技术。将虚拟现实技术应用于教学，能够使学生由知识的被动接受者变成了虚拟环境中的参与者，可以调动学生的学习积极性，带给学生体验式学习的愉悦经历。因此，虚拟现实技术在高等学校教学，尤其是实践教学环节中具有广阔的应用前景。
　　Web3D技术简介
　　Web3D技术是虚拟现实技术中的一种，通过使用这些技术可以开发出应用在网络页面中，达到照片级渲染效果的虚拟场景，实现相应的动画效果，并可根据浏览者输入的指令及时反馈信息，达到人机交互的目的。Web3D还可以简单地被看成是Web技术和3D技术相结合的产物，网络性、三维性和交互性是其显著的本质特征。通过应用Web3D技术，用户可以在网上浏览以三维形式表现的物体，并对其进行交互性操作以体验身临其境的奇妙感受。
　　Web3D技术在教学中的应用
　　传统的媒体教学方式多以文字、图片、声音或视频资料出现，学生只是一味被动的接受，而利用Web3D技术构造的虚拟环境在呈献知识信息的方式方法上却有着独特的优势，它可以在广泛的科目领域提供无限的虚拟现实的体验，从而迅速引起学生的学习兴趣，加速和巩固学生学习知识的过程。采用这种方法可以大大提高人们的想像力、激发受教育者的学习兴趣，从而获得十分显著的学习效果。它的优点主要表现在以下几个方面：
　　1.在信息展示方式上打破时间与空间的限制
　　利用Web3D虚拟技术，可以彻底打破时间与空间的限制，为学生提供逼真、生动的感性学习材料，帮助学生解决学习中的知识难点。例如在学习建筑工程时，通过Web3D技术，学生可以自由地在虚拟建筑物中进行游历，了解各种建筑设计的特色，甚至通过特定的Web3D功能可以透视建筑物的内部结构，或由学生亲身体会模拟搭建各类建筑的过程。这些体验都是学生感兴趣，而在传统课堂教学中却往往无法实现的。
　　2.弥补教学条件的不足
　　在现有的教学环节中，由于学生上课的时间、空间环境，无法对所有的实践性环节进行实际操作，大部分情况下由教师演示，或直接观看过程录象。一些实验设备由于价格昂贵，数量较少，学生也无法展开全面的使用或根本不能进行操作，而利用Web3D技术构建的虚拟实验环境和虚拟实验设备恰好可以弥补这些方面的不足。学生足不出户便可以做各种各样的虚拟实验，获得与真实实验一样的体验，从而丰富感性认识，加深对教学内容的理解。例如在指导学生学习机械手臂运动的课程中，利用Web3D构建机械手臂的三维模型，发布为网络浏览器可以浏览的网页格式，通过在网页中加入相应的JavaScirpt脚本语言，以使该模型具有交互功能。学生通过调节机械手臂的每一零部件的运动参数，即可获得即时的模型运动反馈信息。这样，学生可以直接观察到机械手臂中每一个零部件的运动方式，直观的理解每一个调节参数的作用，从而对整个机械手臂的机构运动有了感性的认识。 　　3.节省大量教学成本
　　在许多试验和操作性环节中，需要为学生提供大量的实验设备及耗材，这无疑增添了教学成本，而Web3D技术的应用则将可以这些方面的成本降到最低。通过计算机上模拟试验过程，不需要通过对设备实物的操作，尤其是在需要耗材的实验中，可以省去购买耗材的成本。学生可以在设计好的虚拟环境中作多次试验，既不会产生机器的耗损，也不消耗任何材料，这不但节省了成本，也可以使学生获得更多的实验次数，有利于加深学生学习的印象和学习效果。例如在数控加工中心的训练中，要求学生对金属毛坯材料进行车、铣等加工操作，在真实的加工环境中，需要使用真实的铸铁毛坯工件，学生实验结束后，这些材料就无法再次使用了，而且若出现操作上失误，还会相应的增加材料使用量，从而造成浪费。如果采用虚拟加工，学生对计算机生成的三维毛坯工件在计算机屏幕上进行加工，既不必担心学生因误操作加工产生废料，也可以让学生对虚拟加工中心进行多次操作以加深对学习内容的理解。
  4.避免真实实验中的危险环节
　　在真实的实验环节中，存在各种危险隐患，因此对于这种类型的实验环节在传统教学中多数以演示为主，学生无法直接参与，因而不能形成对该实验的感性认识。通过使用Web3D技术进行虚拟实验则打破了这种瓶颈，学生在虚拟实验环境中，可以放心地去做各种危险的或对人体有危害的实验，而不用考虑会造成伤害。这样不但使学生对这些学习内容有了感性的认识，也提高了学生对于这些内容的兴趣，增加了学生学习的深度与广度。
　　结束语
　　Web3D虚拟技术为学生提供生动、逼真的学习环境，对教学在时间和空间上进行了扩展，具有强大的交互功能，可以让学生与研究对象进行三维交互，不仅能够让学习者感受一种身临其境的感觉，还使学习者成为虚拟环境中的参与者，对调动学习者的学习积极性，突破教学的重点、难点，培养学生的技能起到了积极的作用。将Web3D技术应用于高校教学是必然趋势，必将在提高教育技术水平、改造实验环境和优化教学过程、培养具有创新意识和创新能力的人才等方面发挥重要作用。
　　参考文献
　　[1]陈丹，Web3D技术在网络教学中的应用研究，教育信息化，2006.(3).
　　[2]郭磊,鞠盈盈,安静，基于Cult3D的陶瓷产品网络定制系统关键技术，中国陶瓷，2008(7).
　　[3]苗壮,李凡长，基于虚拟现实技术的教学改革研究，黑龙江教育，2007(1).