基于虚拟现实技术的软件工程教学资源建设_张洁.pdf

dianzi yuanqijian yu xinxijishu 电 子 元 器 件 与 信 息 技 术76|基于虚拟现实技术的软件工程教学资源建设张洁镇江高等职业技术学校，江苏镇江212000摘要：当前，软件研发的主流方向正是虚拟现实技术，虚拟现实技术对高校实践教学具有重要的应用价值，能够有效促进实践教学改革与进步，而基于虚拟现实技术的引入，不仅能对视觉感官带来极致的体验，且能同时带动其他感官，给人截然不同的感受。但目前虚拟现实技术在实践教学中的研究应用还十分有限，本文通过具体论述基于虚拟现实技术的软件工程教学资源建设策略，归纳了虚拟现实技术的发展对未来高校教学的深远意义，提出了实践教学改革的构想与展望，以望能丰富软件工程教学内容，继而为促进软件工程教学质量的提升提供参考。关键词：虚拟现实；软件工程；教学资源中图分类号:TP391 文献标志码:A DOI:10.19772/ki.2096-4455.2022.11.018 0引言虚拟现实技术作为计算机核心技术之一，也是如今最热门的技术研发类型。当前，虚拟现实技术在人们生活中的运用主要是借助数据手套、传感头盔等设备来为用户创设三维的动态环境，在此虚拟环境中，人们不仅能获得最接近现实生活的感官体验，同时也能通过与其他技术建立联系，对用户触觉乃至味觉对多重感官带来全新的感受，如人机接口技术、计算机传感技术、计算机模拟以及人工智能等1。由此可见，虚拟现实技术不仅打破了传统以视觉、听觉为主的感知系统，也因与众多技术的结合而在制作技术层面有了质的飞跃。当然，除了给人们的日常生活带来全新体验外，虚拟现实技术还在其他领域得到了较为广泛的运用，如虚拟现实技术于课堂中的运用便对教学产生了极其深刻的影响。为切实发挥虚拟现实技术的积极作用，本文将基于教学资源建设对虚拟现实技术的运用展开深入探讨，以望能对软件工程的教学资源建设提供参考2。1虚拟现实技术在软件工程相关课程的应用研究将虚拟现实技术运用到软件工程课程，一方面可以切实发挥其化抽象为具象的作用，将抽象难理解的理念及概念等知识转化为具体的事物或图像，帮助学生更好地认知与理解；另一方面则可以帮助学生探寻到现实生活中无法观测到的事物，以此为学生提供真实学习资料的同时亦能拓宽学生的知识面。不仅如此，在软件工程相关课程中运用虚拟现实技术，还可衍生出众多新型的教学模式。更重要之处还在于，因相较于传统的文本或图形等表达方式，虚拟现实技术不仅能更好地表达软件工程课程的相关内容，且无论是信息或教学资源等各方面，虚拟现实技术均有着极大的优势，故能对学生开展自主学习提供有力支撑。至于对教师教学的帮助，最重要的体现便是能合理编制课程知识，以此创设一个极为逼真的虚拟现实环境，而基于此环境，不仅能有效激发学生的学习兴趣，也对教学效力的提升有着诸多助益3。1.1虚拟现实课程系统类型中的应用当前，在软件工程相关课程中运用的虚拟现作者简介：张洁，女，山西太原，本科，高校讲师，研究方向：计算机技术。电 子 元 器 件 与 信 息 技 术|77软件和信息技术服务实技术主要有三种类型，分别为简易型虚拟现实系统、沉浸型虚拟现实系统以及共享型虚拟现实系统。其中，简易型的虚拟现实系统最为简洁，组成部分仅为普通的计算机、键盘及鼠标，借助上述设备便能实现使用者与虚拟环境的交互。当然，也正是基于简易型虚拟现实系统结构简单且开发成本接地，故在现实生活中的推广也最为广泛；而沉浸型虚拟现实系统则相对较为复杂，除了上述设备外，用户的交互过程还将基于数据手套、头盔等传感跟踪设备4。而之所以称之为沉浸型虚拟现实系统。是因使用头盔类的虚拟现实设备能够将使用者感官与外界隔离开来，这样便能让使用者全身心地投入到虚拟现实技术所创设的虚拟现实环境中并与之交互。额外的系统设备自然也会产生较高成本，这也是导致沉浸型虚拟现实系统难以得到有效推广的主因。至于共享型虚拟现实系统这是基于远程网络创设虚拟空间供不同地区的用户联系，而不同用户亦能同时观察并操作同一虚拟现实环境，以此达到协同作业的目的。