主頁 > 技術文章 > 淺談虛擬教學係統在《單片機原理與應用》教學中的運（yùn）用 2024-10-09

淺（qiǎn）談虛擬教學（xué）係統在《單片機原（yuán）理與應用》教學中（zhōng）的運用

摘要：由於《單片機原理與應用》具（jù）有較強的抽象性，是一門綜合性和應用性很強的課程，學生學習起來往往難以理解，教學難度相（xiàng）對較大。另外，傳統的教學模式過於陳舊，教（jiāo）學手段過於單一，如果不對現有的教學模（mó）式進行升級，采用傳統的教學方法將很難（nán）達到教學目的（de）。為了使學生能夠更加直觀、深入的理解所學知識，根據實踐教學要求，通過對虛擬（nǐ）教學係（xì）統進行全（quán）新的開發和設計，建立（lì）起新的虛擬教學係統模（mó）式，從而（ér）達到培養學生邏輯思維能力和動手能力的目的。
　　和以（yǐ）往教學模式（shì）的差別在於，虛擬教學係統是建立在虛擬現實技術基礎上的新型教學模式。通過采用這種教學技術（shù）手段能夠營造出一個（gè）仿（fǎng）真的學習環境，通過對人體各種感官的刺激，使人體驗到（dào）身臨其境的感覺，刺激學生的（de）學（xué）習（xí）欲望，提高學（xué）習熱情，從而實現快速提高學習能力的目的。通過網絡技術、虛擬現實技術來實現教學，可以對單片機的硬件電（diàn）路原理進行（háng）直觀的演示和講解。采用（yòng）基於 Flex 的虛擬現實技術開發的教學係統，不但界麵美觀，用戶交互體驗感強，而且提高了學生的動手實（shí）踐能力和（hé）教學質量。
　　1.《單片機原理與應用》虛擬教學係統設計（jì）
　　1.1係統框架和功能模塊設計：
　　虛（xū）擬教學係（xì）統采用三層B/S結構，開發技術采用.NET，MXML+ Action Script，JavaScript技術等，數據庫采用SQL Server2000，其中第一（yī）層為客戶端層，該層主要表現（xiàn）為係統界麵，在Web瀏覽器上外掛Flay Player播放器，該層用來實現用戶與整個係統（tǒng）的交互，在該層中，部分頁麵可以采用Flex技術來建構（gòu）RIA應用程序，給用戶（hù）以豐富的人機交互體驗；第二層為業（yè）務層，該層主（zhǔ）要負責整個係統的邏輯業務，以此來完成（chéng）客戶端層與信息資源層之（zhī）間的數據（jù）交互；第三層（céng）為信息資源層，提供平台所需的場景信息與數據信息（xī），這一層實現信息資源的集中統一管理，該（gāi）層主（zhǔ）要（yào）包括師生信息庫、模型（xíng）庫、課件庫、試題庫等。係統功能模塊（kuài）主要包（bāo）括管理模塊、教學資源庫（kù）模塊、教學模塊以及協作（zuò）學習模塊。
　　1.2係統界麵設計：
　　界麵設計主要包括界麵布局、字體、頁麵色（sè）彩等環節。其設計原則在遵循藝（yì）術美的前提下更加（jiā）注重個（gè）性（xìng）化，強調教學係統所要（yào）表達的主題，淡化非主流信息對學（xué）習者的幹擾。對於虛擬（nǐ）教（jiāo）學係（xì）統（tǒng）的（de）界麵而言（yán），選用藍色為主體背景色，並通過調整色彩的透明度和飽和度來產生文字（zì）和圖標的（de）色彩，對需要交互對象（xiàng）的按鈕等工具采用三維立體（tǐ）的形狀來凸顯出（chū）虛擬係統的多感知性。采用Flex技術來優化網站界麵有著很大的優勢，它通過提供（gòng）豐富的（de）組件來增強網站界麵的表現（xiàn）力，使得界麵更為友好。可以采用圖表控（kòng）件，創建豐富的圖（tú）表，達到數據可視化效果。同時，Flex還（hái）提供了大量的用（yòng）戶（hù）交互組件，對於知識體係的呈現，利用【Combo Box】組件對所有知識點以列表的形式展現並（bìng）與用戶進行交互（hù）。
　　1.3導航策略設計：
虛擬教學係統的信息量巨大，內部信息之間的（de）關係複雜，在學習過程中，學習者由於缺乏單片機專業教師的指引，迷航現象（xiàng）時有發（fā）生，所（suǒ）以應當提供導航策略設計（jì），引導學生（shēng）進行有效學習，以（yǐ）提高學習效率。目前比較多的導航方式有（yǒu）檢（jiǎn）索導航（háng）、導航圖導航、菜單導航（háng）、書簽導航（háng）、提示導航、演示導航、觸摸區導（dǎo）航等。
1.4交互策略設計：
