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《基于virtools探究性仿真物理实验的设计与实现》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、2009年11月合肥师范学院学报Nov.2009第27卷第6期JournalofHefeiTeachersCollegeVol.27No.6基于VIRTOOLS探究性仿真物理实验的设计与实现胡强(合肥师范学院公共计算机教学部,安徽合肥230061)[摘要]仿真实验通过虚拟现实技术对三维实验仪器模型进行交互设计来实现,相比常规实验具有一定的教学优势。在对学习目标和行为具体分析的基础上,进行深度交互设计,可以创建支持学生探究学习的仿真物理实验,从而帮助学生从事类似于科学研究的思维过程,实现对物理规律的意义理解。探究性仿真物理实验创建的关键技术包括三维建模、交互设计、数据库访问、参数
2、输入接口及转换技术,能为中学物理教师丰富实验教学手段提供一种选择。[关键词]探究;仿真物理实验;Virtools;设计、实现[中图分类号]TP391[文献标识码]B[文章编号]1674-2273(2009)06-0060-041引言学设计的整体背景之下考虑,必须体现科学性、符合实验是中学物理教学的重要环节,由于仪器、课学习目标和认知规律的原则,而且以深度交互与及时时以及场所等因素的限制,常规实验教学的效果受反馈来为学生探究行为提供基础。基于此,探究性仿到很大的影响,因此仿真实验越来越受到重视。仿真物理实验的设计概括为如图1所示:真实验基于虚拟现实技术,通过三维实验场景和仪器来
3、模拟实验。相比常规实验,仿真实验不消耗器材,也不受场地等外界条件限制,可重复操作,直[1]至得出满意结果,它具有沉浸性、真实性和交互性特征,因而有着重要的教育应用价值。但是综观目图1探究性仿真物理实验的设计流程简图前仿真实验的开发现状,很多仿真物理实验主要用于实验过程的演示,部分仿真物理实验进行一些交2.1学习目标分析互功能的设计,但是由于交互仅限于场景角度和位学习目标分析是探究性仿真物理实验设计的出置的变化或者虚拟仪器的简单动作,因此难以完全发点和归宿,是避免实验设计沦落为技术的堆砌,使支持真正意义上的探究学习。其具有教育价值的根本保证。按照新课程标准的要探究性学习是新课改大力提倡的
4、学生新学习方求,目标不能仅仅限于知识和技能维度的描述,而是式,在探究性学习的要求下,物理实验不能仅仅是演示在过程与方法、情感与态度方面也要作出相应的分析或验证物理规律,而应当作为学生产生与科学研究相和确定,从而为后继设计提供方向性指导。似学习行为的具体情境,从而让学生在探究中建构知2.2探究行为分解识,体验探究的乐趣并获得成就感。在这样的要求下,学生在仿真物理实验中的探究性学习总是可以如何设计能够促进学生探究性学习的仿真物理实验,分解为系列具体的行为,包括学生的操作行为以及在是相关开发者和广大教师必须关注的新课题。这些操作行为作用下虚拟实验仪器符合现实规律的2探究性仿真物理实验的设计流
5、程动作。两者保证学生通过自主行为主获得可观察实探究性仿真实验有两个关键特征,一个是仿真验现象,进而通过思维发现规律,建构意义或达到其性,一个是深交互性。仿真性是为了保证虚拟实验尽它的学习目标。对这些行为的分解和具体描述使得量与常规实验在视觉上尽量具有相同特性,避免虚拟仿真实验的交互设计具有针对性而不致盲目或无效。实验仪器的符号化,从而产生真实的感觉。深交互性2.3虚拟物理实验仪器库是保证探究性学习得以实现的关键因素,它在对学生仿真物理实验中的虚拟仪器必须是三维的,可探究行为进行具体分解的基础上通过基于消息机制以通过各种三维建模软件制作。以库的方式对各个的虚拟仪器的动作设计来实现。实验的设
6、计要在教虚拟物理实验仪器进行管理,便于已实现组件的复-[收稿日期]2009-06-24[基金项目]2008年安徽省教育科学规划课题,(JG08146)。[作者简介]胡强(1975-),安徽芜湖人,合肥师范学院公共计算机教学部教师,硕士。60用。库中每个组件最好是一个功能整体,而组件的输出数据之间的关系,获得对物理规律的认识,即必各个构成是独立的以便于交互设计,例如在三维软须至少建立数据层级的深度交互。件中独立制作安培表的指针、表体、面板、接线柱等2.5实验数据处理构成,再将它们导出为一个整体的虚拟安培表存放按四川师范大学的杨春教授观点,实验数据处在库中,以便各个仿真实验中导入使用,又便
7、于对其理主要功能是提交实验报告,提取实验标准,比较分[2]指针、接线柱等进行独立的交互设计。析,绘制图表和返回分析结果等。虚拟实验帮助学2.4交互动画设计生收集、存储和管理实验数据辅助学生分析,并及时物理实验教学是学生通过观察自主操控产生的反馈实验结果,对学生的探究性学习也非常重要,是物理现象来发现或验证规律,在虚拟实验中,其模式必不可少的环节。相应转变为学生通过键盘或鼠标的操作,使虚拟实2.6调试修改验仪器发生模拟