例如：在讲解“原型系统”这一概念时，便可以通过充分利用虚拟现实技术展示建筑物原型模型的图片，帮助同学们理解什么是“原型”；在讲解“软件的特点”这一知识点时，对于“软件不存在磨损和老化”的这一特点，通过展示零件磨损的图片，与软件无磨损的图片进行对比，让学生对软件的这一特点有更直观的感受程中可开发的这类图形图像资源还有很多。这样通过对这一类资源的开发和利用，便能够改变传统软件工程课程理论化、抽象化的教学方式，使知识传授更具形象性和生动性5。1.2虚拟现实技术在游戏开发课程中的应用基于虚拟现实技术仿真水平极高，故也常用于游戏的开发。尤其是对于如格斗搏杀、海空大战以及梦幻工厂等无法亲身经历的场景，在虚拟现实技术的支撑下，游戏者便能从中获得身临其境般的感受，而这也正是游戏未来发展的主流趋势。至于游戏开发课程对虚拟现实技术的运用，具体而言主要存在如下三种应用形式，分别为影像式、几何式以及混合式。其中，影像式的虚拟现实技术主要是利用摄像的方式获取真实的场景环境，而后通过对摄影照片的拼接处理，使得录像以第一人称的视角呈现，再将拼接处理后的摄像照片巧妙衔接到一起，便能获得拥有极高真实度的虚拟现实环境，而身处该环境的游戏玩家也将获得极为真实的游戏体验。当然，该方法亦有显著的缺点，那便是使用者现实所处的位置并不会移动，因而会使得虚拟环境的立体感缺失；几何式的虚拟场景则主要凭借3D建模的方式来实现，通过代码将3D建模运用到虚拟现实场景中并与使用者进行互动，这便是几何式虚拟现实技术在游戏中的具体运用。相较于影像式的虚拟现实技术，几何现实虚拟技术虽能强化玩家与游戏场景的互动性，但因互动过程需基于特定的硬件设备来实现，加之虚拟场景是以编写代码的形式创建，故在真实度上会有些许缺陷；至于混合式虚拟场景则兼合了影像与几何现实虚拟技术各自的优点，通过对两种技术使用比例的调整，使得虚拟环境能够规避单一技术所无法避免的缺陷，继而给游戏者带来更真实的感受。然而，该技术由于需要拼接大量的虚拟场景，故也容易导致拼接问题的出现6。1.3 虚拟现实技术在游戏影视制作课程中的应用虚拟现实技术在软件工程教学中的应用还体现在了电影制作课程之上。就目前而言，电影制作课程所应用的虚拟现实技术主要包含了360虚拟摄像机以及其他类型的摄像机，主要功能便是全方位记录不同漫游场景的全景画面。关于影视制作课程所应用的虚拟现实技术，最初主要是制作影视短片，如LOST、二重奏等，而随着虚拟现实技术的愈发成熟，其应用范围也得到了进一步拓宽。如今，影视制作课程还综合应用了如场景连接等虚拟技术，目的便是为了能更好地呈现故事中心。当然，虚拟现实技术于影视制作课程中的应用不仅仅是要为观众全方位地呈现虚拟场景，更重要的还是要将观众情感带入到影视作品中。因此，想要达到如dianzi yuanqijian yu xinxijishu 电 子 元 器 件 与 信 息 技 术78|此目的，首要需解决技术方面的问题。对此，影视制作课可引进沉浸式的虚拟现实系统，为学生的学习过程带来全新的感受。而考虑到该技术并不适合长时间教学，故在引进沉浸式的虚拟现实系统时，教师亦当对教学方式予以适当改进。如在最初阶段，学生在感受沉浸式的虚拟现实系统时，因新鲜感的驱使可能会产生浓厚的兴趣，但因长时间配备虚拟现实设备极有可能产生眩晕感，继而导致学生无法从虚拟现实环境中捕捉到影视作品想要传递的信息。因此，需对学生的沉浸时间予以严格控制，必要时可采用简易型的虚拟现实场景作为辅助，以此方能弥补沉浸式虚拟现实教学的缺陷并提升课程的教学效力。2设计系统化教学资源，设计层次化课程资源内容任何学科教学资源的构建均应与该课程本身的知识结构相契合。软件工程教学资源建设亦是如此。对此，为确保教学资源建设的合理性。首要之务当是对软件工程课程知识结构予以重新梳理，在确立统一知识体系的前提下，围绕知识的重难点予以相关课件的制作与教学素材的搜集，以此方能做到对原本教学知识及体系的合理拓展，并赋予教学素材多样化的表现形式，如文本、图像、视频、动画、音频等。