网络3D虚拟仿真实验与微课教学模式探索
中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：1002-2589（2015）33-0172-02
随着信息化的高速发展，网络速度不断提升，文件传播速度大大加快，有线高速网络和无线高速网络将逐渐普及，移动互联网、移动终端等技术的快速发展将带动网络3D技术的快速发展，网络3D虚拟仿真技术逐渐成熟，网络3D虚拟仿真实验以其高度仿真的视觉感受将是实验教学信息化的主要研究方向，是远程实验教学的主要模式，是激发学生实验兴趣、提高实验能力的主要方式。通过多角度分析网络3D虚拟仿真实验和微课的特点，将微课融入虚拟仿真实验中，用微课指导实验，用实验验证理论，理论和实践相结合，增大虚拟仿真实验的容量，使学生进入虚拟仿真实验室就像进入教室一样，有实验仪器，有指导教师，学生进入虚拟仿真实验室后有方向、有目标、有结果、有评价。充分调动听觉、视觉、触觉感觉器官，激发学习兴趣，培养基本理论和基本技能，提高动手、动脑实践能力。
一、网络3D虚拟仿真实验
3D虚拟仿真技术是场景高度仿真，已经越来越受到广大网民的欢迎。随着相关软件的产生和信息化程度的提高，使网络3D虚拟仿真实验的传播成为可能。网络3D虚拟仿真实验具有如下特点。
（一）高度仿真
高度仿真是指计算机产生一种人为虚拟仿真环境，这种虚拟仿真环境是通过计算机图形构成的三维空间，空间中的一切事物源于现实或高于现实，并以各种逻辑代码驱动产生逼真的“虚拟环境”，从而使得用户在视觉上产生一种沉浸于虚拟的现实环境感觉。具体包括以下仿真。
1.环境仿真
环境仿真包括光线、物体和自然现象。光线包括太阳光、灯光等各种颜色光线;物体包括多面体、异面体，多样性的人物和动植物;自然现象包括风、雨、雷、电、云、水、石、土等。
2.仪器仿真
玻璃仪器、大型仪器设备以及各行各业所需各种材质的仪器设备都可以使用软件制作、代码驱动。
3.实验现象仿真
发光、发声、发电、变色、爆炸、图谱等。
（二）人机交互
人机交互是指在利用计算机技术的基础上，结合有效的方法使人和计算机之间能够实现相互交流[1]。
1.界面按钮
界面按钮是通过鼠标左键点击按钮，执行代码，根据按钮上的文字表述的意义进行相关操作。
2.鼠标触发
鼠标触发是指通过鼠标的动作作用在场景中的物体上而启用代码执行程序，完成相关的动作或任务。包括鼠标左键动作、右键动作和中键动作。
3.触发器触发
触发器触发是场景中的某个物体接触了场景中的另一个带有触发器功能的物体而启用代码执行程序，完成相关的动作或任务。
（三）人物行走
人物是指场景中的、可以执行命令的、可以移动的人。在场景中带有摄像机，通过这个摄像机观看场景，但是看不见自己的人物为“第一人称”，既“我要做什么”。在场景中有摄像机跟随，可以看见的人物为“第三人称”，既“他在做什么”。通过鼠标或键盘控制人物的行走，用鼠标点击下达指令，执行实验操作。
（四）像机观察
实验场景都是通过摄像机进行观察的，摄像机分为主像机和附像机，主像机是与场景中的人物同步移动，附像机是为了观察场景而设置的一个或多个像机，其目的是为了多角度观察场景中的事物和现象。
（五）运行平台
网页、PC、安卓系统、苹果系统等多种平台都可以流畅的运行。
二、微课
在国外，微课程（ Micro-lecture） 的雏形最早见于美国北爱荷华大学LeRoy A.McGrew 教授所提出的60 秒课程（ 60-Second Course）， 以及英国纳皮尔大学T.P.Kee 提出的一分钟演讲（The One Minute Lecture，简称OML ）。在国内， 自2010 年广东省佛山市教育局胡铁生基于现有教育信息资源利用率低的现状，率先给出微课概念以来，随着国内外微课实践的不断丰富和相关研究的逐步深化，人们对微课的认识也越来越深刻、全面，其概念内涵也在不断发展、丰富[2]。
