信息技术与教育
2020-04-16 11:06:46 0 举报AI智能生成
信息技术与教育 黄荣怀
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大纲/内容
第一章 信息技术及其教育应用概述
第一节 信息与信息技术
一、信息及其特点
1、信息的概念
（1）本体论层次：某事物的本体论层次信息，就是该事物运动的状态和方式
（2）认识论层次：某主体关于某事物认识论层次的信息，是指该主体所表述的相应事物的运动状态及其变化方式，包括状态及其变化方式的形式、含义和效用
2、信息的特点
（1）量度：一般来说，任何信息，可采用基本的二进制度量单位（比特）进行度量，并以此进行信息编码
（2）识别
自然信息：直接识别、比较识别、间接识别等
社会信息：由于其信息量大，形式多样，一般采用综合识别法进行处理
（3）可转换：信息可以从一种形态转换为另一种形态
（4）可存储：信息可以通过系统的物质或能量状态的某种变化来进行存储
（5）可处理：人脑就是一个最佳的信息处理器
（6）可传递：可通过语言、表情、动作、报刊、书籍、广播等进行传播
（7）可再生：信息经过处理后，可以其他形式再生
（8）可压缩：信息可按照一定规则或方法进行压缩，以便用最少的信息量来描述事物
（9）可利用：任何信息都具有一定的时效性，对于不同的接收者来说，信息的可利用度不同
（10）可共享：在信息的传递中，对信息的持有者来说，并没有任何损失，这就导致了信息的可共享性
3、信息传播的模式
（1）拉斯韦尔的“5W”模式
（2）香农韦弗的教学模式
二、信息技术及其体系
1、信息技术的概念
（1）技术的本质意义：使之能够扩展人的信息器官功能的的一类技术
（2）技术的功能：使之能够完成信息的获取、存储、传递、加工、再生等功能的一类技术
（3）扩展信息器官功能的一类技术：是指感测、通信、计算机和智能以及控制等技术的整体
2、信息技术的体系
（1）基础技术：新材料技术、新能源技术
（2）支撑技术：机械技术、电子技术、激光技术、生物技术、其他技术
（3）主体技术：感测技术、通信技术、计算机技术、控制技术
（4）应用技术：工业、农业、国防、科学技术、交通运输、商业贸易、文化教育、医疗卫生、社会服务、组织管理、其他应用
第二节 信息技术的发展与应用
一、信息技术的发展历程
1、古代信息技术（远古~19c中叶）
（1）语言声音：自然状态下的信息技术
（2）字符号与印刷：信息技术的第一次飞跃
（3）数与运算：信息加工技术的模型
2、近代信息技术（19c中叶~20c中叶）
（1）电报：序幕拉开
（2）电话：持续推进
（3）无线电信：高潮到来
3、现代信息技术（20c中叶~今）
（1）计算机技术：现代信息技术的核心
（2）计算机与通信的结合：现代信息技术的革命
（3）信息高速公路：现代信息技术的力作
二、信息技术的应用领域
1、工业领域
（1）在改造传统产业中的应用
（2）在提升产品技术水平中的应用
（3）在工业企业管理中的应用
2、农业领域
（1）在农业资源和环境中的应用
（2）在农业生产系统中的应用
（3）在灾害控制中的应用
（4）在农业研究及推广中的应用
（5）在农业经济管理中的应用
3、金融领域
（1）在金融支付中的应用
（2）在金融服务中的应用
（3）在金融管理中的应用
4、交通领域
（1）在交通安全中的应用
（2）在交通管理中的应用
（3）在交通基础设施中的应用
5、医学领域
（1）在医疗管理中的应用
（2）在医疗诊断和治疗中的应用（医疗诊断仪器、治疗仪器）
（3）在医疗服务方式中的应用（通过电子邮件进行医疗咨询、远程会议、远程手术）
第三节 信息技术在教育中的应用
一、信息技术对教育的影响
1、信息技术对学生的影响
（1）能力结构的更新：信息素养、终身学习、合作与交流
（2）学习资源的丰富：获得学习资源的途径增多，获得的学习资源也增多
（3）学习工具的多样化：几何画板、思维导图、概念图、搜索引擎等，提高了学习的效果和效率
