大学物理实验虚拟系统设计与交互式教学的实现
MATLAB在大学物理课程及实验教学中的应用(1)
MATLAB在大学物理中的应用形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等软件的优点，使MATLAB成为一个强大的数学软件。
在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C++，JAVA的支持。
可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用，此外许多的MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用。
20世纪70年代，美国新墨西哥大学计算机科学系主任Cleve Moler为了减轻学生编程的负担，用FORTRAN编写了最早的MATLAB。
1984年由Little、Moler、Steve Bangert 合作成立了的MathWorks公司正式把MATLAB推向市场。
到20世纪90年代，MATLAB已成为国际控制界的标准计算软件。
布朗运动表述的是悬浮在流体中的微粒受到流体分子与粒子的碰撞而发生的不停息的随机运动，其运动的剧烈程度受温度影响．这一运动比较抽象，我们可以用MATLAB 仿真，将其可视化．模拟效果如图 1 所示．图1 布朗运动的模拟效果图部分程序如下：axes（handles．axes1）；global k；n = 50；x = rand（n，1）－0．5；y = rand（n，1）－0．5；h = plot（x，y，'．'）；axis（［－1 1 －1 1］）；axis square；grid off；set（h，'EraseMode'，'Xor'，'MarkerSize'，24）；if k ＞= 0；for i = linspace（1，10，10000）drawnowx = x + k /10000．* randn（n，1）；y = y + k /10000．* randn（n，1）；set（h，'xdata'，x，'ydata'，y）；endelseinput（'Error'）；end力学中的简谐振动和阻尼振动也可以用MATLAB 将其化为可视图形．如图 2 所示：2. 2 光学现象如干涉和衍射是光学中的重要物理现象，我们通过MATLAB 来实现衍射现象的可视化．单缝衍射程序：·40·李仲，董松，炊万年，沈武鹏：MATLAB 在大学物理课程及实验教学中的应用图2简谐振动规律和阻尼振动规律模拟效果图图3单缝衍射效果图functionpushbutton1_Callback（hObject，eventdata，handles）a = －2* pi：0．0001* pi：2* pi；P = （1 －sinc（a））．^2；plot（a，P）lgray = zeros（256，3）；for i = 0：255lgray（i + 1，：）= （255 －i）/255；endimagesc（P）colormap（lgray）可视化效果如图 3 所示．还可根据单缝宽度来获得不同的衍射图像．2. 3 电磁学现象等量异种电荷电场线的［x ，y ］= meshgrid （ － 2： 0. 1： 2，－ 2： 0. 1： 2） ； % 以 0. 1 为步长建立平面数据网格 z = 1. / sqrt （ （ x － 1） . ^2 + y. ^2 + 0. 01）－ 1. / sqrt （ （ x + 1） . ^2 + y. ^2 + 0. 01） ； % 写电势表达式 ［px ，py ］= gradient （ z ） ； % 求电势在 x ，y 方向的梯度即电场强度 contour （ x ，y ，z ，［－ 12，－ 8，－ 5，－ 3，－ 1，－ 0. 5，－ 0. 1，0. 1，0. 5，1，3，5，8，12］） % 画等势线·41·青海民族大学学报（教育科学版）hold on % 作图控制quiver（x，y，px，py，'k'）% 画出各点上电场的大小和方向等量异种电荷电势线描绘：［x，y］= meshgrid（－5：0. 2：5，－4：0. 2：4）；% 建立数据网格z = 1. / sqrt（（x －2）. ^2 + y. ^2 + 0. 01）－1. / sqrt（（x + 2）. ^2 + y. ^2 + 0. 01）；% 电势的表达式mesh（x，y，z）% 三维曲面绘图图4 等量异种电荷电场线及电势线描绘3 物理实验数据处理在物理实验中，通常对数据采用的是手工处理方法，常见的有列表法，作图法等，这些方法往往速度慢，效率低，而且过于繁琐．如最小二乘法是采用数理统计的方法来处理实验数据的，相比于图解法，用该方法处理实验数据更科学、更可信．但由于该方法复杂，计算量大，学生们很难顺利完成，而运用MATLAB 可以精确实现．它克服了最小二乘法计算量大的缺点，又简便易懂，很容易为学生所掌握，同时能拟合出较准确的曲线，轻松实现数据可视化．如在电阻的伏安特性曲线的绘制中，已知测得的电流、电压值分别为0. 662，0. 712，0. 782，0. 841，0. 931，0. 988A0. 1720，0. 1846，0. 2024，0. 2182，0. 2364，0. 2560V；可以用MATLAB 所提供的数据拟合多项式函数polyfit 和评估多项式函数polyval 来进行曲线拟合，并且可以计算误差平方和，方便的得到伏安特性曲线、电阻值和计算误差. 程序如下：x = ［0. 1720，0. 1846，0. 2024，0. 2182，0. 2364，0. 2560］；y = ［0. 662，0. 712，0. 782，0. 841，0. 931，0. 988］；·42·李仲，董松，炊万年，沈武鹏：MATLAB 在大学物理课程及实验教学中的应用p1 = polyfit（x，y，1）；% 一次多项式拟合p2 = polyfit（x，y，9）；% 九次多项式拟合q1 = polyval（p1，x）；q2 = polyval（p2，x）；s1 = sum（（y －q1）. ^2）；% 一次多项式误差平方和s2 = sum（（y －q2）. ^2）；% 九次多项式误差平方和plot（x，y，'* '）hold onplot（x，q1，'r'）hold onplot（x，q2，'b：o'）grid onp1，q1，s1，p2，q2，s2MATLAB 绘制的伏安特性曲线如图5 所示．拟合次数越高，曲线越精确，可以看出，一次拟合结果为：R = 3．9653 ±（2．5345e －004）Ω4 结语应用MATLAB 设计程序对物理现象规律进行模拟仿真，实现了物理现象、规律描述的可视化．通过物理实验数据处理程序的设计，可推动大学物理实验教学现代化的改革．这项实践活动不仅有助于增强学生对物理课程学习及MATLAB 软件应用开发的兴趣，还可实际应用于大学物理课程及实验教学的活动中．学以致用，是提高大学课程教学效果的有效途径和手段．参考文献：［1］苏金明，张莲花，刘波．MATLAB 工具箱应用［M］．北京：电子工业出版社，2002．［2］彭芳麟．数学物理方程的Matlab 解法与可视化［M］．北京：清华大学出版社，2004．［3］熊万杰．MATLAB 用于物理教学［J］．物理通报，2004，（2）16 －19．·43·感谢您试用AnyBizSoft PDF to Word。
以目标为中心的交互式大学物理课堂教学改革
以 目标为巾心响交互式大学物理课堂教学改晕
安徽理工大学理学院，陈昌兆
［ 摘 要］ 本 文以工科大 学大学物 ： 哩的课 堂教 学为例 ， 阐述传 统教学方 法在 学生能力和创造性培养上的缺 陷和 不足之 处， 并从认知科 学的 角度对 学习过 程进 行 了分析 ， 提 出了以 目 标 为 中心的交互式 大学物理课 堂教 学方法 ， 这对 于提 高当前 的大学物理教 学水平 有一
定］ 大学物理 认知科学 交互式教 学
大学物理是 当前工科 学校Ｔ程技术 以及 电子信 息类 专业的一 门公 共 基础课 。课 程 的开设不 仅为后 续专 业课程 学 习打好必 要的 物理基 础， 更 重要的是要培养 学生现代科学的 自 然观 、 宇 宙观和辩证唯物 主义 世 界观 ， 培养学生 的探 索 、 创新精神 ， 培养学生 的科学 思维能力 ， 掌握科 学 方法。在 目前 的中国工科 院校 ， 大学物理课程的开设普遍放在第 ２ 、 ３ 学期 ， 即在完成一 元微积分 学习之后 。教师 的课 堂讲授是课 堂教学最 常用的方法 ， 讲授 内容主要包括经典力学 、 热学 、 电磁 学和光学 ， 另外也 包括２ ０ 世纪初建立起来 的近代物理 的少量 内容。 单纯 的课 堂讲授 是一种传 统的课堂教 学方法 ， 这种教学方 法 的最 大缺点体现在学 生学习的被动性上 。物理教 育者 曾经专门对这种方法 进行评估 ， 发现其效 果并不理想 。但这种传统 的方法能一直延续至今 ， 最重要的原 因在 于当前的教学效果 的评 价标 准。一味的追求学生应用 公式求解定量 问题 的能力 ， 而忽略物理教学 中最 重要 的东西 ， 即功能性 的理解 和科学推理 能力 。这 种缺失不是 某个学生 或教师 的原 因 ， 而是 教学方法上 的欠缺所致 。Ｍ ｃ Ｄ ｅ ｒ ｍ ｏ ｔ ｔ 是 一名专 门从事物 理教学研究 的 国际知名专 家， 他将传 统的教学方法概括 出如下特征 ： （ １ ） 说教式 的教学 把知识 以填鸭式 的方式灌输给学生 ， 教师成为课 堂教学的主动者 ， 学生 只是接受 知识 的被 动者 ； （ ２ ） 标准化 的测试和课后 作业是检测 教学效果 的重要工具 ， 但擅 长此道的学生未必能取得对 物理概念的功能性理解 ； （ ３ ） 传统 的大学物理教学过分强调定量计 算而忽略了定性模型 的建立过 程， 学生 很难理解 概念之 间的联系和 区分 ， 如力学 中的速度 和加速度 ， 热学 中的熵 和焓 ， 光学中的干涉和衍射等 ， 由于割裂了概念之间 的内在 联系 因而也就难 以在头脑 中建 立一贯 的概 念框架 ； （ ４ ） 传统 的教学方法 不利于培养学生 的科学推理能力 ， 更不利 于学 生实际应用能力 的培养 ， 在这种教 学方法 下 ， 只有靠 重复实验或 实践才 能建立书本 知识 和外界 现实世界之 间的关联 ， 否则学 生将永 远被 淹没在 虚拟的知识海洋中。 ４ ０ 多年前 ， 认知科学 最重要 的进 展就是发 展了强有力 的工具去深 入研究思考 和学 习过程以及能力 的提高 方法 。其 中跟物理教学紧密相 关的是增 强 了人们 对能力本 质以及知识 组织原则 的认 识 ， 这些 都是人 们解决科学 问题 的关键。对学 习和知识迁移 的研 究揭示 了构建学 习经 验的重要 法则 ， 即积累 的经 验能将所学 知识用 于新 的环境 。这 些基本 认 识构 成 了瑞 士心理 学家 Ｊ ｅ ａ ｎ Ｐ ｉ ａ ｇ ｅ ｔ 结构 主义 的重要基 础 。个 体会 主动 的将 所学 的知识 建构起来 ， 建构过 程需要学 习者的精神参 与但会 受到 已有 知识 的影 响 。如果 已有知识与 新知识相 冲突 ， 新构 建的知识 结构将不 利于长期 的记忆 ， 同样很难应 用于各种各 样的环境 。认知科 学有三个最重要 的发现 ， 它们都跟物理教学密切相关 ： （ １ ） 进入新 的教学 环境 中的学生都不 是一张 白纸 ， 他们脑 中的先前概 念要么来 自生活经 验， 要 么来 自先前 的课堂教 学 ， 没有这些 先前概念 的参与过程 ， 就不会 掌握新的概念 ， 抑 或学习仅仅是为 了应付考试 ， 新 的知识无法在脑海 中 打下深深 的烙 印 ， 一旦 走出课堂就又 回到原先 的知识结 构 ； （ ２ ） 具有深厚 的事实性 知识 、 在 概念框架 的背景下理 解事实 和思 想以及 以方 便应用 的原则组织知识才 是提 高能力的重要因素 ； （ ３ ） 元认 知 ， 或者说对认知 的 认 知可以帮助学生确立学 习 目标并监视 实现 目标 的进 程。 认知科学上 的重要 结论对大学物理 的课 堂教学 有着 重要的启示作 用 。先前 的概念 固然 要参与新 概念 的形成 过程 ， 但 是在传统 的教学方 法下， 机 械的传授往 往会导致 先前概念 和新概念 的冲突性 。举 个例子 来说， 中学物理教材 上的物理光学明确指 出光是一种 电磁波 ， 光的波动 性 可 以用来 预测 和解释一 切跟 干涉 、 衍 射 以及偏振 相关 的光学现 象 。 这种先人为主 的观 点将 使得学生在后续 的学 习中拒 绝对 具体的问题进 行 更加深入 的理解 。对于像狭 缝的宽度 变窄 ， 衍射 的极小将远 离图案 的中央如此 简单 的问题 ， 只有极 少数学 生能对此作 出正确 的推 理 。甚 至有很多学 生 同时应 用几何光 学和物理光 学去解 释衍 射 ， 即用 几何光 学 处理通过狭缝 中心的光而用波动光学处理狭缝边缘 的光。这些不正 确 推理的出现或多或少都与先前概念 的顽 固性有关 。 仅仅 先前概念 的顽 固性 这一个因素就足 以引导学生走 上认 识上的 歧途 ， 就更不用说像事 实性 知识缺乏 、 概念框架 的不完整 以及对元认知 的无知等其 它因素 的影响 。在 传统的教学 方法 中， 这 些跟能力 培养息 息相 关的因素往往无法 伸张。学生能力和创造性 的培养 必须充分调动 学 生学 习的主动性 ， 这是一切教 学方法改革 的关键所 在。物理学 工作 者 提 出了很 多的教学 方法并完 成了相关 的测试和评估 ， 如交互式 教学 法、 情景教 学法等 。对我们而言 ， 重要 的不 是创建新 的教学方法 ， 而是 选 取 已有 的教学方法并 根据特 定的教学对 象和环境进 行调整 、 完善和 深化， 真 正做到为我 所用 。结合 认知科学上 的重要发 现以及 目 前 工科 学校 的教 学实践 ， 大学物理的课堂教学改革可 以从 以下几个方 面着手 。 细化教学 目标 教 学 目标 可 以是 一般性 的 ， 也 可 以是具 体 的 。按照 认知 科学 家 Ｂ ｌ ｏ ｏ ｍ 的分类方 法 ， 教学 目标一般 涵盖知识 、 理解、 应用 、 分析 、 综 合和 评估六个 方面。它们必须具体化并贯彻到大学物理 的课堂教学 中去 ： （ １ ） 正确 使用物理 概念和术语 ， 对于相似 的物理概 念能够作 出明确 的区分 ， 如质量和重量 ， 磁场强度和磁感应强度 ， 内能和机械能等 。
基于VRML技术的虚拟实验室的设计与实现
基于VRML技术的虚拟实验室的设计与实现
崔贯勋;刘加伶;王勇;张异;张自平;倪伟
【期刊名称】《实验技术与管理》
【年(卷),期】2011(028)001
【摘要】虚拟实验有助于提高学生的自主学习兴趣、创新能力、实际动手能力和综合素质.针对实验教学的特点,对基于VRML技术的虚拟实验系统进行功能分析和结构设计,并对虚拟模型的建立和优化、虚拟实验中的交互以及交互过程中对数据库的访问等关键技术进行研究.实践证明,基于VRML的虚拟实验系统是切实有效的.【总页数】3页(P88-90)
【作者】崔贯勋;刘加伶;王勇;张异;张自平;倪伟
【作者单位】重庆理工大学,计算机科学与工程学院,重庆,400054;重庆理工大学,计算机科学与工程学院,重庆,400054;重庆理工大学,计算机科学与工程学院,重
庆,400054;重庆理工大学,计算机科学与工程学院,重庆,400054;重庆理工大学,计算机科学与工程学院,重庆,400054;重庆理工大学,计算机科学与工程学院,重
庆,400054
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.9
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虚拟教育设计策划方案
虚拟教育设计方案背景：随着信息时代的进展，数字化三维虚拟仿真技术以其画面逼真精美、运行高效便捷、功能丰富有用、查询治理信息直观方便等特点逐渐应用在各个领域，国内院校也同样期望着在校园建设成果展示、学校品牌推广、教学辅助与校园资源治理等方面全面实现三维数字化。
三维虚拟校园平台系统正是顺应这种需求而产生，在国内迅速普及。
三维虚拟校园平台是指利用计算机虚拟现实技术、网络技术、网络三维技术、数据库技术等对学校的建筑三维数据、建筑室内外结构、建筑相关属性信息、教学设施相关信息和教学资源信息进行处理，建立基于互联网扫瞄器展示的可交互的三维虚拟校园应用平台，并在此基础上实现学校教学治理所需的各种功能。
三维虚拟校园能够实现三维虚拟校园展示、学校建设成果宣传、楼宇教室查询、自主校园漫游、人机交互体验、网络互动交流、仿真课堂体验、院校设施设备治理等功能，最重要的是其能够直接在互联网网页扫瞄器中直接登录使用，使用户能够不受时刻和空间的限制，直接在线扫瞄和使用虚拟校园提供的各种应用。
目前国内越来越多的院校差不多逐步建设了三维虚拟校园平台系统，比如北京大学、清华大学、浙江大学、北京师范大学、北京外国语大学、上海同济大学等闻名高校，众多高职、中职、中小学院校也正在陆续开展网上三维虚拟校园建设。
随着网络时代的来临，网络教育迅猛进展，尤其是宽带技术和校园网大规模应用的今天。
国内一些高校差不多开始逐步推广、使用虚拟校园教学模式。
虚拟现实技术具有广泛的作用和阻碍,亲身去经历、亲身去感受比空洞抽象的讲教更具讲服力。
主动地去交互，与被动的观看，有质的差不，尤其在虚拟教学、虚拟实验、虚拟仿真校园、科技研究等方面的应用更为广泛性。
虚拟教学系统分为原理教学和动态教学.原理教学要紧指的是传统的课件制作,把课件中的图片做成动态三维的形式,改变教育模式,不用再通过乏味的幻灯片技术教学,将教学步骤完美的融合到教学中,让学生不在死守在书本上面,却又心不在焉的想着自己的情况,不同于传统的教育模式,所有的教育步骤一气呵成,使学生学习兴趣浓厚,教学质量显著提升.动态教学确实是把物理化学实验中一些大型不易操作的实验或一些因含有有毒气体学生不能进行操作的实验,通过虚拟现实技术,学生能够在网上进行操作,丝毫没有束缚之感,让学生有一种身临其境的感受.成功案例有虚拟现实技术划分四类：1、桌面虚拟现实桌面虚拟现实利用个人计算机和低级工作站进行仿真，将计算机的屏幕作为用户观看虚拟境地的一个窗口。
大学物理实验虚拟系统设计与交互式教学的实现
（ 西师 范大 学 广
丹 ，丁世 忠
桂林 ５ １０ ） ４ ０ ４
物理 科 学 与 技术 学 院 ，广 西
摘要 ：大学物理 实验在培养学生 实验操作 能力、观察能 力、分析和解决 问题 能力方 面发挥 着重要 的作 用。但是 。由于受 实
验 室条 件 和课 程 时 间的 限 制 ，实 际教 学 未 能 真 正做 到 实验 室 的 全 面 开 放 ．不 能 满 足 学 生 多层 次 的 学 习 需 求 ，虚 拟 实验 系 统
ｒ ｔ ｎ，ａ ａｙ ｉｇａ ｄ ｓｌｉｇｐｏ ｌｍ． Ｈｏ ｅｅ ，ｄ ｅｔ ｈ ｉ ｔ ｏ ａ ｏａｏｙｃ ｎ ｉｏ ｓａ ｄｔｅ ｃｕｅ ｉ ａｏ ｉ ｎ ｌｚｎ ｏｖｎ ｒｂｅ ｎ ｗ ｖｒ ｕ ｏ ｔｅｌ ｓ ｎ ｌｂ ｒｔｒ ｏ ｄｔ ｎ ｎ ｈ ｏ ｌｅｔ ｍｉ ｉ ｍｅ，ｔｅａ ｔａ ｅ ｃ ｉｇ ｈ ｃｕｌｔａ ｈｎ
Ａｂ ｔａｔ ｓｒ ｃ ：Ｃｏ ｅ ｅｐ ｙ ｉｓｅ ｐ ｒｍｅ ｔ ｅｃ ｉｇｐａｓａ ｍｐ ｒ ｎ ｏｅｉ ｏｔｒ ｇｓｕ ｅ ｔ’ ｂｌｉ８ｏ ｘ ｅｉ ｎａ ｐ ｒｔ ｎ ｂｅ＇ ｌ ｇ ｈ ｓｃ ｘ ｅ ｉ ｎ ａｈｎ ｌｙ ｎｉ ｏｔ ｔｒｌ ｎｆｓ ｉ ｔｄ ｎｓ ａ ｉｔ ｆ ｐ ｒ ｔ ａ ｅｎ ｉｅ ｅ ｍｅ ｔｌ ｅａｉ 。０ ８ｌ ｏ ｏ －
第 ９卷 第 ５期 ２１ 年 ｌ ０ １ Ｏ月
实 验科 学 与技 术
Ｅ ｐ ｒ ｎ ｃｅ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｘ ｅ ｉ ｔＳ ｉｎ ｅ ａ ｄ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｍｅ
Ｖｏ ． Ｌ ９ ＮＯ ５
Ｏｃ． ０ １ ｔ２ １
、
大学物理 实验虚拟系统设计与 交互式教 学的实现
教师教育技术应用案例分析
教师教育技术应用案例分析概述：教育技术的快速发展已经成为现代教育领域的重要特征。
教师作为教育的主要实施者，对教育技术的应用起着至关重要的作用。