基于多样化的表现形式能赋予软件工程课程知识更为丰富的展现形式，例如概念性的内容可单纯以文本来展示，而若知识之间涉及实例或存在复杂关系，则可采用图形或动画的形式，一来可让知识变得更加直观，从而降低学生的理解难度，二来亦有助于激发学生的学习兴趣。不仅如此，将教学素材以PPT的形式呈现，还能形成一个完善的网络知识结构，以此在拓宽学生的学习视野同时亦能实现对教学资源的开发，继而确保虚拟现实技术的引进更能满足当代软件工程教学的具体需求。例如，在讲解软件危机这一知识点的时候，便可以使用典型案例来进行说明，即IBM公司在开发IBM360系列机操作系统时所陷入的历史上著名的”软件开发泥潭”。然后，再充分利用虚拟现实技术来设计系统化的教学资源，为保证软件工程建设提供充足的资料，最大限度提升软件工程的教学质量。就软件工程学科而言，对学生的实践操作能力亦有一定的要求。因此，教师需根据教学实情及教学内容选择适当的教学组织形式。如针对软件工程中的软件测试课程，传统教学往往是将课程内容划分为众多测试单元，如集成测试、系统测试、验收测试等。对此，为强化学生的实践操作能力，教师可根据课程内容难易度予以相应的层次划分，如入门、技能、工程及实践，不同层次所含教学内容不同，针对学生的培养方向也有所差异。而学生可基于自身实际选择自己感兴趣的内容，以此循序渐进将对学生综合素养的发展起到良好的促进效果7。3构建网络教学资源平台，为教学资源建设提供载体虚拟现实技术与软件工程教学的交汇，使得软件工程有了更多可推动教学的资源。而基于如今的信息化时代，学校亦可借助互联网搭建网络软件工程教学平台，该平台主要包含如下模块及功能。（1）教学资源库。将所有可利用的教学资源组合到一起，再根据知识逻辑予以体系划分。将教学内容大纲设置为软件工程专业常用的教学资源，而后对软件工程中实验性的内容予以重新设计，既要保障实验具有相当的趣味性，也符合学生的认知水平级能力。除此之外，实验也应覆盖软件工程教学的全过程，并在不同周期呈现出不一样的特征，继而根据特征配备相应的软件工程实验软件，这样便可有效锻炼学生的综合能力。最后，考虑到运用商用软件需要花费较高的成本，故应尽量选择开源软件。（2）专题内容。关于软件工程专题学习网站的建设，除了要确保内容与学科教学要求相契 电 子 元 器 件 与 信 息 技 术|79软件和信息技术服务合外，也应对其实际应用价值予以仔细斟酌。对此，各大院校均可基于国际电器电子工程协会关于软件工程学设立的七大核心专题中筛选合适的内容，确保教学资源的建设不偏离既定的主题。（3）学习测评。学习评测可通过相关练习题的设置来提供评估依据。当然，与软件工程相关的学习评测除了应包含专题相关知识外，也应建设专门的答疑及学习讨论系统供学生获取学习资源级交流学习心得，以此达到巩固学生学习成效的目的。（4）实践天地。实践方是检验学习成效的有效手段。因此，必须给学生实践提供机会，并将实践评价放到与专业知识考核同等重要的位置。而基于软件工程教学的学科特征，故实践考核亦当全面包含产品、技术及管理三大方面。当然，评价内容也不能仅是围绕考核打分，而是要给出总体评语帮助学生弥补不足，以此为学生指明努力方向同时亦让后续教学更具针对性。（5）学习导航。软件工程教学资源的建设势必需要数据库的支撑，而为方便用户快速访问并查找所需的资源，可设置查询导航或以此为目标向学生介绍构建打哦爱何辜的基本原理、概念及方法，以此丰富软件工程教学资源，继而达到拓宽学生知识面的目的。4多元化的交互渠道设计，拓展教学资源建设途径任何专业教学，师生与教学资源的良好互动方式确保教学校里的关键。因此，软件工程专业教学亦需致力于多元交互渠道的建设，一来可为教学资源的持续更新提供动力，二来则能对教学资源的完善起到补充的作用。至于该如何基于多元交互渠道促进师生之间的良好互动。首先，教师应当充分利用网络信息与多媒体技术来主动融入学生，再借由打分、提