（4）学习方式的转变：学生不再仅依靠书本和教师的讲授，学生可以充分利用信息技术进行个性化的学习
2、信息技术对教师的影响
（1）能力结构的更新：随着知识更新速度加快，教师必须不断充实自己的专业知识，掌握最新的动态消息
（2）教育观念的转变：为满足信息社会对教育提出的要求，教师必须树立新的教育观念
（3）教学工具的多样化：如幻灯、投影、课件、教学游戏等
（4）教学方式的多样化：信息技术为教学提供了丰富的教学资源、多样化的教学工具，有助于教师实施多样化的教学
（5）教学管理的现代化：信息技术为教师的教学管理提供了便利，提高了工作效率和效果
（6）促进教师的专业发展：信息技术为教师的专业发展提供了更加广阔的空间、更灵活的方式和更丰富的资源
3、信息技术对学校教育管理者的影响
（1）能力结构的更新：学校管理者的意识和能力，直接影响到学习教育的成败
（2）管理观念的转变：学校管理者需要接受新技术、新信息和新的管理思想，充分利用信息技术对学校进行综合统一管理
（3）管理手段的现代化：通过信息技术在学校中的恰当应用，把管理工作提高到一个新的水平，有效地促进教师和学校的共同发展
4、信息技术对其他人的影响
（1）家长：为家长教育孩子提供了多样化的途径
（2）企业员工：随着信息技术在企业培训中的应用，培训手段越来越多样化
（3）具有特殊需要的人群：信息技术为他们提供了丰富的学习工具和学习手段，让他们有机会回归教育的主流，保障了他们的学习权力
（4）成人及失学者：信息技术为他们的继续学习提供了有利条件
二、信息技术在教育中的应用领域（企业学家特社）
1、学校教育
（1）信息技术在教学中的应用
作为学习对象
作为学习工具
作为教学工具
（2）信息技术在学校管理中的应用
教职工信息管理
教务管理
学籍管理
图书管理
总务管理
学校概要信息管理
（3）信息技术在科研中的应用
在基础教育科研中的应用：为基础教育工作者开展科研工作提供了便利条件
在高等教育科研中的应用：强化高校的科研力量
2、企业培训
节约培训经费、企业生存的需要、个人发展的需要
3、家庭教育
家长之间沟通的渠道；利用信息技术可以很容易地将学校教育延伸到家庭教育之中
4、社区教育
信息技术形成的开放学习空间有利于社区成员广泛参与，有利于形成不同规模的学习型组织以及开发利用教育资源，从而提高居民的生活质量和文化素质水平
5、特殊教育
信息技术能够有效改善特殊儿童的学习条件，提高特殊教育的教学效果
三、教育信息化
1、定义
是指在教育领域全面深入的运用现代信息技术促进教育改革和教育发展的过程，其结果必然是一种全新的教育形态
2、教育信息化的要素（网络资源应产人才）
（基础）信息网络：是实现信息化的物质基础和先决条件，是教育信息化建设的重要内容
（核心）信息资源：是用于教育和教学过程的各种信息资源
（目的）信息技术应用：是教育信息化建设的基本出发点和直接目的
（保障）信息技术产业：指信息技术设备制造业和信息技术服务业
（保障）信息化人才：通识型/专业型教育信息化人才
（保障）信息化政策、法规和标准：为确保教育信息化工作的顺利进行，制定一系列政策、法规和标准，建立一套完善的促进信息化建设的政策、法规环境和标准体系，是教育信息化建设发展的重要条件和保障
3、学校信息化建设（校园网建设典型应用）
（1）教学：为教学活动的开展提供服务，如提供大量的教学资源，辅助教师备课，有利于学生进行自主学习、探究学习
（2）科研：为教师的科研提供服务，如提供丰富的资料
（3）管理：为学校教育教学管理提供服务，如辅助学校的学生学籍管理等
4、信息化人才必须具备的素养（失心机）
（1）技术素养：技术在为所有人提供学习机会，更好地服务于工作、交流、学习和生活等需求方面
（2）信息素养：其核心就是运用信息资源进行问题解决和创新活动
（3）视觉素养：一个人能在看的同时拥有并且能整合其他感官经验形成的一组视觉能力
第二章 网络技术与教育
第一节 网络技术
一、网络技术概述
1、计算机网络的定义
