作者：刘静霞

    摘  要： 选择分光计的调节与使用作为实施案例，具体探讨以虚拟现实技术为主的三维虚拟学习环境的系统功能划分、以学习者为中心的系统设计原则、以及交互行为的编程实现，探索虚拟现实技术在教学领域的应用。

    虚拟现实技术是一门交叉学科，近年来随着网络技术、图形技术、传感器技术的飞速发展，虚拟现实技术的优势再次体现。虚拟现实世界可以表现宏观世界，也可以表现微观世界，可以表现客观世界存在的物体，也可以虚拟客观世界中不存在的，大脑中想象的场景。虚拟现实技术丰富的表现手段可以为学习者提供多种学习渠道，让学习者从多个角度理解同一事物，提供多种表现知识的手段，目前大多数网上学习环境都是二维的，学习者无法与学习环境以及环境中的对象进行自然和谐的交互，更不能操作其中的学习对象，只能被动接受学习内容，整个学习过程仍然是灌输式的，枯燥无味而且效率不高。应用虚拟现实技术并结合传统网络课程设计技术构建的虚拟学习环境具有良好的交互性，能让学习者产生很强的沉浸感，学习者可以操作其中的学习对象，观察现实生活中无法看见的事物和无法到达的场景，更好地理解抽象概念和现象从而降低认知难度，提高学习效率。

    由计算机硬件资源和软件资源生成的三维模拟虚拟现实系统是高级的人机交互界面。Grigore Burdea提出了一个虚拟现实的“3I”[1]特性：沉浸性(Immersion)、交互性(Interaction)和构想性(Imagination)。这三个特性是虚拟现实系统的本质特征，具备这三个特性的虚拟现实系统可以与人友好地进行交互。虚拟现实技术为学习者提供生动、逼真的虚拟学习环境，对调动学习者的积极性，突破教学中的重点、难点起到了非常重要作用。要实现高沉浸度的三维空间环境通常需要高性能图形工作站、头盔显示器、数据手套等昂贵设备，目前一般的教育单位还无法承受。普通虚拟现实系统大多运行在PC机,学习者可以用键盘和鼠标通过计算机屏幕与虚拟环境中的实体进行交互，虽然这种虚拟现实系统对学习者在真实环境中与虚拟情境是有区别的，易受到周围环境的干扰，不能完全沉浸在虚拟情境中，但是这种系统利用三维空间建模软件和仿真软件仿真客观世界，用编程技术为三维场景中的实体添加交互行为,开发成本相对较低，易于在基础教学领域和各种培训机构教学过程中推广应用。

    1 分光计调节的虚拟系统

    通过调研发现，光学实验是大学物理实验中的基础实验，实验设备灵敏度高，调节方法不易掌握，实验中出现的许多现象较难描述清楚，实验中有众多知识难点、内容比较抽象。实验设备有严格的调节步骤，单靠教师讲授学生较难完全理解。虚拟现实技术良好的三维表现手段能够将抽象现象具体化,真实再现抽象的实验现象，良好的交互方式能够让学生体验操作过程，加深理解和记忆。设计分光计调节仿真实验，利用仿真技术和建模技术在计算机系统中构建出仿真的客观现实场景，让学习者在模拟真实的学习环境中完成实验操作，并获得在实验室学习的效果，因此这类实验适合用三维场景表现，能够很好地体现虚拟学习环境的三维特性。系统是由多种学习资源集成的，各种学习资源按照表现形式和功能可以分为不同类型，本文将网络教学