　　交（jiāo）互性主要包含人機交互以及人與人的交互（hù）。所（suǒ）謂（wèi）的人機交（jiāo）互，是指人與計算機之間使用某種對話（huà）手段，以一定的（de）交（jiāo）互方式，為完成確定任務（wù）而進行（háng）的人（rén）機之間信息交流（liú）的（de）過程，這種類型的交互是（shì）虛擬現實技術的（de）一個重要特征，也是虛擬現實技術應用於虛擬教學係統中的一個主要優勢，係統中的虛擬現實（shí）場景能（néng）否實現自然流暢的人機交互，將直接關係到係統設計的成敗（bài）。從技術特（tè）點來看（kàn），基於Flex的虛擬（nǐ）現（xiàn）實（shí）技術為交互性提（tí）供了很多的交互機製，如視（shì）點、導航、事件的發（fā）送與接收等。主要體現在（zài）：視（shì）點是用戶在人機交互的過程中通過改變攝像機的位置來改變觀察點，從而（ér）在不同（tóng）的位置場景顯現出（chū）不同的形態及具有空間感的三維效果（guǒ）；導航是用戶在虛（xū）擬（nǐ）場景（jǐng）中漫遊的信息指示，通（tōng）過導航，用戶（hù）可以在虛擬環境中（zhōng）移動或檢查某個對象；基於Flex的虛擬現實技術主（zhǔ）要（yào）是采用（yòng）Action Script腳本（běn）語（yǔ）言對虛擬環境中的對象產生（shēng）作用，通過編程控（kòng）製來發送及（jí）接收對象。
2.《單片機原理與應用》虛擬教學係統中應用實現：
　　2.1虛（xū）擬實驗室（shì）構建：
　　在Flex Builder 3開發（fā）環境中，借助Papervision3D開源的3D引擎，建立一個Sphere形體，然（rán）後對形體進行貼圖，最後固（gù）定Camera的坐標，通過舞台上鼠（shǔ）標移動的（de）距離來控製Camera旋轉的角度，從而實現360°全方位的展示。
　　2.2單片機及相關硬件的三（sān）維虛擬模型展（zhǎn）示：
　　Papervision3D中也自帶一些基本的形體（球體、立方體、平麵、圓錐等），但無（wú）圖形界麵，不（bú）能像專業的建模工（gōng）具那樣通過點擊、拖拽（zhuài）等操（cāo）作來創建幾何體，要實現一些複雜的模（mó）型，就需要借助（zhù）3DS MAX、MAYA等工具。在3DS MAX中可以通（tōng）過Polygon多邊形建模、特殊（shū）建模、修改建模、Patch麵片建模、NURBS建模等方式來建構出虛擬場景及儀器模型，然後通（tōng）過材質為模型表麵加入色彩、光澤和紋理等來達到與真實事物相似的特性。建模的過（guò）程中，在不影響模型整體效（xiào）果的情（qíng）況下盡量減少多邊形的個數以達到減小輸出文件的體積（jī）。
　　2.3 MXML+Action Script編程控製
　　MXML是一種描述Flex應用程序界麵的XML語言，它通過一組標簽集來定義用戶界（jiè）麵，同時提（tí）供（gòng）一些不可（kě）見類（lèi）庫的調用，在開發虛擬實（shí）驗時，可以在Flex工程文（wén）件（jiàn）中利用MXML語言來設計界麵元素，優化界麵美觀，增強人機（jī）交互體驗（yàn）。Action Script是一種麵（miàn）向對象的腳本語言，在Flex中，用戶（hù）可以采用的標簽來嵌入Action Script代碼，也可以從獨立的外部文件來導入（rù）相關代碼。在開發虛擬實驗的過程中，Papervision3D作為外部的類庫導入到（dào） Flex Builder開發（fā）工（gōng）具中，放置在Flex工程文件目錄下（xià）src文件中來（lái）進行調用。
作為虛擬現（xiàn）實技術之一的桌麵虛擬現實技術具有開發（fā）成本低、不（bú）需要昂貴的（de）虛擬現實（shí）設備、隻需在客戶端安裝相應插（chā）件即可，應用價值較高，推廣性強，更（gèng）適合應（yīng）用於單片機（jī）教學之中。同時，虛擬協同工作、儀器的遠程虛擬仿真操作技（jì）術等方麵有待更深入的探索與創新，這些也（yě）將是作者進一步研（yán）究（jiū）的方向。

上一篇（piān）：水電站自動化技術及其（qí）應用的研（yán）究
下一篇：CY型液（yè）壓操（cāo）動機構的檢修與改進

淺（qiǎn）談虛擬教學（xué）係統在《單片機原（yuán）理與應用》教學中（zhōng）的運用

我（wǒ）們（men）的優勢：