本文将通过分析一些教师教育技术应用的案例，探讨其对于教学的影响，并探索如何有效地整合教育技术以提高教学质量。
案例一：虚拟实验室的应用虚拟实验室是一种基于计算机技术的数字化学习工具，可以提供实验室环境下的实验操作和观察。
在某高中化学课堂上，老师使用虚拟实验室进行化学实验教学，学生通过模拟实验的方式参与实践。
结果显示，学生对实验过程有更深入的理解，并能通过可视化的效果更好地掌握实验技能。
这种教育技术的应用不仅减少了实验设备的投入，还提高了学生的实验经验。
案例二：个性化学习平台的运用个性化学习平台是一种基于学生个别差异的教学方案。
在一所小学的课堂上，教师利用个性化学习平台为学生提供了专门的学习内容和评估方式。
通过诊断测试和学习进度追踪，教师能够更准确地评估学生的学习情况，并根据学生的学习需求进行有针对性的教学。
结果显示，学生在个性化学习平台下取得了更好的学习成绩，同时也增强了学生对学习的主动性。
案例三：在线教育平台的运用在线教育平台是一种基于互联网技术的远程教学方式。
在一所大学的课堂上，教师使用在线教育平台为学生提供了在线课程和学习资源。
学生可以在自己的时间和地点进行学习，通过在线讨论和互动，与教师和其他学生进行交流。
结果显示，学生对在线课程的满意度较高，并能更好地调动学习的积极性。
同时，教师也能够更好地跟踪学生的学习进程，并根据学生的反馈及时做出调整，以提高教学效果。
案例四：移动学习应用的实践移动学习应用是指利用移动设备进行学习的一种方式。
在某高中的语文课堂上，教师允许学生使用手机等移动设备进行课堂互动和学习资料的获取。
通过移动学习应用，学生可以随时随地进行课外扩展和学习资源的获取，增强了学生的学习效果。
同时，教师也可以利用移动学习应用进行课堂评价，实时了解学生的学习情况。
物理教学毕业论文题目
物理教学毕业论文题目论文题目是全文给读者和编辑和第一印象，文题的好坏对论文能否利用具有举足轻重的作用。
一个好的物理教学论文题目应尽可能在一完整的的句子中囊括三个基本要素，即研究对象、处理方法和达到的指标，使读者和编辑对论文研究的内容一目了然。
下面是学术堂整理的部分关于物理教学毕业论文题目，希望能够帮助到大家。
物理教学毕业论文题目一：1、初中物理“思维型”课堂教学及其对学生创新素质的影响研究2、西藏中学物理教学中的术语教学研究3、物理探究课有效教学评价指标体系构建研究4、基于思维导图的中学物理教学实证研究5、徼课在高中物理教学中的应用研究6、翻转课堂模式在高中物理教学中的实践研究7、高中物理教学中渗透物理思想方法的案例研究8、基于标准的高中物理教学设计研究9、优化中学物理概念教学策略10、新课改下高中物理模型教学的理论与实践探究11、高中物理力学核心概念调查及教学策略研究12、知识可视化在中学物理模型教学中的应用探究13、物理教学培养科学素养的教学策略研究14、自制教具在中学物理教学中的应用研究15、新课程标准下高中物理实验教学现状的调查研究16、平板电脑在高中物理课堂教学中的应用研究17、利用同课异构资源优化高中物理教学设计的研究18、利用微格教学提升教师物理教学技能的研究19、微课在初中物理教学中的应用研究20、高中物理走班制分层教学实践探索21、“主体活动探究式”物理课堂教学模式的理论与实践初探22、现代信息技术和大学物理教学的整合23、大学物理实验探究教学设计研究24、新课程背景下物理教学有效性研究25、中学“物理情景与提出问题”教学模式研究26、物理自主探究教学模式的理论与实践研究27、信息技术与高中物理教学的整合28、初中物理教学中培养学生提出问题能力的研究29、中学物理教学中问题情境创设的研究30、高中物理网络教学模式的探索与实践31、高中物理实验探究式教学的实验研究32、基于交互式Flash技术的网络虚拟大学物理实验的探索与实践33、物理教学中渗透物理学史教育的模式研究34、在物理教学中实现有效教学的策略研究35、工科大学物理实验开放性教学的探索与实践36、多媒体计算机辅助中学物理课堂教学研究与探索37、课堂教学中培养学生的物理创造性思维能力探讨物理教学毕业论文题目二：38、初中物理课堂教学生活化的研究39、物理教学中运用问题教学法提高学生的创新思维能力40、在中学物理教学中开展科学方法教育41、初中物理探究性教学模式研究42、中学物理模型教学的理论与实践研究43、对话物理教学及物理教师的角色定位44、论中学物理概念教学45、论建构主义视野中的物理教学过程46、在中学物理教学中加强科学素养培养的研究47、中职物理教学中渗透STS教育的研究48、中学物理探究式教学的实践研究49、“历史探究模式”下的物理概念教学研究50、中学物理教学中加强学生创新能力培养的探究51、高中物理网络教学中的教学要素及其作用分析52、如何运用多媒体优化初中物理概念教学53、中等专业学校物理教学现状及其对策研究54、成长档案袋评价方式在物理教学中的应用55、职业学校物理教学中培养学生自主学习能力的研究56、基础物理中的物理概念教学研究57、物理概念与物理概念教学研究58、微视频资源在高中物理教学中的应用初探59、初中物理教师课堂教学评价行为研究60、中学物理专家型教师和新手型教师课堂教学设计比较研究61、思维导图在初中物理实践性教学中的应用62、浅析多媒体技术在中专物理教学中的应用63、普通高中物理教师学科教学知识的个案研究64、初中物理实验探究的教学策略研究65、初中物理教学情境创设的问题及对策研究66、中学物理演示实验教学的优化策略研究67、提高高中物理实验教学有效性的研究68、高中物理教学中预设与生成关系的研究69、新课改下高中物理实验教学模式的探索与评价研究70、虚拟仿真实验室应用于初中物理实验教学的理论与实践研究71、初中物理实验教学与STS教育72、高中物理思维迁移教学的研究73、微格教学与物理师范生基本教学技能培养的研究物理教学毕业论文题目三：74、交互式电子白板在中学物理教学中的应用研究75、中学物理教学情境创设的研究76、中学物理规律课教学设计的初步研究77、新课标下的高中物理课堂教学设计78、运用思维导图优化中学物理课堂教学的研究79、在物理教学中加强科学方法教育的研究80、新课程理念下情境创设在中学物理课堂教学中的应用与研究81、“学案导学”在高中物理教学中的应用研究82、《牛顿运动定律》教材分析及对大学物理力学部分的教学启示83、基于初高中衔接的高中物理课堂教学设计84、翻转课堂教学模式对初中生物理实验思维深刻性的影响85、高中物理演示实验教学的现状调查和对策研究86、中学物理教学中数学方法的应用研究87、初中物理课堂有效提问的教学策略研究88、初中物理力学有效教学策略研究89、EEPO在初中物理教学中的应用研究90、从大学物理高度看高中物理教学91、新课程背景下师范生物理教学能力培养的研究92、高中新课程物理有效教学的策略研究93、新课程背景下中学物理教学改革之探索94、电子白板在初中物理教学中的交互性研究95、中学物理教学疑难问题研究96、基于新课程标准的高中物理课堂有效教学策略研究97、新课程高中物理课堂教学评价指标体系研究98、新课标高中物理教材物理实验教学的分析与研究99、学案导学高中物理课堂探究教学模式的理论与实践研究100、高中物理教学事件设计研究101、高中物理问题解决教学策略研究102、中学物理概念有效教学的影响因素及对策研究103、表现性评价在中学物理教学中的应用104、乡镇高中物理探究式教学实施现状的研究105、高中电磁学物理图景教学研究106、中学物理概念教学研究107、大学物理微积分思想与矢量思想教学浅谈108、实验在中学物理教学中的作用分析109、初中物理探究式教学的问题及对策研究110、二维度高中物理课堂教学分析研究111、物理学史在高中物理教学中的应用研究112、职业学校物理实验教学与职业教育的渗透研究113、促进学生创新能力培养的中职物理实验教学策略与实践114、初中物理兴趣教学的趣引策略探讨。
利用Three.js技术实现物理实验三维仿真
利用Three.js技术实现物理实验三维仿真
陈安琪;熊阳;陈欣然;丰宇硕;童亚拉;李君妍
【期刊名称】《实验室研究与探索》
【年(卷),期】2024(43)2
【摘要】虚拟仿真实验教学能弥补传统物理实验的不足,现有物理实验仿真软件大都是二维的,教学效果有限。
采用Three.js 3D技术,以“撒克逊碗下沉实验”为例,通过构建三维模型突破平面限制,实现一个立体的、在线的交互式虚拟仿真系统:通过对实验器材和过程三维建模,实现立体仿真,设计了4种实验探究变量间关系,虚拟教师提升可观察性,视频、语音增加了趣味性。
应用实践表明,该系统能大大提高教学效果。
【总页数】5页(P89-92)
【作者】陈安琪;熊阳;陈欣然;丰宇硕;童亚拉;李君妍
【作者单位】湖北工业大学理学院;湖北工业大学计算机学院;华中师范大学信息管理学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.9;O439
【相关文献】
1.三维虚拟物理实验仿真平台的界面设计与实现
2.基于物理引擎三维物理仿真实验的实现方法
3.超高压物理实验技术虚拟仿真实验设计与实现
4.利用虚拟仿真实验
技术培养学生物理探究能力的实践研究5.利用信息技术，实现大学物理实验资源的有效合理利用
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虚拟现实VR在教学中的应用
安全演练
VR可模拟一些高风险 操作,如机械维修、危 险品处理等,帮助学员 在虚拟环境中反复练 习,掌握应急处理技能 。
协作培训
VR支持多人同时参与 虚拟培训,培养员工之 间的沟通协作能力,提 升团队合作水平。
成本优化
VR训练无需实物设备, 可大幅降低职业培训 的成本,提高培训效率, 获得更高的回报率程环境
VR技术可以创造出 一个直观、沉浸式的 编程学习环境。学生 可以在三维虚拟空间 中操作各种编程工具 和资源,如代码编辑 器、调试器、API界 面等。
算法可视化
VR可以将抽象的算 法概念具象化,让学 生更直观地理解算法 的执行过程和数据结 构。学生可以在虚拟 世界中观察算法动画 并进行交互式探索。
虚拟绘画空间
学生可在VR中自由创作数字绘画作品,选择丰 富的素材和工具,探索各种艺术风格和表现手 法。
协同艺术探索