是计算机技术与通信技术相结合的产物。是将分布在不同地理位置并具有独立功能的多个计算机系统，遵照一定的协议，通过通讯设备和线路连接起来、以功能完善的网络软件实现计算机之间相互通信、资源共享的系统。
2、计算机网络的分类（按网络覆盖范围大小）
局域网、城域网、广域网、互联网
3、计算机网络的组成
（1）通信主体：是指具有独立操作系统的计算机，他能够完成数据信息的收集、存储、处理和输出任务，并提供各种网络资源
（2）通讯设备：计算机之间要互相通信和交换信息，就必须要具备一条信息传输通道和相应的信息传输设备
（3）通信协议：是指通信双方为相互通信而采用的某种规则和约定
4、计算机网络的拓扑结构
（1）总线型：易实现、易扩充、易维护，但故障检测比较困难
（2）星型：单个节点的故障不会影响到网络的其他部分，但中心节点的故障会导致整个网络的瘫痪
（3）环型：抗故障性能好，但网络中的任意一个节点或一条介质出现故障都会导致整个网络的瘫痪
（4）树型：易于扩展与故障隔离，但对根节点依赖性大
5、计算机网络的功能
（1）数据通信：用来快速传送计算机与终端，计算机与计算机之间的各种信息，包括文字信件、新闻信息、资讯信息等
（2）资源共享：“资源”指网络中所有的软件、硬件和数据资源。“共享”指网络中的用户能够部分或全部地接受这些资源
（3）提高网络的可靠性等
6、计算机网络的体系结构
（1）基本概念
网络体系结构：大多数采用层次式结构，即将一个计算机网络分为若干层次，处在高层次的系统仅利用较低层次提供的接口和功能，而不需了解低层实现该功能所采用的算法和协议
计算机网络协议：是指通信双方共同遵守的规则和约定的集合
（2）参考模型（OSI、TCP/IP）
OSI：物理层—数据链路层—网络层—传输层—会话层—表示层—应用层
TCP/IP：网络接口层—网络层—传输层—应用层
二、局域网技术
1、局域网协议：IEEE802标准
2、快速发展的以太网：IEEE802.3标准
（1）介质访问控制协议：CSMA/CD
优点：算法简单、应用广泛、提供了公平的访问
缺点：需要冲突检测
（2）三种以太网技术
10M位以太网
快速以太网
千兆以太网
3、令牌环网：IEEE802.5标准
（1）介质访问控制协议
（2）两种令牌环网技术
IBM令牌环：星型、环型
FDDI：多种拓扑结构
三、网络前沿技术
1、IPV6技术
（1）简化的报头的灵活的扩展：以减少处理器开销并节省网络带宽
（2）层次化的地址结构
（3）即插即用的联网方式
（4）网络层的认证与加密
（5）服务质量的满足
（6）对移动通信更好地支持
2、Web2.0
博客、新闻聚合、标签、社会性网路
3、无线局域网技术
灵活、建网迅捷、个人化
4、网格技术
四、网络技术应用
1、网络通讯工具
（1）实时聊天系统：允许世界上任何地方的两个或多个人通过互联网进行联系
（2）MUD/MOO：虚拟的“多用户空间”
（3）Wiki：多人协作的协作工具
（4）Blog:一种网络日志的表现形式
2、网络资源共享
（1）数据资源共享的技术：文件服务器技术、客户/服务器技术和缓存服务器技术等
（2）软件共享：是指由一个群体的各成员通过各自的计算机共同控制在一台计算机执行应用程序
（3）硬件共享：远程登录、网络打印和代理共享等
3、网络服务
（1）信息查询服务：是指网络具有丰富的信息资源可供人们阅读查看
（2）沟通交流服务：是指通过各种通信工具进行交流
（3）休闲娱乐服务：是指网络为人们提供如休闲文化、休闲旅游等多种休闲娱乐服务
（4）电子服务：是指服务提供商以互联网为传送载体向网民提供无形的产品服务
（5）电子商务：利用网络方式将顾客、销售商、供货商等部门紧密的联系在一起
第二节 网络技术在教育中的应用
一、网络对教育的影响
1、对教育的理解
（1）没有“围墙”的学校
(2)角色的转化，培养目标的多元化
2、对教学的理解
（1）网络教学资源丰富，形成了立体化的学习资源环境
（2）教师的教学手段和方法变得多样化
