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基本信息
- 項目名稱：
- 虛擬物理實驗的設(shè)計與制作
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本項目通過使用建模軟件3D max和虛擬交互軟件VRP對中學(xué)物理實驗中的“用天平和刻度尺測量立方體金屬塊對桌面的壓強(qiáng)”進(jìn)行虛擬交互，為廣大中考考生提供網(wǎng)上虛擬實驗平臺。
- 詳細(xì)介紹：
- 【設(shè)計目的】 設(shè)計制作面向河南省理化生實驗加試（物理）強(qiáng)化訓(xùn)練的三維虛擬交互式實驗室，實驗環(huán)境、實驗項目符合當(dāng)前中招實驗加試考試大綱，實驗操作不受時間、空間限制，可作為中招考生練習(xí)備考練習(xí)只用，也可用于輔助常規(guī)物理實驗教學(xué)。 【基本思路】 2010年河南省有153萬初中畢業(yè)生，省教育廳公布的我省高中階段的招生計劃中，普通高中招收人數(shù)為64萬（鄭州晚報），不足畢業(yè)生總數(shù)的二分之一，這一現(xiàn)實狀況使得大部分想通過高中上大學(xué)的中考考生面臨著嚴(yán)峻的考驗。中考總分645分，其中實驗加試15分，占總分的2.32%，雖然分量不大，但是對于可能因一分之差就會被高中拒之門外的考生而言卻是舉足輕重的。 到目前為止實驗教學(xué)仍然是我國中學(xué)物理教學(xué)中的一個薄弱環(huán)節(jié)，實驗教學(xué)的現(xiàn)狀與它在物理教學(xué)中應(yīng)有的地位仍然是很不相稱的。由于實驗場所和儀器設(shè)備等條件的限制，學(xué)生只能在實驗課上練習(xí)實驗操作，缺乏課下練習(xí)的條件。雖然部分學(xué)校的教師提供實驗過程錄像光盤或flash演示教程，但是學(xué)生只能觀看，而不能動手參與操作。因此經(jīng)過認(rèn)真的調(diào)查，從中學(xué)物理實驗教學(xué)這一基本現(xiàn)狀出發(fā)，本小組成員擬通過3D max和Web 3D技術(shù)開發(fā)一個虛擬的物理實驗室，為廣大中考考生提供網(wǎng)上虛擬實驗平臺。 本項目小組根據(jù)實驗考試大綱要求，將加試考試中學(xué)生出錯率最高、抽中率最高、較難做的一個實驗項目作為三維虛擬交互物理實驗室的主要實驗項目： 用天平和刻度尺測量立方體金屬塊對桌面的壓強(qiáng)（用天平測量出金屬塊的質(zhì)量，同時，用刻度尺測量出金屬塊的邊長，計算出金屬塊對對桌面的壓強(qiáng)）。 本項目主要完成以下兩方面的工作： 1、實驗儀器建模。構(gòu)造實驗加試中涉及到的實驗器材模型 （托盤天平及砝碼一盒，刻度尺，立方體金屬塊） 2、設(shè)計實現(xiàn)虛擬實驗中的交互過程。實現(xiàn)人機(jī)交互，對實驗者做出的操作過程提供實時的效果反饋，對實驗者在實驗中的錯誤進(jìn)行及時的糾正，并及時引導(dǎo)正確、規(guī)范的實驗操作。 本軟件要求達(dá)到的性能目標(biāo)： （1）交互性強(qiáng)； （2）自由度高； （3）實驗器材真實、實驗者代入感強(qiáng)、能夠捕捉實驗者的操作細(xì)節(jié)；
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 創(chuàng)新點(diǎn)： 目前已有教師提供教學(xué)光盤演示物理實驗過程，網(wǎng)上也有一些軟件來演示物理實驗，如北京洪恩電腦有限公司推出的由flash制成的實驗軟件，這兩種方式僅僅為學(xué)生提供實驗過程的主觀感受，缺乏實際操作，難以預(yù)見操作錯誤，且缺乏有效交互反饋。本項目擬開發(fā)的虛擬物理實驗室創(chuàng)新之處就在于提供給學(xué)生實時反饋的逼真的操作環(huán)境，學(xué)生的實驗項目練習(xí)不受實驗室條件限制，只要能上網(wǎng)，即可參與練習(xí)，能夠減少錯誤率發(fā)生。 