多名学生可以在VR中共同策划和制作艺术装 置作品,培养团队合作和创意交流能力。
沉浸式雕塑体验
VR允许学生在立体的虚拟环境中进行3D建 模和数字雕塑创作,能更好地感受空间和形态 。
艺术作品展示
VR可塑造特定的行为训练环境,如预防 网瘾、改善注意力等,帮助学生形成健康 的行为习惯。
心理测评
VR提供的沉浸式互动能够更精准地评估学生的心理状态,从而制定个性化的辅导方案。
病患模拟
VR可以让医学生体验病患的视角,更好地理解 患者的感受和需求,培养同理心。
VR在事培训中的应用
模拟作战训练
1
在虚拟战场中,士兵可以安全地体验各种复杂战斗情况,如攻防战术
、装备使用等,提升实战技能。
危险任务演练
2
VR可模拟爆炸、火灾等极端情况下的应急处置,帮助人培
大学物理实验课程的创新
大学物理实验课程的创新摘要：信息时代，多媒体被广泛的运用到各行各业。
随着时代的发展，教育模式的不断创新，多媒体也被更多的运用到大学物理实验课程中，使原本枯燥、乏味的大学物理实验课程变得更加直观、易懂。
在实际运用中，得到了师生的一致认可，在教学成果上得到了显著的提高。
关键词：多媒体教学；物理实验课程中图分类号：g642 文献标识码：a 文章编号：1007-9599 （2012）19-0000-02多媒体是在计算机系统中，组合两种或两种以上媒体的一种人机交互式信息交流和传播媒体。
使用的媒体包括文字、图片、照片、声音、动画和影片，以及程式所提供的互动功能。
由于其具有多种媒体综合的特质，使得意识表达更加直观、明了，将此种技术应用到大学物理实验课程当中，使得原来难懂的课程变得利于理解的同时，增加了生动性和趣味性，课堂气氛格外活跃，深受学生的喜爱。
1 将多媒体技术融入到大学物理实验课程的意义科学技术的发展，是离不开知识作为理论基础的。
大学校园作为培育高端技术人才的摇篮起着不可低估的作用。
物理学科是一门复杂的学科，大学的物理课程会将理论、公理、定理、原理等内容贯穿学习内容始终，使物理专业课程的学习变得十分枯燥乏味，容易使学生失去学习的兴趣。
物理实验教学课，虽然增加了学生的亲手操作、实践过程，一定程度上可以提升学生的兴趣，但是多种客观因素造成教学仍存在“死角”，相当多一部分理论无法通过“实践”的过程被学生们吸收。
具体表现：（1）受课时少的限制，物理实验课也只能由学生按照老师指导或者教材上的内容，“按指令，做指定步骤”操作，这种实验课程往往无法摆脱于形式，缺乏学生的个人“真刀真枪的实战演练”。
而物理实验内容往往是若干个理论融会贯通到一起，想真正掌握到理论知识的精髓，应该靠的是学生通过实验个人总结积累而成，而绝不是靠老师的传授。
（2）很多院校存在教学设备陈旧，实验用具不齐备等问题。
在学生按小组为单位进行实验时，由于组员人数多，造成个别组员操作，多数组员观看的局面。
基于“互联网+”的工科大学物理实验探究性教学设计
2020年第22期教育教学4SCIENCE FANS 基于“互联网+”的工科大学物理实验探究性教学设计*李凌超（河南工业大学理学院，河南 郑州 450001）【摘 要】物理实验在大学工程教育中具有不可撼动的基础性地位。
为改革工程教育和创新工科人才培养，需要改进大学物理实验教学。
基于“互联网+”，对教学方式、课程体系等方面进行改革，能够提升教学质量和学生学习效果，培养具有创新思维和科学探究能力的人才。
【关键词】“互联网+”；新工科；大学物理实验【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1671-8437（2020）22-0011-02科技创新推动着人类社会的发展，随着社会的发展，一些新的概念逐渐被提出，如“互联网+”、人工智能等。
在知识快速更迭的时代，社会对高等教育的需要比以往任何时候都更加迫切，对科学知识和卓越人才的渴求比以往任何时候都更加强烈[1]。
这就使得改革人才培养模式成为了工科院校（专业）的迫切需求，工科院校（专业）肩负着培养人才，支撑信息技术、高端制造、数字创意、生物技术等产业发展的任务。
物理实验在工科专业的教学中有着重要的地位。
“互联网+”代表一种新的社会形态，即充分发挥互联网在社会资源配置中的优化和集成作用。
将物理实验教学与“互联网+”结合，能颠覆传统课堂，让学生在更优质的环境中学习知识。
1 大学物理实验教学现状及问题大学物理实验在工程教育中具有不可撼动的基础性地位。
《高等工程教育研究》2017年第1期的《加快发展和建设新工科 主动适应和引领新经济》一文中，“新工科”概念被正式提出，引起了工程教育界的广泛关注，其被称为我国工程教育的“新革命”[2]。
随着社会的加速发展，新一轮科技革命和产业革命即将到来，许多颠覆性的技术问世，产业将发生重大变革。
加快工程教育改革，培养创新型工程人才，才能在国际竞争中赢得主动。
物理实验是许多工科院校（专业）的基础课，注重的是物理基本理论和基本知识的传授，培养学生独立思考、动手操作和分析解决问题的能力[3]。
大学物理课堂教学方法与路径创新
试论大学物理课堂教学方法与路径的创新摘要：大学物理是理、工类专业的重要必修课程，教学内容具有体系完整、层次分明、逻辑严密等特点。
当前，大学物理课堂教学应当通过创新教学方法实施有效的教学策略，构建起以学生自主学习、合作探究、师生互动为主的教学模式，从而激发学生学习兴趣，帮助学生形成科学观念，培养创新精神，增强思维能力。
基于此点，本文对从创设问题情境、运用交互式教学法、尝试投票教学法、改进实验教学法等四个方面入手，对大学物理课堂教学方法与路径的创新策略进行探讨。
关键词：大学物理教学方法问题情境交互式教学法中图分类号：g420 文献标识码：a 文章编号：1673-9795（2013）03（b）-0030-01在传统的大学物理课堂教学过程中，大部分教师都习惯采用陈述式的语言来进行教学，由于过于重视教学内容的严谨性，从而忽略了学生的兴趣，也没能给学生创造出一个有利于思考的空间，致使学生很难接受教学内容，这也是教学效果无法显著提高的根本原因之一。
所以，改进和创新大学物理课堂教学方法，以提高课堂教学效果就显得非常必要了。
1 创设问题情境，引导学生主动探究在大学物理教学中，教师应当多为学生创设一些问题情境，借此来激发学生的学习兴趣，提高学生的学习成效。
当学生的学习兴趣被充分激发后，他们自然愿意进行探究，这样便可以达到培养学生创新意识和创新能力的目的。
教师在创设问题情境时，可以采取以下方式：首先，可在问题的背后隐藏一些学生感兴趣的与物理学有关的故事。
例如，在教学波动光学的内容时，教师可以将什么是光的本质这一问题作为教学的切入点，并介绍一些历史上与该问题相关的争论，然后引出杨氏双缝干涉实验，学生便可以根据实验结果，找到问题的答案，即光具有波动性。
其次，为了激发学生的学习兴趣，教师可以在设计问题时与现代科技相联系。
例如，在教学光的偏振时，可提出“立体电影是什么原理？能否拍摄出立体照片？”等问题，进而调动起学生的探究热情，激起学生想要学习课程内容的欲望。
大学物理多媒体教学的利弊
大学物理多媒体教学的利弊【摘要】大学物理多媒体教学在当今教育领域占据着重要地位。
本文从提升学习效率和增强学生兴趣两方面探讨了多媒体教学的优点，分析了可能分散注意力、缺乏交流互动和技术依赖等缺点。
通过综合利弊分析，我们可以看到多媒体教学在一定程度上能够提高学生的学习效果，但也会带来一些不利因素。
未来，我们需要更好地利用技术和教学方法，促进多媒体教学与传统教学的有机结合，实现更好的教学效果。
【关键词】大学物理、多媒体教学、利弊分析、学习效率、学生兴趣、注意力、交流互动、技术依赖、未来发展方向1. 引言1.1 背景介绍通过多媒体教学，教师可以利用图像、视频、动画等形式来展示物理实验、现象，生动形象地呈现物理知识，帮助学生更好地理解抽象的物理概念。
多媒体教学还可以激发学生的学习兴趣，使学习过程更加生动有趣。
通过互动性强的多媒体教学，学生可以更好地参与学习，提高学习效率。
本文将从多方面分析大学物理多媒体教学的利与弊，探讨这种教学方式对学生学习的影响，为教育教学提供一定的参考。
1.2 研究意义通过多媒体教学，可以更好地激发学生的学习兴趣和积极性，吸引他们的注意力，提高学习效率。
多媒体教学还可以帮助学生更好地理解和掌握物理知识，提高他们的学习成绩和学习动力。
研究大学物理多媒体教学的意义在于促进教育教学改革，提高教学质量，培养学生的综合素质，推动学科发展。
.2. 正文2.1 利：提升学习效率多或者其他要求。
：大学物理多媒体教学能够提升学习效率的原因有很多。
多媒体教学可以将抽象的物理概念通过图像、动画等形式具体展示出来，帮助学生更直观地理解物理知识，加深记忆。
多媒体教学可以根据学生的不同水平和学习方式进行个性化教学，让每个学生都能够找到最适合自己的学习方式。
多媒体教学还可以随时随地进行学习，不受时间和地点的限制，方便学生进行反复复习和巩固知识，提高学习效率。
大学物理多媒体教学的提升学习效率的优势非常明显，有助于学生更快更好地掌握物理知识，提高学习成绩。
基于IdeaVR的虚拟仿真实验系统设计与实现
