【浅谈虚拟教学系统在《单片机原理与应用》教学】单片机原理

浅谈虚拟教学系统在《单片机原理与应用》教学

和以往教学模式的差别在于，虚拟教学系统是建立在虚拟现实技术基 础上的新型教学模式。通过采用这种教学技术手段能够营造出一个仿真的学习环 境，通过对人体各种感官的刺激，使人体验到身临其境的感觉，刺激学生的学习 欲望，提高学习热情，从而实现快速提高学习能力的目的。通过网络技术、虚拟 现实技术来实现教学，可以对单片机的硬件电路原理进行直观的演示和讲解。采 用基于 Flex 的虚拟现实技术开发 的教学系统，不但界面美观，用户交互体验 感强，而且提高了学生的动手实践能力和教学质量。

1.《单片机原理与应用》虚拟教学系统设计 1.1系统框架和功能模块设计 虚拟教学系统采用三层B/S结构，开发技术采用.NET，MXML+ Action Script，JavaScript技术等，数据库采用SQL Server2000，其中第一层为客户端层， 该层主要表现为系统界面，在Web浏览器上外挂Flay Player播放器，该层用来实 现用户与整个系统的交互，在该层中，部分页面可以采用Flex技术来建构RIA应 用程序，给用户以丰富的人机交互体验;第二层为业务层，该层主要负责整个系 统的逻辑业务，以此来完成客户端层与信息资源层之间的数据交互;第三层为信 息资源层，提供平台所需的场景信息与数据信息，这一层实现信息资源的集中统 一管理，该层主要包括师生信息库、模型库、课件库、试题库等。系统功能模块 主要包括管理模块、教学资源库模块、教学模块以及协作学习模块。

1.2系统界面设计 界面设计主要包括界面布局、字体、页面色彩等环节。其设计原则在 遵循艺术美的前提下更加注重个性化，强调教学系统所要表达的主题，淡化非主 流信息对学习者的干扰。对于虚拟教学系统的界面而言，选用蓝色为主体背景色，并通过调整色彩的透明度和饱和度来产生文字和图标的色彩，对需要交互对象的 按钮等工具采用三维立体的形状来凸显出虚拟系统的多感知性。采用Flex技术来 优化网站界面有着很大的优势，它通过提供丰富的组件来增强网站界面的表现力， 使得界面更为友好。可以采用图表控件，创建丰富的图表，达到数据可视化效果。

同时，Flex还提供了大量的用户交互组件，对于知识体系的呈现，利用【Combo Box】组件对所有知识点以列表的形式展现并与用户进行交互。

1.3导航策略设计 虚拟教学系统的信息量巨大，内部信息之间的关系复杂，在学习过程 中，学习者由于缺乏专业教师的指引，迷航现象时有发生，所以应当提供导航策 略设计，引导学生进行有效学习，以提高学习效率。目前比较多的导航方式有检 索导航、导航图导航、菜单导航、书签导航、提示导航、演示导航、触摸区导航 等。

1.4交互策略设计 交互性主要包含人机交互以及人与人的交互。所谓的人机交互，是指 人与计算机之间使用某种对话手段，以一定的交互方式，为完成确定任务而进行 的人机之间信息交流的过程，这种类型的交互是虚拟现实技术的一个重要特征， 也是虚拟现实技术应用于虚拟教学系统中的一个主要优势，系统中的虚拟现实场 景能否实现自然流畅的人机交互，将直接关系到系统设计的成败。从技术特点来 看，基于Flex的虚拟现实技术为交互性提供了很多的交互机制，如视点、导航、 事件的发送与接收等。主要体现在：视点是用户在人机交互的过程中通过改变摄 像机的位置来改变观察点，从而在不同的位置场景显现出不同的形态及具有空间 感的三维效果;导航是用户在虚拟场景中漫游的信息指示，通过导航，用户可以 在虚拟环境中移动或检查某个对象;基于Flex的虚拟现实技术主要是采用Action Script脚本语言对虚拟环境中的对象产生作用，通过编程控制来发送及接收对象。

2.《单片机原理与应用》虚拟教学系统中应用实现 2.1虚拟实验室构建 在Flex Builder 3开发环境中，借助Papervision3D开源的3D引擎，建立 一个Sphere形体，然后对形体进行贴图，最后固定Camera的坐标，通过舞台上鼠 标移动的距离来控制Camera旋转的角度，从而实现360°全方位的展示。2.2单片机及相关硬件的三维虚拟模型展示 2.3 MXML+Action Script编程控制 MXML是一种描述Flex应用程序界面的XML语言，它通过一组标签集 来定义用户界面，同时提供一些不可见类库的调用，在开发虚拟实验时，可以在 Flex工程文件中利用MXML语言来设计界面元素，优化界面美观，增强人机交互 体验。Action Script是一种面向对象的脚本语言，在Flex中，用户可以采用的标 签来嵌入Action Script代码，也可以从独立的外部文件来导入相关代码。在开发 虚拟实验的过程中，Papervision3D作为外部的类库导入到 Flex Builder开发工具 中，放置在Flex工程文件目录下src文件中来进行调用。

3.总结 作为虚拟现实技术之一的桌面虚拟现实技术具有开发成本低、不需要 昂贵的虚拟现实设备、只需在客户端安装相应插件即可，应用价值较高，推广性 强，更适合应用于教学之中。同时，虚拟协同工作、仪器的远程虚拟仿真操作技 术等方面有待更深入的探索与创新，这些也将是作者进一步研究的方向。