3、对学习的理解
（1）学习内容多样
（2）学习时空更为方便
（3）学习方式的改变，由原来的“不得不学习”变为“自己去学习”，是一种交互式学习，真正实现了发现学习
二、网络技术在教育中的应用实例
1、多媒体网络教室
功能
（1）广播教学：实时广播、教师广播、电子白板功能、转播示范、答题示范
（2）交互功能：师生之间、生生之间沟通交流
（3）远程控制：是指教师根据教学活动实际的需要，以远程要求学生机执行某种命令，达到相应的控制效果
（4）学生观察功能：教师可以通过教师机屏幕观看和检查网络上的全体学生或某个小组的学生的屏幕信息
（5）学生管理
（6）网络功能：发布/收取/提交文件，网上影院功能等
（7）电子考场功能：如录入、生成试题，在线考试、自动判卷、成绩统计等
实现方式
（1）纯软件方式：投资成本低、性价高、易升级；对网络宽带、网络可靠性、工作站的要求高
（2）纯硬件方式：安装简单、即插即用、兼容性好；投资大、性价比低、不易维护
（3）软硬结合方式：易学易用、易升级、对工作站要求低；投资大
应用方式
（1）课堂教学：教师讲授；指导学生练习
（2）多媒体辅助教学：激发学习动机，提高学习效率
（3）网络环境教学
意义建构：学生根据教学目标的要求，汇报学习成果
协作学习：异质分组
提出问题：分析教学目标、确定教学内容、提出问题
创设情境：创设与当前学习主题相关的情境
自主学习：学生根据自身情况，寻找适合自己的学习起点、学习任务难度等
2、网络教学
含义
（1）广义：指在教学活动过程中运用网络技术的活动
（2）狭义：指将网络技术作为构成新型学习生态环境的有机要素，充分体现学习者的主体地位，以探究作为主要学习方式的教学活动
网络教学模式
（1）定义：指在一定的教学思想和理论的指导下，借助多媒体计算机网络而形成的较为稳定的教学策略、结构和程序的活动范式
（2）要素
教学思想：在不同的教学思想和理论的指导下，会形成不同的教学模式
教学目标：是网络教学模式所追求的预期结果、运行的指南，是思想或观念的具体化表现
教学环境：是网络教学模式赖以运作的物质条件
教学策略：是指网络教学展开的步骤、过程、方式和方法的总和
人机关系：“人”是指教育者、学习者；“机”是指多媒体设备等技术环境
应用举例
中小学网校、高校网络教学实践、面向社会教育的网络教学实践
3、虚拟学习社区
概念：以建构主义学习理论为基础，基于计算机信息处理技术、计算机网络资源共享技术和多媒体信息展示技术的新型远程教育网络教学支持平台
特点：人际互动、情感交流、信息共享、角色扮演、信息开放多维和非线性组织
应用举例：嘉信西山小学虚拟学习社区、首师大虚拟学习社区网络教学支持平台、
4、分布式资源库
两个基本思想
（1）目录集中检索：指为用户提供一个覆盖本地区所有教育资源站点的最新资源目录，实现本地区不同教育资源站点的系统互访和资源共享
（2）资源数据分布存储：指资源库由多个资源站点组成，资源网内每一个提供资源信息服务的站点，都是资源网中的一个节点，存储实际的物理资源，资源节点之间基于一定的信任授权关系进行资源互访，资源元数据信息与目录中心进行目录信息同步，从而最终实现资源网内资源的分布式存储和分布式管理
应用举例
百年树人分布式资源中心、K12分布式资源建设平台、广东省教育资源网、北京高校网络图书馆“教学参考资源共享网”
第三章 多媒体技术与教育
第一节 多媒体技术
一、多媒体技术概述
基本概念
（1）媒介：使事物之间发生关系的中介体、手段、工具等
（2）媒体：承载和传递信息的实体
（3）多媒体：使用计算机交互式综合技术和数字通信网络技术处理多种表示媒体文本、图形、图像和声音，使多种信息建立逻辑连接，集成为一个交互系统
（4）多媒体技术：把文本、图形、图像、音频、动画和视频等多媒体信息通过计算机进行采样量化、编码压缩、编辑修改、存储传输和重建显示的一体化技术
基本元素：文本、图形、图像、音频、动画和视频
发展历程
（1）启蒙发展阶段
（2）初期应用和标准化阶段