第２４卷第１期２０２１年１月㊀㊀㊀西安文理学院学报(自然科学版)ＪｏｕｒｎａｌｏｆＸｉ ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ(ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ)㊀㊀㊀㊀Ｖｏｌ ２４㊀Ｎｏ １Ｊａｎ ２０２１文章编号:１００８￣５５６４(２０２１)０１￣００３４￣０８基于ＩｄｅａＶＲ的虚拟仿真实验系统设计与实现孙美丽ꎬ曾佩枫ꎬ常㊀勇(山东师范大学地理与环境学院ꎬ济南２５０３５８)摘㊀要:虚拟现实技术(ＶｉｒｔｕａｌＲｅａｌｉｔｙꎬＶＲ)具有沉浸感㊁实时交互㊁多人协同等特性ꎬ在教育领域中有着十分重要的应用价值.通过收集数据ꎬ利用ＳｋｅｔｃｈＵｐ进行三维模型的构建ꎬ再利用ＩｄｅａＶＲ平台搭建整个三维场景㊁编辑交互动画ꎬ基于ＩｄｅａＶＲ的虚拟仿真实验系统实现了三维导航及漫游㊁实时信息查询㊁多人协同操作以及回忆测试等功能.实验结果表明ꎬ该系统可以让学生通过先进的虚拟现实硬件设备在沉浸式虚拟现实环境中进行交互式㊁协同式的操作和学习ꎬ与传统教学方式相比ꎬ大大增加了学生的兴趣㊁投入感和满足感ꎬ提高了认知效果和学习效率ꎬ从而证明了ＶＲ技术的实用性.关键词:虚拟现实技术ꎻ沉浸感ꎻ实时交互ꎻ多人协同ꎻ虚拟仿真实验系统ꎻＩｄｅａＶＲ中图分类号:ＴＰ３９１.９文献标志码:ＡＤｅｓｉｇｎａｎｄＩｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆＶｉｒｔｕａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＩｄｅａＶＲＳＵＮＭｅｉ￣ｌｉꎬＺＥＮＧＰｅｉ￣ｆｅｎｇꎬＣＨＡＮＧＹｏｎｇ(ＧｅｏｇｒａｐｈｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＣｏｌｌｅｇｅꎬＳｈａｎｄｏｎｇＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＪｉｎａｎ２５０３５８ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＶｉｒｔｕａｌＲｅａｌｉｔｙ(ＶＲ)ｈａｓｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｉｍｍｅｒｓｉｏｎꎬｒｅａｌ￣ｔｉｍｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎꎬｍｕｌｔｉ￣ｐｅｒｓｏｎｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｏｎａｎｄｓｏｏｎꎬａｎｄｈａｓａｖｅｒｙｉｍｐｏｒｔａｎｔａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｖａｌｕｅｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｅｄｕｃａｔｉｏｎ.ＢｙｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇｄａｔａꎬＳｋｅｔｃｈＵｐｗａｓｕｓｅｄｔｏｂｕｉｌｄｔｈｅ３ＤｍｏｄｅｌꎬａｎｄＩｄｅａＶＲｐｌａｔｆｏｒｍｗａｓｕｓｅｄｔｏｂｕｉｌｄｔｈｅｗｈｏｌｅ３Ｄｓｃｅｎｅａｎｄｅｄｉｔｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅａｎｉｍａｔｉｏｎ.Ｔｈｅｖｉｒｔｕａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｘ￣ｐｅｒｉｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＩｄｅａＶＲｒｅａｌｉｚｅｄｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓｏｆ３Ｄｎａｖｉｇａｔｉｏｎａｎｄｒｏａｍｉｎｇꎬｒｅａｌ￣ｔｉｍｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｑｕｅｒｙꎬｍｕｌｔｉ￣ｐｅｒｓｏｎｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅｏｐｅｒａｔｉｏｎａｎｄｒｅｃａｌｌｔｅｓｔ.Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅ￣ｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃａｎｌｅｔｓｔｕｄｅｎｔｓｃａｒｒｙｏｕｔｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅａｎｄｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅｏｐｅｒａｔｉｏｎａｎｄｌｅａｒｎｉｎｇｉｎｔｈｅｉｍｍｅｒｓｉｖｅｖｉｒｔｕａｌｒｅａｌｉｔｙｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｂｙｕｓｉｎｇａｄｖａｎｃｅｄｖｉｒｔｕａｌｒｅａｌｉｔｙｈａｒｄｗａｒｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔ.Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｔｅａｃｈｉｎｇｍｅｔｈｏｄꎬｉｔｇｒｅａｔｌｙｉｎｃｒｅａｓｅｓｔｈｅｓｔｕｄｅｎｔｓ ｉｎ￣ｔｅｒｅｓｔꎬｓｅｎｓｅｏｆｅｎｇａｇｅｍｅｎｔａｎｄｓａｔｉｓｆａｃｔｉｏｎꎬａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｃｏｇｎｉｔｉｖｅｅｆｆｅｃｔａｎｄｌｅａｒｎｉｎｇｅｆ￣ｆｉｃｉｅｎｃｙꎬｗｈｉｃｈｐｒｏｖｅｓｔｈｅｐｒａｃｔｉｃａｂｉｌｉｔｙｏｆＶＲｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｖｉｒｔｕａｌｒｅａｌｉｔｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎻｉｍｍｅｒｓｉｖｅꎻｒｅａｌ￣ｔｉｍｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎꎻｍｕｌｔｉ￣ｐｅｒｓｏｎｓｃｏｌｌａｂｏ￣ｒａｔｉｏｎꎻｖｉｒｔｕａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍꎻＩｄｅａＶＲ收稿日期:２０２０－０６－０８基金项目:２０１９年教育部产学合作协同育人项目(２０１９０１２０５０１９): 旅游与地理虚拟仿真实验教学作者简介:孙美丽(１９９７ )ꎬ女ꎬ山东德州人ꎬ山东师范大学地理与环境学院硕士研究生ꎬ主要从事虚拟现实ꎬ地理信息三维可视化研究.通讯作者:常㊀勇(１９６８ )ꎬ男ꎬ山东德州人ꎬ山东师范大学地理与环境学院副教授ꎬ博士ꎬ主要从事虚拟现实ꎬ地理信息三维可视化研究.虚拟现实技术是以计算机技术为核心ꎬ生成与一定范围真实环境在视㊁听㊁触感等方面近似的数字化环境[１].作为一种可以创造和体验虚拟世界的计算机技术ꎬ它利用计算机生成仿真环境ꎬ借助虚拟头盔显示器(以下简称头显)㊁无线控制器手柄等设备ꎬ使用户实时感知和操作虚拟世界中的对象[２]ꎬ获得身临其境般的感受.相对于计算机ꎬＶＲ将扁平的虚拟世界提升到三维立体的虚拟世界ꎬ其操控交互方式更加拟人化㊁自然化[３].随着科学技术的不断发展ꎬ计算机㊁平板电脑㊁手机等智能设备的日渐普及ꎬ网络的飞速发展ꎬ传统图片与文字等相关交互模式已经很难满足民众的多元化需求ꎬ沉浸式或者多元化的交互模式无疑会成为今后重要的发展趋势[４].因此ꎬ虚拟现实技术飞速发展ꎬ越来越多的虚拟仿真场景被应用于各个行业ꎬ给人类的生活和生产带来了巨大的变化ꎬ如实时人机交互技术能够让用户体验到高度的参与感和真实感[５].从这样的观点来看ꎬ将虚拟现实技术与专业理论教育及专业仪器拆装训练相结合ꎬ既可以解决一些用文字和传统图片难以说明和解释的学习内容ꎬ还可以期待通过一系列的人机交互功能使学习者高度参与到虚拟训练中ꎬ进而提高学习效果.因此ꎬ本文的目的是基于虚拟现实和人机交互技术ꎬ利用ＳｋｅｔｃｈＵｐ及ＩｄｅａＶＲ开发一个具有良好沉浸感㊁交互性和多人协同能力的虚拟仿真实验系统ꎬ用于三维导航及漫游㊁实时信息查询㊁多人协同操作以及回忆测试等虚拟训练ꎬ以探讨ＶＲ技术在教育领域中的实用价值.１㊀系统架构将虚拟仿真技术与传统的测绘实习仪器全站仪的相关课程相结合ꎬ即 虚实结合 的原理ꎬ运用ＳｋｅｔｃｈＵｐ和ＩｄｅａＶＲ开发具有良好沉浸感㊁交互性和多人协同能力的虚拟仿真实验系统.系统的实现主要包括前期的数据收集ꎬ经过处理后ꎬ在建模软件中进行整个三维模型的构建ꎬ然后将整个三维模型导入ＩｄｅａＶＲ编辑器中进行三维场景的搭建以及各项系统功能的设计与实现ꎬ最终通过交互设备ꎬ对整个系统进行效果验证.系统的总体设计和架构如图１所示.图１㊀系统架构图２㊀数据获取及三维模型构建２.１㊀数据获取通过组织项目人员直接用全站仪或者ＧＰＳ等测量仪器对所需要构建三维模型的建筑进行测量ꎬ得到相关的参数数据ꎬ再通过在谷歌㊁天地图等一些在线地图中ꎬ获得所需位置的平面效果图数据ꎬ最后通过实地考察拍摄ꎬ拍摄实地建筑景观的全景图片作为该对象建模的完整参照图.２.２㊀三维模型构建三维模型的建立是整个虚拟实验场景的基础ꎬ能够模拟现实世界的物理特性[６].这决定了学习者是否能够直观体验真实的物理情境ꎬ以及动态交互所提供的逼真的沉浸式虚拟现实环境.三维模型构建的具体流程如下:５３第１期孙美丽ꎬ等.基于ＩｄｅａＶＲ的虚拟仿真实验系统设计与实现(１)ＳｋｅｔｃｈＵｐ三维建模在三维模型的构建环节ꎬ选择ＳｋｅｔｃｈＵｐ软件进行建模.ＳｋｅｔｃｈＵｐ软件功能和操作简单㊁模型通用性好㊁模型较小㊁建模周期短ꎬ可以快速大批量精细建模[７].在建模过程中ꎬ将整个场景的构建分为两部分进行ꎬ即外部场景(教学楼)和内部场景(实验室)两部分.导入所需位置的平面图数据ꎬ根据相关的参数数据调整其比例ꎬ通过软件的画图工具ꎬ参照平面图绘制出封闭的面状底物ꎬ然后再利用拉伸工具将已经生成的面拉伸至空间实体的实际高度ꎬ在此基础上先做出该物体大致的轮廓ꎬ再遵循 从大到小ꎬ从整体到局部 的原则来完善细节[８].建模时ꎬ尽量使线条看起来简洁不嘈杂ꎬ不存在重叠面ꎬ防止在ＩｄｅａＶＲ中出现卡顿等现象.还要注意组建群组ꎬ以利于后续对模型进行修改时能方便快捷.(２)Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ贴图处理实体三维模型构建完成后ꎬ为了与实物外观相符ꎬ使模型更加逼真和美观ꎬ达到与三维空间实体更高的吻合度.这就需要通过实地考察ꎬ拍摄各方位的实景照片ꎬ然后在Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ图形处理软件中ꎬ对图像进行裁剪㊁拼接㊁模式调整以及其他相关处理ꎬ最后添加到ＳｋｅｔｃｈＵｐ中作为三维模型表面纹理.虚拟三维模型如图２所示.