国家开放大学计算机专业体验式教学研究

国家开放大学计算机专业体验式教学研究中国开放大学计算机专业体验式教学研究。关键词：教学研究，大学计算机，体验式，开放式，全国国家开放大学计算机专业体验式教学研究本文简介：［摘要］AR是一种新型多媒体计算机技术，融模式识别技术、机器学习技术、多媒体现实技术、3D建模技术于一体，创建一个具有智能性、交互性、沉浸感的虚实结合的系统。计算机专业体验式教学软件的设计对AR技术的应用与传播提供了有力支持，能够根据实际需求创设一个装配式开发环境，对当前所使用的软件开发环境进行扩展国家开放大学计算机专业体验式教学研究本文内容：［摘要］AR是一种新型多媒体计算机技术，融模式识别技术、机器学习技术、多媒体现实技术、3D建模技术于一体，创建一个具有智能性、交互性、沉浸感的虚实结合的系统。计算机专业体验式教学软件的设计对AR技术的应用与传播提供了有力支持，能够根据实际需求创设一个装配式开发环境，对当前所使用的软件开发环境进行扩展与延伸，借助多种类型建模组件将软件开发过程直观地展现出来，无需购置或者构建大型应用环境，将虚拟世界与真实世界无缝链接，从而提高国家开放大学学生的学习效率。［关键词］体验；设计开发；增强现实；虚实结合1引言体验式教学是现代远程教育教学的一种新型的教学手段。国家开放大学各分部、学习中心在开设计算机专业课程之前，都要做好相应的计算机硬件设施、软件设施的购置工作，例如落实计算机机房的购置、做好软件系统的安装、部署工作，确保计算机能够正常使用，各类软件可以稳定运行。因此，需要消耗高昂的购置资金以及较高的研发环境。然而，无论是硬件设施，还是软件系统，这些资源在实际应用过程均拥有一定的使用寿命，对软硬件设施的应用实践、使用环境都有一定的限制，对计算机专业教学活动带来了诸多制约。为此，本文将借助AR技术构建体验式教学环境，进一步提高国家开放大学学生的学习自主性，同时稳步提升教学质量与学习效率。2AR技术的相关信息2.1AR的内涵AR技术是“AugmentedReality”简称，译为“增强现实”，同时被称为“扩增实境（台湾）”。AR技术是一种将虚拟世界的信息与真实世界的信息进行“无缝”衔接的计算机辅助技术，借助计算机的软、硬件手段，将原本存在于真实世界中特定空间、特定时间的本来难以体验的事物，进行信息加工、建模处理，通过模拟仿真手段将多种信息叠加到一起，生成全新的虚拟实体反馈到真实世界中，人们通过视觉、听觉去与这些信息进行交互，达到从现实中来又超越现实的完美感知体验。完善实现虚拟世界与现实世界事物的叠加处理，将虚拟场景与真实环境进行有机融合，出现一个全新的空间画面。AR技术不仅能将现实世界中的信息显示得淋漓尽致，而且能同时显示虚拟信息，实现了真实信息与虚拟信息的互补性。用户通过亲身的视觉感受，对现实世界的物体通过计算机图形处理后产生仿真信息在头盔显示器上体现，实现集成化的应用效果。为此，AR技术需要使用多种技术手段，如：多媒体技术、三维建模技术、实时形态跟踪、实时动态匹配、虚拟与现实场景融合、传感器的应用、视频信息的显示与控制等等，由此可见，增强现实技术的应用可以为人们提供他们通常无法感知的信息。2.2AR的主要特点增强现实是VR基础上的新技术，结合了传感技术、人机交互技术、图形图像技术，实现虚拟世界和现实世界的统一，构建一个新的认知环境，主要表现如下：一是虚实结合，虚拟现实是人为构建的，而虚实结合是真实世界和虚拟世界的交互，实现了对现实世界的补充；二是实时交互，学习者在沉浸式学习过程中可以在新的环境下进行实时的人机交互；三是三维沉浸，增强现实技术将虚拟三维空间加入到真实的感知环境中，通过计算机的软件控制实现真实物体，使学习者有身临其境的感觉，完全沉浸在新的世界中。3AR在计算机专业体验式教学的关键技术3.1跟踪、定位注册技术由AR技术所衍生出来的跟踪注册技术能够对真实环境与虚拟信息实施配准注册处理，实现现实场景到虚拟信息的无限跨度。现如今，跟踪注册技术是以机器学习为基础，通过对跟踪物体特征实施预处理，达到跟踪注册的目的。为提升跟踪注册技术的准确性，将BP神经网络运用其中，借助矩阵向量、强度值向量等特征，实现对信息的准确识别与提取。3.2显示技术在AR系统形成与构建的过程中，显示系统是其重要组成部分，在虚实融合中发挥着不容小觑的作用，能够有效增强AR技术的高效性与便捷性。