二、关键技术
1、数字压缩与编码技术
多媒体数据压缩的重要性：就是以最少的数码表示信源所发的信号，减少容纳给定信息集合或数据采样集合的信号空间
多媒体数据压缩编码的种类：无损压缩（可逆压缩）、有损压缩（不可逆压缩）
多媒体数据压缩编码的国际标准：JPEG、MPEG、H.216
2、多媒体信息处理技术
图形图像处理技术
包括图形图像获取、存储、显示和处理
图形处理技术包括二维平面和三维空间图形处理技术
图像处理技术包括图像变换、图像增强、复原、合成、重建，图像分割、识别、压缩编码
音频视频处理技术
包括音频信息的采集、抽样、量化、压缩、编码、解码、编辑、语音识别、播放；视频信息的获取、数字化、实时处理、显示等
音频信号的数字化：声音—采样—量化—编码—数字化
3、多媒体存储技术：光存储、磁存储
4、多媒体网络与通信技术
（1）多媒体技术对网络、通信技术的要求
（2）流媒体对网络、通信技术的要求
5、多媒体专用芯片技术
（1）固定功能的芯片
（2）可编程数字信号处理器DSP芯片
6、多媒体系统软件技术
（1）多媒体操作系统
（2）多媒体数据库技术
三、应用领域
1、教育中的多媒体：多媒体计算机辅助教学
2、商业中的多媒体
出版业、咨询服务业、商业
3、家庭、娱乐与多媒体
多媒体手机、可视电话、卡拉OK点歌系统
4、在远程通信中的应用
多媒体医疗保健咨询系统、多媒体会议系统、远程监控系统
第二节 多媒体技术在教育中的应用
一、多媒体教学
1、教学媒体及其分类
（1）视觉媒体：幻灯机、投影仪、视频展示台
（2）听觉媒体：录音机、激光唱机、扬声器、调音台、扩音机
（3）视听觉媒体：电影、电视、VCD、DVD
（4）交互媒体：多媒体计算机
2、教学媒体选择的原则
（1）目标控制原则：为达到不同的教学目标需要使用不同的媒体去传输教学信息
（2）内容符合原则：各门学科的性质不同，运用的教学媒体会有所区别
（3）对象适应原则：不同年龄阶段的学生其认知结构有很大差别，教学媒体的设计必须与教学对象的年龄特征相适应
（4）现实可行原则：应根据具体的设备条件、社会环境和资金技术等可能实现的情况选择合适的媒体
（5）高效能原则：任何一种媒体都有他的特殊功能和效果
3、教学媒体选择的方法和模型
（1）“经验之塔”模型：“塔”的最低层的内容提供的学习经验最直观、具体，逐层上升直接感觉的程度越来越下降，趋向抽象的程度越来越高
（2）矩阵式：通常是二维排列，一维是媒体的种类；另一维是媒体的特性和作用
（3）“内容—目标—媒体”三维选择模型
内容：事实、概念、技能、原理、问题
目标：知识、领会、应用、分析、综合、评价
媒体：展示事实、创设情境、提供示范、呈现过程、设疑思辨
4、利用媒体教学的ASSURE模式
(1)Analyze Learners（分析学习者特征）：一般特征、具体能力特征（知识、技能、学习态度）、学习风格
(2)State Objectives（明确教学目标）：学习者在学完之后能做什么
(3)Select Methods,Media,and Materials（选择、修改或设计教学材料）
(4)Utilize Media and Materials（使用教学材料）
(5)Require Learner Participation（要求学习者参与）：学习者对他们所学到的内容进行练习
(6)Evaluate and Revise（评估及修改）：根据教学目标进行评估
二、应用实例
1、多媒体教室
（1）结果与组成：多媒体计算机、视频展示台、视频投影机、屏幕、录像机、影碟机、幻灯片、投影器、扩音机、音箱
（2）教学应用：课堂教学模式
2、多媒体语音实验室
（1）结构与组成：教师控制部分、信息处理部分、学生使用部分
（2）教学应用
个别化学习模式
协作学习模式：合作学习、小组学习
课堂教学模式
网络学习模式：准备所需要的网络资源—确立明确的教学目标—充分利用各种导航手段
虚拟仿真训练模式
3、微格教室
（1）分类与组成