整个建模完成后ꎬ先通过把模型中的纹理贴图以ｄａｅ的格式导出ꎬ再将模型转换为ＩｄｅａＶＲ支持的３ｄｓ格式导入到纹理贴图的文件夹中ꎬ保证导入ＩｄｅａＶＲ中不丢失模型纹理ꎬ最终导入ＩｄｅａＶＲ中.图２㊀ＳｋｅｔｃｈＵｐ中三维模型效果图３㊀虚拟仿真实验系统搭建３.１㊀虚拟场景搭建平台ＩｄｅａＶＲ是曼恒数字自主研发的虚拟现实引擎平台ꎬ支持异地多人协同功能ꎬ是为教育㊁企业等行业用户打造的ＶＲ内容创作软件ꎬ可帮助非开发人员高效开发和应用行业内容.通过共享云平台获取ＶＲ素材资源ꎬ使用场景编辑器和交互编辑器快速搭建场景内容㊁制定交互行为逻辑ꎬ支持多种头盔显示设备.利用这款开发平台进行虚拟场景的搭建有以下几点优势:(１)使用零编程基础和图像化的方法快速制定交互和行为逻辑ꎬ解决ＶＲ教学内容建模困难的痛点ꎻ６３西安文理学院学报(自然科学版)第２４卷(２)可以实现异地多人协同功能及快速构建仿真环境ꎬ还原真实世界中大型活动的分工与协作状态和过程ꎻ(３)目前市面上的ＶＲ软件显示立体效果必须是在大屏幕上ꎬ而ＩｄｅａＶＲ在显卡支持上有突破ꎬ保证场景流畅运行的同时ꎬ降低了硬件成本.３.２㊀虚拟场景设计虚拟仿真实验系统的场景设计是至关重要的一部分ꎬ构建一个十分逼真的虚拟情景ꎬ是进行虚拟教学的前提.将ＳｋｅｔｃｈＵｐ中建好的模型ꎬ以３ｄｓ的格式导入到ＩｄｅａＶＲ场景编辑器中ꎬ通过在ＩｄｅａＶＲ场景编辑器上对三维模型进行渲染㊁合并组件㊁灯光㊁天气等一系列加工ꎬ最终形成一个完整的虚拟仿真实验场景ꎬ如图３所示.图３㊀ＩｄｅａＶＲ中的场景４㊀系统功能设计与实现虚拟现实强调沉浸感㊁交互性和构想性ꎬ这决定了它不同于传统的二维人机对话的交互方式[９].传统人机交互通过计算机输入设备发送请求ꎬ经计算机处理ꎬ在输出设备进行显示.本文所探讨的人机交互技术与传统人机交互有所不同[１０].本系统用ＶＲ头显和无线控制器手柄代替传统的显示器和鼠标ꎬ学习者所看到的是真实的虚拟实验设备和教学环境ꎬ使学习者有现场沉浸感.整个仿真系统功能的交互设计都是通过ＩｄｅａＶＲ中的交互编辑器和动画编辑器实现的.４.１㊀三维导航及漫游虚拟漫游是虚拟技术的核心.虚拟漫游技术能够使用户体验到逼真的效果与沉浸感[１１].在虚拟仿真实验系统中ꎬ通过手柄和眼前看到的设备或按钮进行交互ꎬ设计了两种前往实验室的路径选择ꎬ如图４所示.图４㊀漫游导航７３第１期孙美丽ꎬ等.基于ＩｄｅａＶＲ的虚拟仿真实验系统设计与实现其一是导航漫游功能ꎬ即出现提示箭头ꎬ指引学生前往实验室的路线.其二是直接跳转功能ꎬ即通过手柄与按钮的交互ꎬ直接使人 瞬移 到实验室的门口.第二种路径不仅需要在交互编辑器中进行实现ꎬ还需要对摄像机的视点进行动画处理ꎬ进行虚拟漫游时ꎬ控制主㊁副摄像机之间的跳转.４.２㊀虚拟实验室在虚拟实验室中主要实现专业仪器全站仪的虚拟教学ꎬ包括全站仪的理论教学㊁实时信息查询㊁多人协同操作及回忆测试等.４.２.１㊀理论教学ＩｄｅａＶＲ平台支持创建音频㊁视频和幻灯片三种类型的多媒体文件ꎬ通过这个功能在虚拟实验室中加入全站仪及其操作的视频㊁ＰＰＴ文件等ꎬ实现全站仪的理论教学.４.２.２㊀实时信息查询该系统中的实时信息查询ꎬ主要是实现对全站仪及其构造名称的信息查询ꎬ如图５所示.此功能主要是利用交互编辑器中的显隐性来实现ꎬ即信息查询内容是存在于整个场景中ꎬ但是设置为不可见状态ꎬ只有通过一系列交互操作ꎬ才可以把这种不可见状态转变为可见状态ꎬ从而实现信息查询的功能.图５㊀实时信息查询４.２.３㊀多人协同虚拟拆装多人协同操作的前提是多人共享虚拟空间ꎬ指将坐在远端物理位置的人置于完全相同的虚拟世界中.每个参与者带上头显或者立体眼镜ꎬ用各自的视角ꎬ浏览和操作同一场景ꎬ相互协作地共同完成某项复杂的工作.多人协同的管理者ꎬ不仅可以管理参与协同工作的参与者ꎬ而且还可以看到每个参与者头显中的实时场景ꎬ真正满足了现实世界中跨部门和跨地域的多人协作需求.学生通过在这种多人协同的社会条件下学习(无论是合作还是竞争)比在个人条件下学习要好.也就是说ꎬ与同伴一起学习的学生比单独学习的学生能记住更多的事实性材料[１２].多人协同功能的具体实现流程如图６所示.图６㊀多人协同功能实现流程８３西安文理学院学报(自然科学版)第２４卷在全站仪的虚拟拆装中ꎬ分为自动拆装与手动拆装.自动功能是通过动画编辑器生成虚拟动画以展示全站仪的部件构造㊁拆装过程等ꎬ如图７所示.图７㊀全站仪的自动拆装图手动拆装训练ꎬ则是学习者自由拆装过程ꎬ没有固定的拆装路线ꎬ此过程主要是在多人协同功能下进行.当学生Ａ在一个地点进行仪器的移动和操作时ꎬ在另一个位置的学生Ｂ可以看到学生Ａ的化身ꎬ以及在场景中对仪器进行的操作等行为.不仅如此ꎬ学生Ａ与学生Ｂ还可以共同对全站仪进行操作ꎬ如图８所示.图８㊀多人协同操作９３第１期孙美丽ꎬ等.基于ＩｄｅａＶＲ的虚拟仿真实验系统设计与实现无论是自动还是手动拆装训练ꎬ都会带给学生新颖直观㊁全方位的展示ꎬ帮助缺乏实际经验的学生建立起零部件空间的形状ꎬ并在没有实体或实体无法拆卸的情况下ꎬ通过虚拟动画理解全站仪的部件构造㊁装配关系以及工作原理等内容[１３].这种虚拟训练的优点是ꎬ在与实际装备㊁工作环境类似的学习环境中ꎬ反复进行安全教育ꎬ这有助于学习者在实际工作现场驱动设备.４.２.４㊀回忆测试为了检验学生的学习效果ꎬ在系统中添加虚拟考核功能ꎬ也可以说是对全站仪及其操作的回忆测试.在考试系统中ꎬ分为常规题以及操作题.常规题是通过导入编辑好的ＸＭＬ格式文档自动生成ꎻ点击面板 创建 列表下的出题按钮ꎬ选择编辑好的试题文件ꎬ即可在场景中看到试题板ꎬ保存好文件后ꎬ即可开始考试ꎻ操作题是通过学生对全站仪的虚拟拆装进行评判.５㊀交互设备虚拟场景中的一系列交互行为ꎬ都是在交互设备支持的基础上进行的ꎬ高端的ＶＲ设备可以产生身临其境般的沉浸式体验ꎬ它可以同时影响使用者的视觉㊁听觉和触觉.在场景中ꎬ交互设备为学习者提供了在环境中移动时㊁以自然的方式进行可视化和交互的能力.所以在整个虚拟仿真实验系统的开发中ꎬ用到的交互设备主要是ＨＴＣＶＩＶＥ套装ꎬ主要包括ＶＩＶＥ头戴式设备(ＶＲ头显)㊁ＶＩＶＥ操控手柄以及ＶＩＶＥ定位器.这套设备的大空间定位(ｒｏｏｍ－ｓｃａｌｅ)移动追踪技术ꎬ能够让使用者更加沉浸在虚拟场景中.所谓 移动追踪技术 ꎬ即当学习者在虚拟场景中移动时ꎬ跟踪技术感知到这种移动ꎬ并根据学习者的位置和方向呈现虚拟场景.而且ꎬＨＴＣＶＩＶＥ设备可以淘汰传统的键盘㊁鼠标和显示器的界面ꎬ允许学习者轻松地研究专业仪器ꎬ而不必成为仿真软件中操纵模型的专家.有了这种硬件支持ꎬ学习者可以更容易地增强对专业知识的认知.６㊀系统效果验证在ＩｄｅａＶＲ编辑平台上完成虚拟场景搭建后ꎬ对场景进行打包ꎬ进而在ＩｄｅａＶＲ启动器上打开该场景ꎬ选择渲染输出端并启动后ꎬ进入启动界面.整个虚拟仿真实验系统在ＩｄｅａＶＲ中启动后ꎬ通过ＨＴＣＶＩＶＥ交互设备进行验证实验.本次实验邀请了１０名年龄在１８到２５岁之间相关专业的学生ꎬ学生们对全站仪有一定的了解ꎬ避免了认知能力和知识结构的偏差.参与的学生被随机分配到两个组中ꎬ５名学生接受文字及图片性质的传统教学ꎬ５名学生通过虚拟仿真实验系统进行训练教学.最后ꎬ通过对这１０名学生进行教学过程中的一些表现以及理论知识的考察ꎬ得到实验结果:在相同时间内ꎬ接受虚拟训练教学的学生ꎬ更容易投入到教学环境中ꎬ并且对全站仪的认知提升更为明显.虚拟教学的实验验证场景如图９所示.图９㊀系统效果验证场景０４西安文理学院学报(自然科学版)第２４卷７㊀结㊀论将虚拟现实技术与专业理论教育及专业仪器拆装训练相结合ꎬ既可以解决一些用文字和传统图片难以说明和解释的学习内容ꎬ还可以期待通过一系列的人机交互功能使学习者高度参与到虚拟训练中ꎬ进而提高学习效果.ＶＲ技术的沉浸感㊁实时交互㊁多人协同等特性在该系统中得到充分的体现ꎬ学生可实现三维导航及漫游以及专业仪器全站仪的理论学习㊁实时信息查询㊁多人协同虚拟拆装㊁回忆测试等虚拟训练.该系统的虚拟训练内容可以用于实际设备实习前的前期教育或实习后的复习ꎬ减少实习设备投资费用和诱发学生学习兴趣ꎬ从而提高教学效率和学生的实际操作能力.在对该系统的效果验证中ꎬ学生对全站仪的学习表现出了浓厚的兴趣ꎬ提高了认知效果和学习效率ꎬ这表明了该系统在教育领域中具有很高的应用价值.[参㊀考㊀文㊀献][１]㊀赵沁平ꎬ周彬ꎬ李甲ꎬ等.虚拟现实技术研究进展[Ｊ].科技导报ꎬ２０１６ꎬ３４(１４):７１－７５.[２]㊀王文润ꎬ王阳萍ꎬ雍玖ꎬ等.沉浸式虚拟仿真实验案例设计与开发[Ｊ].实验技术与管理ꎬ２０１９(６):１４８－１５１.[３]㊀李勋祥ꎬ游立雪.ＶＲ时代开展实践教学的机遇㊁挑战及对策[Ｊ].现代教育技术ꎬ２０１７(７):１１６－１２０.[４]㊀姬喆.基于ＶＲ虚拟漫游技术的交互设计应用研究[Ｊ].现代电子技术ꎬ２０１９(１５):８６－９０.[５]㊀ＹＵＹꎬＤＵＡＮＭꎬＳＵＮＣꎬｅｔａｌ.Ａｖｉｒｔｕａｌｒｅａｌｉｔｙｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｆｏｒｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎａｎｄｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｄｙｎａｍｉｃｓｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ[Ｊ].ＳｈｉｐｓａｎｄＯｆｆｓｈｏｒｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓꎬ２０１７ꎬ１２(６):８７３－８８４.[６]㊀ＨＵＡＮＧＴꎬＫＯＮＧＣＷꎬＧＵＯＨＬꎬｅｔａｌ.Ａｖｉｒｔｕａｌｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇｓｙｓｔｅｍｆｏｒｓｉｍｕｌａｔｉｎｇｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｅｓ[Ｊ].Ａｕｔｏｍａ￣ｔｉｏｎｉｎＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎꎬ２００７ꎬ１６(５):５７６－５８５.[７]㊀黄检文.基于ＳｋｅｔｃｈＵｐ虚拟现实技术的数字校园漫游设计与实现[Ｊ].新丝路(下旬)ꎬ２０１６ꎬ(１２):９８－９９.[８]㊀张瑞菊.