同时，在提倡以“学生为中心”教育理念的时代背景下，与移动学习、泛在学习、碎片化学习、翻转课堂等融合互联网精神的学习理念思潮相结合，为微课的广泛传播提供了教育应用的土壤。微课是信息技术发展与教育变革时代相结合的产物，也是技术与教学应用融合的高级阶段。
所谓微课简单说就是目标单一、内容短小、时间很短、结构良好的视频学习资料[3]。具体地说具有以下特点。
（一）微课汇集多种软件技术
微课的灵魂在于它的技术性。包括图片、文字、声音、光线、颜色等多种表现主题的素材，制作者需要对这些素材进行技术加工，从心理学的角度对素材进行特效处理，主要目的就是通过这些效果共振耳膜、吸引眼球，引起学习者的视觉和听觉的注意，尽可能地激发多种感觉器官进行互动，激发学习者的自主学习能力。
（二）微课要有独特的创造性
微课的生命力在于它的创造性。内容新颖、形式新奇、方法独特、思想超前，迎合学习者的心理、感受，形成共鸣，与其交心，这样才能被学习者接受、吸收，才能生存和发展。
（三）微课内容必须科学、合理
微课的影响力在于它的科学性。对于重要的概念性的内容要给出参考资料，对于技术含量比较高的操作方法需要专家现身说法，对于理论性比较强的基础知识需要录制名师讲解，对于无法实现仿真的结果必要时给出现场录像。微课不但要注重表现形式的技术性、创新性还要兼顾内容不能违背科学、不能违背教材、不能违背常理，这样才能被学习者继承、发扬和传播。 三、虚拟仿真实验与微课结合教学设计
虚拟仿真实验是学生实践过程，微课是为更好地实践提供理论指导。把微课教学有机地融入虚拟仿真实验教学中是微课研发的一个方向，也将是虚拟仿真实验教学的主要内容。微课的内容包括基本概念、基本理论、基本的实验操作方法。虚拟仿真实验是具体的实践过程，是在微课指导下，流畅的实验操作过程。依据这个思路，得出以下设计模型：
模型中包括虚拟仿真实验的设计过程和微课在虚拟仿真实验的作用，本文主要论述微课的作用。
（一）微课引领实验
学生进入虚拟仿真实验室后将触发微课视频，视频内容包括欢迎词、实验内容、实验目的、实验意义及实验基础知识测试。抓住学生的心理，激发学习兴趣，把学生吸引进虚拟仿真实验室中，把没有掌握实验基础知识的学生拦在门口。
（二）微课指导实验
学习者进入虚拟仿真实验室，实验室内有虚拟实验台及实验仪器，学生在实验室里可以随意游走，在实验台上有虚拟实验教材，通过点击教材可以触发微课实验指导视频，视频给出简单的实验操作流程，通过微课的指引，使其明白先干什么、后干什么，使其由一头雾水转变为头脑清醒，使其由茫然变为豁然开朗，使其由不知所措变为操作流畅。
（三）微课提示实验
虚拟仿真实验比较复杂烦琐的内容，在实验重点、难点处设置实验节点，在节点处如果操作错误将不能进行下一步实验，当累计操作一定次数还不能正确完成实验则触发微课提示视频，视频将结合理论知识，提出难点，强调重点，使学习者实践过程更加流畅，心情更加愉悦。
（四）微课总结实验
整个实验过程以百分制记录实验结果。根据操作时间设定不同的分值，在节点处根据出现的错误次数进行扣分，整个实验操作完毕，根据学习者最终的得分情况触发不同的微课总结视频，视频给出不同的评价，对于难点、重点的掌握情况给予强调和鼓励，当分值达到要求才能触发下一个实验内容，如果没有达到实验要求的分值则程序将返回实验开始状态。
四、总结
网络3D虚拟仿真实验设计注重实验的真实性。首先是视觉仿真，如临其境;然后是操作仿真，对错迥异;最后是结果仿真，科学合理。微课重点放在其权威性。引经据典，专家指导，名师讲解，实景拍摄，理论和实践紧密结合。微课的理论不能脱离教材，虚拟仿真实验不能脱离实践。通过反复的实践验证结论的正确性、科学性，才能创作出合理的虚拟仿真实验，才能被学习者所接受、传播，最终才能提高学习者的实验能力。