现如今，显示器主要涉及头盔显示器、非头盔显示设备，如手持显示、空间显示、真实显示。其中头盔显示器又被分为多种形式，例如透视式头盔、光学透视头盔显示器等，不同的头盔显示器拥有不同的特性，其操作方法、应用效果均有所不同。3.3虚拟物体合成技术虚拟物体合成技术同样是AR技术的重要组成部分，直接影响到计算机专业体验式教学的构建与实现。现如今，虚拟物体生成技术主要借助三维建模方法，将虚拟事物全方位地彰显出来，给予虚拟事物较强的真实感，为AR技术实现虚拟世界与现实生活的完美衔接提供技术支撑。3.4增强现实体验式教学软件的实施方案VR体验式教学软件的设计主要是学生能在虚拟世界与现实世界进行交互，通过虚拟仿真感知到真实的世界。使多媒体技术、虚拟合成技术、跟踪定位匹配技术及显示技术进行高度融合，形成全新的增强显示效果。体验式教学软件主要通过信息采集设备如摄像机、全景摄像头等对真实环境进行建模，然后使用图形系统进行处理，利用三维建模等技术将虚拟信息与真实场景的图像进行深度融合，产生全新的视频合成、仿真效果，让学生通过显示终端如：头盔显示器、显示终端等进行感知，进入一个全新的虚实结合的空间，达到沉浸式的交互、娱乐的教学效果，体验式教学软件设计的流程图如图2所示。4基于AR的计算机专业体验式教学软件的设计4.1功能分析将AR技术运用到国家开放大学计算机专业体验式教学活动中，能够有效解决当前计算机软件教学中所存在的多种问题，例如教学成果不突出、设备更新维护成本高、教学过程受时间空间限制等。通过将AR技术运用到计算机软件教学中，可为每一位学生提供一个体验式教学环境的登录账号，学生通过体验式教学软件账号登入系统，在计算机专业体验式教学软件中实现软件研发服务设备的重新部署、人文信息环境的构建、网络拓扑环境的生成等活动，切实有效地提升计算机专科课程体验式教学的针对性与交互性，同时在泛在学习的理念下，为学生的自主学习、协作学习提供良好的支持环境。基于AR的计算机专业体验式教学软件，主要由四个关键部分组成，即视频场景渲染、逻辑组件、实例脚本、GUI交互界面。其中，视频场景渲染组件可以对体验式教学系统需要开展的教学活动进行设计，利用不同颜色的箭头对传输信息进行标记，使整个体验式教学更加具体、详细；GUI交互界面能够为用户提供一个具有简易性、可视化的交互过程，用户凭借GUI所提供的交互式界面，在可视化交互界面中添加临时性的软件组件，同时做好相应的硬件设施部署工作，借助IP、FTP、TCP等协议将硬件设备相互连接在一起，将软件管理、设备部署、协议配置全面落实到位，体验者可以通过PC端或者智能手机对体验式教学软件进行访问。4.2总体结构设计基于AR的计算机专业体验式教学软件，开发工具选择AdobePhotoshop、狸窝全能视频格式转换器、SketchUP2014、开发平台-天眼AR，客户端采用个人电脑或者智能手机。可将AR软件教学系统划分为三个应用层次，即用户终端、虚拟渲染、后台资源，不同应用层次之间均能够相互串联在一起，执行用户信息认证、组件信息传输、服务信息处理等功能。为保证计算机软件教学活动具有较强的完整性与系统性，可对服务器同用户逻辑业务进行隔离处理，切实保证每一个应用层的安全性与可靠性，为计算机软件教学活动提供强有力的支撑。通过将AR技术引入计算机体验式教学活动中，实验室管理人员和教师可借助多媒体技术、云计算技术、人工智能技术对实验室设备实施精细化管理。为提升AR体验式教学系统的适用性，使该技术能够被广泛运用到计算机软件教学活动中，软件设计师要对服务器架构以及浏览器架构进行整合，同时将分布式管理系统细分成三个层次，即浏览器层、Web服务器层、数据库服务器层。学生仅需掌握分布式管理系统Web服务器所在地址或智能终端连接，即可完成信息登录、信息认证、信息查找等相关工作。5结语综上所述，通过将AR技术运用到计算机专业体验式教学活动中，能够为国家开放大学计算机专业教学创设一个具有仿真性的学习及实践环境。将虚拟与现实环境进行交互，逐步提升教师教学能力及学生的动手能力，实现虚拟世界与现实世界的有机结合，从而降低计算机教学过程中对计算机软硬件设备的依赖性，提高国家开放大学办学能力，同时促进学生提升自主学习能力和协作学习能力，不断提高自身的学习兴趣，做到随时可学、随处可学的泛在学习。作者：肖建华单位：衡阳广播电视大学教务处