ＳｋｅｔｃｈＵｐ结合ＧｏｏｇｌｅＥａｒｔｈ在虚拟校园中的应用[Ｊ].计算机应用ꎬ２０１３ꎬ３３(１):２７１－２７２.[９]㊀张凤军ꎬ戴国忠ꎬ彭晓兰.虚拟现实的人机交互综述[Ｊ].中国科学:信息科学ꎬ２０１６(１２):２３－４８.[１０]李国友ꎬ闫春玮ꎬ孟岩ꎬ等.沉浸式３Ｄ催化裂化培训系统的设计与实现[Ｊ].计算机与应用化学ꎬ２０１９(２):１５３－１６１.[１１]ＰＲＡＴＩＨＡＳＴＡＫꎬＤＥＶＲＩＥＳＢꎬＡＶＩＴＡＢＩＬＥＶꎬｅｔａｌ.ＤｅｓｉｇｎａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆａｎＩｎｔｅｒａｃｔｉｖｅＷｅｂ－ｂａｓｅｄｎｅａｒｒｅａｌ－ｔｉｍｅｆｏｒｅｓｔｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍ[Ｊ].ＰｌｏｓＯｎｅꎬ２０１６ꎬ１１(３):ｅ０１５０９３５.[１２]ＢＡＩＬＥＮＳＯＮＪＮꎬＹＥＥＮꎬＢＬＡＳＣＯＶＩＣＨＪꎬｅｔａｌ.Ｔｈｅｕｓｅｏｆｉｍｍｅｒｓｉｖｅｖｉｒｔｕａｌｒｅａｌｉｔｙｉｎｔｈｅｌｅａｒｎｉｎｇｓｃｉｅｎｃｅｓ:ｄｉｇｉｔａｌｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｏｆｔｅａｃｈｅｒｓꎬｓｔｕｄｅｎｔｓꎬａｎｄｓｏｃｉａｌｃｏｎｔｅｘｔ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＬｅａｒｎｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅｓꎬ２００８ꎬ１７(１):１０２－１４１.[１３]谷艳华ꎬ朱艳萍ꎬ杨得军ꎬ等.用于网络教学的虚拟仿真交互式课件研究[Ｊ].图学学报ꎬ２０１６ꎬ３７(４):５４５－５４９.[责任编辑㊀马云彤]１４第１期孙美丽ꎬ等.基于ＩｄｅａＶＲ的虚拟仿真实验系统设计与实现。
大学物理实验的交互式和嵌入式教学探讨
能探索出一种以能力 培养 为主线 ， 分层次、 多模块 ， 符合现代 先进教育思想的开放 的新的物理实验教学模式和体系 。 ２ 开放的嵌 入式 和交互式 实验教学的特点
ＮＩ Ｌ Ｓ是 由美 国 国 家 仪 器有 限公 司 （ ａｉｎｌ ｎｔ — 对 促进教学信息化建设的改革进程具有很重要的参考 意义和 ＶＩ Ｅ Ｎ ｔ ａ Ｉｓ ｕ ｏ ｒ ｍｅ ｔ 简称ＮＩ发布的 设计与原型开发平 台的新版本， ｉ， ｒｓ ） 被全球 价 值 。
主动性和参与性； 另外 ， 改变实验老 师传统的 ‘ ‘ 保姆式” 的教 学思维和理念 也是 一个关键 的问题。
关键词 ：大学物理实验
中图分 类号 ： ４ ３１ ０ ２．
文献标识码 ：Ａ
文章编号 ：１０ ．９ ３（ ０ ０ ０ ．６ ．２ ０ ７３ ７ ２ １ ） ７ １２０
１大 学 物 理 实 验 教 学 的 现 状
理 实 验 的 主 要 内容之 一 ， 创 新 意 识 、 新 思 维 和 创造 能力 的 互式实验教学平 台顺利构建和 新的实验 教学模式 的改革和探 而 创
开发与培养则是教育更本质、更核心 的内容 。我们 当前处于 索 。
一
个信息化的时代，各种信息 的飞速膨胀使得我们完全有可 ３嵌 入 式 和 交互 式 实 验教 学 的 实施 开放 的嵌入式和交互 式实验教 学平 台的探索与建设符合 大学教 学改革要求， 内容和形式上有创新， 在 并有充分的条件 保 障支持 ，能够顺利地进行并 圆满完成 。它的建设成功必将
科技 的进步对教育提 出了越来越高的要 求，学校对人才 择 自己的实验 内容，使实验教 学内容在 时间和空间上得到延 的创新思维和实践能力的培养也必将 是一种趋 向个性化的教 伸 ， 从而开创物理实验教学的新模式 ， 为其他教师进 行多元化
论大学物理网络虚拟实验设计模式的构建
应用科技论大学物理网络虚拟实验设计模式的构建陆(唐山职业技术学院，伟河北唐山063000)脯要】大学物理网络虚拟实验除了具备一般网络虚拟实验的特点之外，还具有学科特点。
大学物理网络虚拟实验是作为大学物理实验教学的一种工具，其必然要体现物理学的这些学科特点。
瞟缒词】大学物理；网络虚拟；实验；设计1网络虚拟物理实验设计的基本内涵1．1网络虚拟实验网络虚拟实验(W eb—bas edV i rt ual Exper i m ent)是基于计算机网络的虚拟实验，即基于W eb的虚拟实验，具体可描述为：利用计算机网络技术、虚拟现实技术、数据库技术等多种新技术，结合实验教学的实际要求，构建虚拟场景和仪器，提供给学生仿真的、交互式的、主动的学习和实验环境，配合相关的辅助资源和网际的师生交流与合作实现完整的实验学习过程。
12大学物理网络虚拟实验大学物理网络虚拟实验是指针对大学物理实验内容而设计的网络虚拟实验。
笔者将研究内容限定在大学物理网络虚拟实验范畴，主要原因在于：各学科之间存在许多差异，比如学科特点、内容特征、实验方法、数据分析方法等。
大学物理网络虚拟实验包括知识讲解、实验操作、资源库、协作交流、帮助系统和评价反馈等模块，如图所示：大学物理网络虚拟实验除了具备一般网络虚拟实验的特点之外，还具有学科特点。
物理学以实验为基础，以思维为核心，探索自然界物质运动、变化及其发展规律。
物理学具有如下学科特点：实践性、结构性、精确性、逻辑性、抽象性、科学性等。
13大学物理网络虚拟实验设计笔者将网络虚拟实验设计定义为：在进行网络虚拟实验制作之前，根据实际需求，对制作过程进行构想、制定计划和目标，并以某种形式记录下来的过程。
顾名思义，大学物理网络虚拟实验设计就是针对大学物理实验教学而进行的网络虚拟实验设计。
2大学物理网络虚拟实验设计模式构建探讨21大学物理网络虚拟实验设计模式的概念模式是再现现实的一种理论化的简约形式。
大学物理网络虚拟实验设计模式是在大学物理网络虚拟实验设计的实践当中逐渐形成的一套程序化的步骤，其实质是说明做什么，怎样去做。
虚拟教研室 案例
虚拟教研室案例虚拟教研室是一种基于虚拟现实技术的教学辅助工具，通过模拟真实教室的场景和环境，为教师和学生提供了一个互动、身临其境的学习体验。
在这个虚拟教研室中，教师可以利用虚拟现实技术展示教学内容，学生可以通过虚拟现实设备进行互动学习。
下面是一些虚拟教研室的应用案例。
1. 虚拟实验室：利用虚拟教研室，学生可以进行各种实验，如化学实验、物理实验等。
虚拟实验室可以模拟真实实验室的场景，让学生通过虚拟设备进行实验操作，提高实验技能。
2. 虚拟考试系统：利用虚拟教研室，学生可以进行各种考试，如模拟考试、竞赛考试等。
虚拟考试系统可以模拟真实考试的场景，让学生在虚拟环境中进行答题，提高应试能力。
3. 虚拟语言学习：利用虚拟教研室，学生可以进行各种语言学习，如英语学习、汉语学习等。
虚拟语言学习可以模拟真实语言环境，让学生通过虚拟设备进行听说读写的练习，提高语言能力。
4. 虚拟历史探索：利用虚拟教研室，学生可以进行各种历史探索，如古代文明、历史事件等。
虚拟历史探索可以模拟真实历史场景，让学生通过虚拟设备进行探索和研究，提高历史意识和研究能力。
5. 虚拟地理实践：利用虚拟教研室，学生可以进行各种地理实践，如地形地貌、自然灾害等。
虚拟地理实践可以模拟真实地理环境，让学生通过虚拟设备进行实地考察和研究，提高地理观察和研究能力。
6. 虚拟艺术创作：利用虚拟教研室，学生可以进行各种艺术创作，如绘画、音乐等。
虚拟艺术创作可以模拟真实艺术场景，让学生通过虚拟设备进行创作和表达，提高艺术创造力和表达能力。
7. 虚拟体育训练：利用虚拟教研室，学生可以进行各种体育训练，如篮球、足球等。
虚拟体育训练可以模拟真实运动场景，让学生通过虚拟设备进行训练和比赛，提高体育技能和竞技能力。
8. 虚拟职业体验：利用虚拟教研室，学生可以进行各种职业体验，如医生、工程师等。
虚拟职业体验可以模拟真实职业场景，让学生通过虚拟设备进行职业操作和实践，提高职业技能和职业意识。
“导热系数的测定”虚拟实验课件的设计实现
Ｋ ｗｏｄ ： ｉｔａ ｐ ｒｍｅ ｔｃｕ ｓｗａｅ；ｉ ｌｔｏ ｃ ｍｐ ｔｒ ｉｅ ｎ ｔｕ ｔ ｎ ｒ ｓ ｖｒｕａｉｎ；ｏ ｕ ｅ —ａｄ ｄ ｉｓｒ ｃｉ ｏ
Ｏ 引 言 物理学是建立于实验上的科学。实验教学在物理教
学 中 占有 十分重要 的地 位 ， 仅 能加深学 生对 物理规 律 它不
Ｔ ＮＳ ｏ－ ａ ， Ａ ＧＸａ－ ２Ｈ ＯＪ ｎ ｉ Ｘ ｈＯ，Ｉ ｈｎ－ ｎ１ Ａ ｕ ｉ １ Ｎ ｉ ｐ ，Ｕ ａ－ ｎ ＵＣ ａ Ｌ ｅｇ ｉ ｈ ｂｏ Ｗ ｏｕ ｉ ｑ ￣， １ Ｚ ｐｇ
（ ．ｍｔ ｅｏ ｌ ｔ ｎｃ ｃ ｎ ｅ ｎ ｅｈ ｏ ｇ ， ｎ ｕ ｉｅｓｙ Ｈ ｆｉ ３ ０ ９ Ｃ ｉａ １ Ｉ ｉ ｆ ｅ ｒ ｉ Ｓ ｉ ｃ ｄＴ ｃ ｎ ｌ ｙ Ａ ｈ ｉ ｖｒｔ ， ｅｅ２ ０ ３ ， ｈ ； ｍｔ Ｅ ｃ ｏ ｅ ａ ｏ Ｕｎ ｉ ｎ
维普资讯
第ｌ ６卷。第 璺 期
．
计 算 机 技 术 与 发 展
（ ） Ｗ Ｉ ＲＴＥ ＨＮ ＯＧ Ａ Ｅ Ｌ ＭＥ Ｔ Ｘ ＭＰ ＇ Ｃ ＯＬ Ｙ ＮＤ Ｄ ＶＥ ＯＰ Ｎ Ｅ
Ｖ１６ ｏ１
．
Ｎｏ ８ ．
２０ ０６年 ８月
Ａｕ ． ２ ０ ｇ ０６
的了解 ， 培养学生的实验技能， 而且能训练学生独立思考， 利用物理方法分析、 解决问题的能力 ， 以及了解实验的物 理思想， 培养创新思维 ， 提高学生的科研素质儿 。 Ｊ
由于实验 课时 、 器 、 仪 场地 及实 验指导 教师 的缺乏 ， 物
理现象用图形图像演示出来 ， 并可以调节一些参数 ， 得到
２ Ｄ ｐｒｍｅｔ ｆ ｔ ｎ ｍｙａｄＡｐｌｄＰ ｙｉ ， ｉ ｒ ｔ ｆ ｄ ｎ ｅ ｎ ｅｈ ｏ ｇ ｆ Ｃ ｉａＨｅ ｉ ３０ ６ Ｃ ｎ ） ． ｅａｔ ｎ Ａｓ ｏｏ ｏ ｒ ｎ ｐ ｅ ｈ ｓｓＵｎ ｅｓ ｙｏ ｅｃ ｄＴ ｃ ｎｌ ｙｏ ｈｎ ， ｆ ０ ２ ， ｈ ａ ｉ ｃ ｖ ｉ Ｓ ａ ｏ ｅ２ ｉ
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第9卷第5期2011年10月实验科学与技术Experiment Science and Technology Vol.9No.5Oct.2011·大学生园地·收稿日期：2011－02－14项目资助：2008年国家级实验教学示范中心建设单位项目资助，2009年广西师范大学教育教学改革与建设项目资助。