从训练的规模来看
标准型：模拟教室（微型教室）、观摩研讨室、控制室、准备室、声锁间
集中控制下的分布式训练型：示范观摩室、控制室、多间模拟教室（微型教室）
从技术模式来看
视听型：摄像机、录像机、视音频切换器、混音器、监视器、平台控制器、话筒
多媒体型：在试听技术基础上引进多媒体技术和通信控制系统
从训练内容来看：教学技能训练型、实验技能训练型、运动技能训练型、音乐技能训练型
（2）基本系统结构：微型教室、主控室
（3）功能
教学功能：模拟教学、观摩示范
管理功能：实况录像与播放、教学转播、监视、控制、对讲
反馈评价功能：反馈及时、准确，评价客观、全面
（4）基本的教学模式：试教前的学习和研究—确定训练技能和编写教案—提供示范—微格教学实践：微型课堂，角色扮演，准确记录—反馈评价：重放录像，自我分析，讨论评价—修改教案—教学实习
4、交互白板
（1）系统组成
硬件组成和工作原理：白板、投影机、计算机、感应笔
软件系统和基本功能；工作界面和工作状态、一系列工具箱、一系列资源库、内置网络浏览器
（2）在日常课堂教学中应用交互白板的教学设计步骤
确定设计理念及理论依据
设计学习目标
分析学生
分析学习内容
设计环境与资源
设计教学评价
设计学习活动
（3）作用与优势
适合小班课堂教学
操作开放直观、可视性强
统一在白板操作、简便
学生主动参与
适合多种教学模式
5、电子书包：多功能网络阅读终端；提供师生互动；家长了解学生的学习情况
三、应用中存在的问题
1、教学模式和方法落后
2、盲目选择先进媒体，为了技术而用技术
3、教育资源良莠不齐，重复建设严重
4、媒体使用不当制约学生思维发展
第四章 人工智能与教育
第一节 人工智能概述
一、人工智能简介
1、基本概念：人工智能是一门综合了计算机科学、生理学、哲学的交叉学科。广义的讲，人工智能是关于人造物的智能行为
2、发展简史
萌芽期（1956年以前）
形成时期（1956—1961）
发展时期（1961年以后）
二、人工智能的研究与应用领域
1、专家系统：是一种模拟人类专家解决领域问题的计算机程序系统
2、人工神经网络：是以计算机网络系统模拟生物神经网络的智能计算系统
3、机器学习：是一门研究机器获取新知识和新技能，并识别现有知识的学问
4、模式识别：图像识别、文字识别、语音识别
5、数据挖掘：就是从大量的、不完全的、有噪声的、模糊的、随机的数据中，提取隐含在其中的、人们事先不知道的、但又是潜在有用的信息和知识的过程
6、自然语言理解与机器翻译：是研究如何让计算机理解人类自然语言的一个研究领域
7、自动定理证明
8、自动程序设计
9、智能控制：是一类无需人的干预就能独立地驱动智能机器实现其目标的自动控制
第二节 人工智能在教育中的应用
一、智能导师系统
1、基本模块组成
（1）领域知识模块（专家模块）：它包含了系统试图传授给学生的知识，代表了专家的智能
（2）学生模块：他证明了学生已经知道了什么和不知道什么以及学生的认知特点，代表了学生智能
（3）教师模块（教学策略模块）：主要是提供有针对性的教学策略，代表了教师的智能
2、应用举例
（1）南加利福尼亚大学信息科学学院的ADELE智能导师
（2）北卡罗来纳州州立大学计算机科学系多媒体实验室
二、智能答疑系统
1、基本概念：是将来自各地学生的问题和老师的解答有机的组织起来存放之相应的答疑库中，通过自然语言的语义理解技术来分析并自动匹配学生所提出的问题，自动给予问题解答的系统
2、内容和关键技术
（1）标准化技术：只有遵循统一的标准，才能很好的实现学校与学校之间、传统学习的学生与远程学习的学生之间答疑信息的资源共享
（2）自然语义理解技术
（3）数据统计和挖掘技术：通过分析学生在课程学习过程中提出的问题，可以发现教师授课过程中的缺陷，教师可以借此调整授课方式和授课内容
（4）教育搜索引擎技术
第五章 虚拟现实技术与教育
第一节 虚拟现实技术
一、虚拟现实概述
1、什么是虚拟现实技术