項目研究的技術(shù)關(guān)鍵： 1.建模：初中物理實驗相關(guān)器材（天平、砝碼、刻度尺等）的建模、渲染。 2.實驗器材的物理屬性的定義：每一款實驗器材都有其獨(dú)特的物理屬性，如天平等度量工具，如何用軟件將這實驗器材這一特性表現(xiàn)出來將是項目的又一難點(diǎn)。 3.軟件提供的實驗操作自由程度：由于物理實驗的靈活多變，使得實驗者獲得了極大的自由發(fā)揮空間，如何限定這一自由使之即具有仿真環(huán)境下的真實代入感，又能夠減少軟件設(shè)計的先期投入，是軟件設(shè)計的另一難點(diǎn)。 4.操作過程的量化反饋：作為一款教學(xué)輔助軟件，對學(xué)生參與后的成績量化和反饋將十分重要，如何貼近真實的考試，程序的容錯度的把握等是軟件設(shè)計的再一難題。 主要技術(shù)： 1.實驗器材的模型建造。小組使用Autodesk公司出品的3dsmax軟件進(jìn)行建模，該軟件功能強(qiáng)大、開放性好、方便上手，且軟件本身對硬件要求相對較低、成品占用內(nèi)存較小，適合小團(tuán)體使用。 2.后期交互場景制作。使用中視典科技有限公司開發(fā)的VRP軟件中的VRPIE三維網(wǎng)絡(luò)平臺。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 目前，計算機(jī)技術(shù)在各個領(lǐng)域都發(fā)展的紅紅火火，唯獨(dú)在教育上很冷清，即使談了這么多年的素質(zhì)教育—運(yùn)用高科技發(fā)展學(xué)生多方面能力，但真正用多媒體，計算機(jī)上課的有幾個學(xué)校？事實卻是學(xué)生越來越多，硬件設(shè)施遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上，就比如實驗場所和儀器設(shè)備等，學(xué)校根本滿足不了學(xué)生的需求，學(xué)生只能在實驗課上練習(xí)實驗操作，缺乏課下練習(xí)的條件。我們用3d等技術(shù)開發(fā)虛擬實驗室正是解決了這個矛盾！ 參考文獻(xiàn)： ［1］楊麗，顧邦軍，蔣雪明.基于WEB的多媒體計算機(jī)虛擬實驗室的架構(gòu)與實現(xiàn).《教育與職業(yè)》，2010年第30期 ［2］李運(yùn)璽.物理教學(xué)中應(yīng)注重培養(yǎng)的學(xué)生科技意識.《教育科學(xué)》，2010年第5期
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 三維虛擬物理實驗室允許學(xué)生在課余的時間特別是考前復(fù)習(xí)實驗操作，增強(qiáng)學(xué)生對加試實驗操作的熟練程度，以減少誤操作幾率；軟件研制成功之后投放市場獲得更大的經(jīng)濟(jì)和社會效益；可以進(jìn)一步促進(jìn)虛擬現(xiàn)實技術(shù)在中小學(xué)基礎(chǔ)教育改革中的應(yīng)用，引導(dǎo)更多的研究者充分利用信息技術(shù)改善教育教學(xué)環(huán)境。
同類課題研究水平概述
- 本軟件主要針對國內(nèi)中招實驗加試，實驗教學(xué)仍然是我國中學(xué)物理教學(xué)中的一個薄弱環(huán)節(jié)，由于實驗場所和儀器設(shè)備等條件的限制，學(xué)生只能在實驗課上練習(xí)實驗操作，缺乏課下練習(xí)的條件，我們通過3D max和Web 3D技術(shù)開發(fā)一個虛擬的物理實驗室，為廣大中考考生提供網(wǎng)上虛擬實驗平臺，目前已有部分教師提供教學(xué)光盤演示物理實驗過程，網(wǎng)上也有一些贏利性flash軟件來演示物理實驗, 但是學(xué)生只能觀看，而不能動手參與操作.我們的虛擬實驗室將達(dá)到人機(jī)交互，身臨其境的進(jìn)行試驗的練習(xí)。