作者简介：岑铬锋（1986－），男，物理学专业本科生，专业方面：理论物理。
通讯作者：李丹（1965－），女，副教授，主要从事理论物理，物理实验教学与研究。
大学物理实验虚拟系统设计与交互式教学的实现岑铬锋，胡君辉，李丹，丁世忠（广西师范大学物理科学与技术学院，广西桂林541004）摘要：大学物理实验在培养学生实验操作能力、观察能力、分析和解决问题能力方面发挥着重要的作用。
但是，由于受实验室条件和课程时间的限制，实际教学未能真正做到实验室的全面开放，不能满足学生多层次的学习需求，虚拟实验系统可以解决这样的教学矛盾，为学生提供全方位、多层次的开放式的学习资源．文中以大学物理实验中“准稳态法测导热系数和比热”实验为例，阐述建立大学物理实验虚拟系统的原则和方法，详细介绍了如何用Flash 等软件实现大学物理实验虚拟系统和网络交互式教学。
关键词：大学物理实验；Flash ；虚拟系统；交互式教学中图分类号：TP391.9；O4－33；G642.423文献标志码：A 文章编号：1672－4550（2011）05－0186－04Design of College Physics Experiment Virtual System and Implementationof Interactive Teaching Based on Flash TechnologyCEN Ge-feng ，HU Jun-hui ，LI Dan 1，DING Shi-zhong（Department of Physics Science and Technology ，Guangxi Normal University ，Guilin 541004，China ）Abstract ：College physics experiment teaching plays an important role in fostering students'abilities of experimental operation ，obser-vation ，analyzing and solving problem．However ，due to the limits on laboratory conditions and the course time ，the actual teaching does not realize fully open laboratories ，which can not meet the learning needs of students in multi-level．The virtual experiment systemcan solve the contradiction to provide students with omnibearing ，multi-level open learning resources．Taking the college physics exper-iment of thermoconductive coefficient and specific heat capacity by quasi-steady-state method as an example ，the principles and meth-ods to create a physics experimental virtual system are elaborated ，the realization of virtual system and interactive teaching network uti-lizing Flash and other softwares are introduced in detail．Key words ：college physics experiment ；Flash ；virtual system ；interactive teaching为了克服实验器材和实验室开放时间有限等难题，帮助学生加深对物理规律的理解，加强学生的研究问题能力，培养学生创新思维，适应大学物理实验开放式教学的趋势的要求［1－5］，虚拟大学物理实验系统应运而生。
目前，网络的普及为教育者和学习者提供了很好的互动平台，虚拟实验的设计开发已成为当前教育研究的热点［6－7］。
它改变了传统的教学结构和教学模式，借助互联网技术全面提高教学效率［8］。
针对当前物理实验教学存在时间和空间限制的问题，通过设计虚拟大学物理实验系统，加强学生的动手操作能力和提高教学效果，帮助学生解决预习困难和复习资源不足的难题。
本文以大学物理实验中“准稳态法测导热系数和比热”实验为例，阐述建立虚拟大学物理实验系统的原则和方法，详细介绍了如何用Flash 等软件［9］实现虚拟大学物理实验系统和网络交互式教学。
1虚拟大学物理实验系统的设计大学物理实验的教学目标主要在于培养学习者的观察能力、动手能力以及分析问题和解决问题的能力。
因此，开发虚拟大学物理实验系统应结合实验教学目标，做到因材施教。
1.1设计原则本系统是基于Flash 技术和互联网进行教学、学习的应用系统，故其设计应遵循以下几点原则：1.1.1制作对象具有顺序性和连续性实验教学应由浅入深，由基础性到探究性，广泛地探讨学科知识，并且贯穿整个课程安排。
本系第9卷第5期岑铬锋，等：大学物理实验虚拟系统设计与交互式教学的实现统首批作品涵盖了力、热、电、光、声的基础实验，使学习者能够由表及里、循序渐进地学习实验。
1.1.2面向对象具有主体性和协作性知识作为教师和学生共同面对的客体，教师与学生是教学活动的主体，应在学习过程中充分体现其主动性作用［3］。
在设计虚拟系统过程中，我们把引导学生自学作为重点。
把老师教学和交流作为侧重点，以便协助学生学习。
1.1.3应用对象具有开放性和交互性该系统面向所有客户，本校学生只要通过计算机联网就可以进入该系统进行学习，不受任何地域的限制。
同时，通过注册账号后，学生和老师可在网上交流。
1.2设计思想根据大学物理实验教学目标，完成一个实验应做到的基本要求是：了解实验的目的和要求，观察实验现象，理解实验原理，知道用哪些仪器完成该实验，懂得熟练操作实验并注意实验过程中可能会出现的问题等。
为了达到这些基本要求，我们从以下2方面进行设计：（1）应掌握的知识方面：实验现象具有哪些规律，研究实验有何目的，该怎样用理论去解释和分析实验现象。
（2）培养学习者能力方面：如何安装好仪器并进行熟练操作，从哪方面入手分析实验现象产生原因，对实验数据进行处理和误差分析。
基于以上2点，我们提出了虚拟系统包括大学物理实验所学的力、热、电、光、声5类实验，每类实验包含所属类别的多个子实验，每个实验由7个模块构成，如图1所示。
图2热学实验按钮动作通过函数，我们可以实现以下功能：当鼠标滑过按钮的时候，出现与热学相关的多个子实验如图3所示。
点击相应实验的名称，就可以进入该虚拟系统进行相应实验模拟。
·781·实验科学与技术2011年10月图3按钮效果图2.3操作演示和自己动手模块的实现2.3.1测定样品的温度差和温升速率的演示操作演示从视觉和听觉角度让学生初步认识实验的各个步骤，以及实验的数据记录等过程。
将每一个步骤制作成影片剪辑形式，利用帧与帧之间的播放可以顺畅地在不同步骤之间进行切换，同时还可以实现多个复杂的操作。
在本实验中，测定样品的温度差和温升速率是是实验者比较有疑惑的操作。
建立多个图层来设计各个动作，可以清楚有效地向学生演示实验的操作过程。
在各个图层的不同时间轴上插入关键帧（代码）和创建补间，使仪器按照规定的步骤进行演示，在演示同时给予必要的文字说明。
设计图层及代码如图4所示。
图4设计图层及代码2.3.2实验仪器安装及连线的实现虚拟实验能够起到教学仿真的作用，需让各个步骤与实际实验步骤相一致。
实验仪器安装是整个实验操作的基础，安装得正确与否直接影响到实验的结果。
因此在实验仪器安装过程中需要做到准确、稳定和安全。
本实验的安装步骤较多，连线相对复杂。
为了使学生在模拟实验过程中能够准确地进行实验，在制作时将仪器分解为多个部分，并将其做成元件后导进Flash 的舞台。
通过脚本语言，可以很好地实现这个要求。
具体函数如下：on （press ）｛this.startDrag （）；nowx =this._x ；nowy =this._y ；｝on （release ）｛stopDrag （）；_root.xiangjiao12._x =_root.xiangjiao11._x +10；_root.xiangjiao12._y =_root.xiangjiao11._y +15；if （_root.redian.hitTest （_root.xiangjiao11））｛_root.xiangjiao12._visible =1；_root.xiangjiao11._visible =0；_root.nextFrame （）；｝//end if else ｛this._x =nowx ；this._y =nowy ；｝//end else if ｝导线连接是实验不可缺少的一部分，在导线连接过程中，导线均可以用鼠标拿起来，进行随意的拖动，然后接到对应的接口上去，只有接对时才会接上接口，否则导线会回到原处。
在以上已有的脚本基础上，对于不同的导线，我们将所要拖动的对象的名称和位置值做一下修改，即将样品元件的名称改成导线元件的名称并改坐标位置值，如“_root.xiangjiao12._x =_root.xiangjiao11._x +10；”改成“_root.hongxian2._x =_root.hongxian1._x +10；”，这样就可以实现了导线间的连接了。
接好导线的效果图如图5所示。
图5部分导线连接效果图·881·第9卷第5期岑铬锋，等：大学物理实验虚拟系统设计与交互式教学的实现3交互式教学的实现BBS是基于B/S浏览器和服务器模式的Web信息管理系统。
其设计和实现采用微软的ASP作为开发平台，脚本采用VBScript，数据库采用Access，服务器采用Windows XP IIS。