（1）基本概念：虚拟现实集成了计算机图形技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新发展成果，是一种由计算机生成的高技术模拟系统
（2）发展历程
1965年，首次提到虚拟现实系统的基本思想
1970年，出现了第一个功能较齐全的头盔显示器系统
80年代，取得瞩目成就
（3）不同分类
桌面式VR系统：参与者缺少完全的沉浸；缺乏真实的现实体验；成本低；应用广泛
沉浸式VR系统：高度实时性；高度沉浸感；支持多种交互设备并行
叠加式VR系统
分布式VR系统：多个用户可通过网络对同一虚拟世界进行观察和操作，以达到协同工作的目的
2、虚拟现实系统的构成
（1）虚拟现实软件：虚拟现实建模语言；Quick Time VR；Java 3D;Cult 3D;VET
（2）虚拟世界
（3）输入设备：位置跟踪器；传感手套；三维扫描仪；三维鼠标
（4）输出设备：立体显示设备；3D声音显示器；触觉和反馈的装置
（5）计算机
（6）与虚拟世界的交互过程
3、虚拟现实系统的关键技术
虚拟现实技术的重要特征
（1）多感知性：指除了一般计算机技术所具有的视觉感知之外，还有听、力、触、运动、嗅、味感知等
（2）存在感：即用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度
（3）交互性：是指用户对模拟环境内的物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度
（4）自主性：是指虚拟环境中的物体依据物理定律动作的程度
现有虚拟现实系统的关键技术
（1）动态环境建模技术
（2）实时三维图形生成技术
（3）人机交互技术
（4）应用系统开发技术
（5）系统集成技术
二、常用人机接口设备
1、视觉显示
高清晰显示器
眼部跟踪器
三维立体声耳机
头部方位跟踪器
高保真话筒
模拟触觉器
2、数据手套
Date Glove
Cyber Glove
Dower Glove
Dextrous Hand Master
三、虚拟现实系统的发展趋势
1、分布式虚拟现实系统：是指一个支持多人实时通过网络进行交互的软件系统，每个用户在一个虚拟现实环境中，通过计算机与其他用户进行交互，并共享信息
2、协同虚拟现实系统：其本质是分布式虚拟现实系统，在其建构的虚拟现实中，用户可以自由漫游，可以操纵物体，也可以与其他用户打招呼寒暄，其重点是研究支持协同工作的虚拟环境，其能重塑教育过程
3、虚实结合与增强现实：虚实结合是虚拟现实发展的必然趋势，虚实结合是把虚景与实景结合，以构造用户所需要的虚拟环境，增强现实，是虚拟环境和虚拟现实的一个变种，增强现实，允许用户看到实际世界虚拟对象责备融合到其他周围的世界上
第二节 桌面虚拟现实系统
一、什么是桌面虚拟现实系统
是一种在PC上实现的综合立体图形自然交互等技术，以营造与客观世界高度类似的逼真虚拟环境的应用系统，及是利用个人计算机和低级工作站进行仿真，计算机的屏幕用来作为用户观察虚拟境界的一个窗口，各种外部设备一般用来驾驭虚拟竞技，并且有助于操纵在虚拟情境中的各种物体
二、桌面虚拟现实系统特性
1、生动的计算机图形图像场景：计算机场景的生动表现形式依赖于计算机图像的效果。
2、自然的人机交互：为了达到有临场感的效果，虚拟现实的另外一个重要特征是人自然的人机交互，这种交互形式的要求是尽量让操作者感到是在真实环境中进行动作
3、通用的图形软件平台：在PC上建立虚拟现实系统，除了考虑软件平台以及一些重要的设备外，还必须考虑最终构成整个系统的软件平台
三、桌面虚拟现实系统基本配置
1、硬件系统：图形工作站、三维图形加速卡、数据手套、头盔式显示器、三枪CRT大屏幕投影仪、普通鼠标。
2、软件系统：Windows操作系统、图形建模软件和虚拟现实软件包
四、桌面虚拟现实系统的渲染引擎技术
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