基本信息
- 項目名稱：
- 《虛擬世界中的化工設備》多媒體教學課件
- 小類：
- 信息技術
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 課件中系統(tǒng)地制作了換熱器、攪拌釜、板式塔三類化工設備立體模型。使用桌面式虛擬現(xiàn)實軟件研制的教學素材視覺沖擊力強，特別是針對不同化工設備的結構特點設計了相應的虛擬交互操作，逼真地表現(xiàn)了主要部件立體結構、組成關系、組裝過程、操作原理等，是本課件最大的亮點和創(chuàng)新點。課件層次簡單，跳轉(zhuǎn)方便，播放流暢，便于使用。課件提供了先進的教學資源，具有類似功能的化工設備的多媒體教學課件，目前在國內(nèi)尚未查到。
- 詳細介紹：
- 化工設備種類多，結構復雜，采用平面組裝圖、文字描述、教具、工廠參觀等傳統(tǒng)的教學手段，都存在一定的局限性，學生難以理解。先進的計算機多媒體技術在一定程度上能夠解決這類問題，但非計算機專業(yè)的教師研制多媒體教學課件有很大的難度。本課件研制目的就是為教師授課和學生自學提供有效的、先進的學習資源。 使用3Dmax制作了換熱器、攪拌釜、板式塔三類化工設備的三維模型，共計58個。這些精致的三維模型準確地表達了化工設備中主要部件的立體結構、空間組成等，突破了傳統(tǒng)的圖紙、文字等平面教學形式的約束，提供了全新的立體化的教學手段。 虛擬現(xiàn)實技術是上世紀90年代興起的一項高新技術，近年來倍受教育界的青睞。使用桌面式虛擬現(xiàn)實軟件（Cult3D），將化工設備三維模型制作成虛擬現(xiàn)實教學素材。在虛擬現(xiàn)實場景中，通過操作鼠標、鍵盤，可對化工設備模型進行隨意的三維空間中自由旋轉(zhuǎn)、縮放、平移等交互操作，可以顯示化工設備中主要部件的名稱，可以在任意位置、以任意比例、從任意角度觀察虛擬模型，甚至可進入模型內(nèi)部，觀察其結構組成等，猶如進入電腦游戲的虛幻世界中一樣，激發(fā)起學生們的好奇心和學習的興趣。特別是充分利用虛擬現(xiàn)實高級技術，針對不同化工設備結構特點設計了相應的交互操作，將傳統(tǒng)的圖片和動畫教學形式與虛擬現(xiàn)實強大的交互功能有機地結合起來，通過對虛擬設備進行組裝、分解、突現(xiàn)等復雜的操作，逼真地表現(xiàn)了主要部件組成關系、組裝過程、操作原理等，極大地滿足了教學要求。高水平的虛擬現(xiàn)實教學素材的制作既是本課件的亮點，也是創(chuàng)新點。 將自行研制的多種形式的教學素材整合，使用Authorware軟件研制了《虛擬世界中的化工設備》多媒體教學課件，為教學素材的使用搭建了流暢的播放平臺，課件畫面設計具有時代感，結構層次簡單，跳轉(zhuǎn)方便，便于教師授課和學生自學。 具有本課件綜合教學功能及教學效果的化工原理的多媒體教學課件，目前在國內(nèi)尚未查到。
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 目的：化工設備是化學工程教學難點，計算機多媒體技術在一定程度上能夠解決這類問題，但非計算機專業(yè)的教師研制多媒體教學課件有很大的難度。本課件研制目的是為教師講授和學生自學提供有效的、先進的學習資源，促進教學水平和質(zhì)量的提高。 基本思想：選用能夠有效地表現(xiàn)教學內(nèi)容、解決教學難點的高級計算機軟件。選擇具有復雜的立體結構和組成，且能夠系統(tǒng)研制的常見的化工設備。選用低投入、易實現(xiàn)的桌面式虛擬現(xiàn)實軟件。將研制的多種形式的教學素材整合，制作成多媒體教學課件，便于教師和學生使用。 創(chuàng)新點：1.三維模型質(zhì)高量多，準確地表達了化工設備中各部件的立體結構、各部件的空間組成關系等。2.為化工設備設計制作了虛擬場景，突破了動畫形式線性播放的束縛，提供了開放式的交互操作。3.針對不同化工設備的結構特點設計了不同的虛擬交互操作，逼真地表現(xiàn)了化工設備中各部件空間立體組成關系、組裝過程、操作原理等。具有類似功能的化工設備的多媒體教學課件，在國內(nèi)尚未查到。 技術關鍵：本科技作品為多媒體教學課件，顯示分辨率為1024×768。課件研制使用了3Dmax、Cult3D、Authorware、Photoshop、Flash、音頻處理等軟件。課件中涉及換熱器、攪拌釜、板式塔設備的教學內(nèi)容，共計58個三維虛擬模型。教學素材形式多樣：虛擬現(xiàn)實、三維模型圖片及注釋、文字說明、配音解說。其中虛擬現(xiàn)實教學素材包括：虛擬場景、部件注釋、設備組裝、部件分解和突現(xiàn)、操作原理等形式。課件界面時尚，層次簡單、布置合理、跳轉(zhuǎn)便捷，播放流暢。
科學性、先進性
- 虛擬現(xiàn)實技術是上世紀90年代興起的綜合性信息技術。查閱近期文獻，有作者[1]用VRML建立化工設備虛擬模型和場景，也有用3Dmax建模[2]-[5]，用VRML或VB編程實現(xiàn)虛擬場景，用于產(chǎn)品展示、模擬實驗和實習等。近幾年使用Cult3D軟件開發(fā)虛擬現(xiàn)實技術應用的報道較多，摘選部分[11]-[16]，都不是化工原理教學的。李和香[6]2011年用3Dmax、Cult3D、DreamWeaver、Flash等研制《離心泵的檢修與安裝》課件，方法與我們最接近。 本課件用3Dmax制作化工設備模型，模型精致，數(shù)量多。用Cult3D軟件制作虛擬教學素材，特別是虛擬現(xiàn)實高級技術的應用，以及有針對性的交互操作的設計和實現(xiàn)，逼真地表現(xiàn)了化工設備中主要部件組成關系、組裝過程、操作原理等，是本課件實質(zhì)性創(chuàng)新與顯著進步的主要體現(xiàn)。用Authorware軟件制作成教學課件，便于教學使用。 目前能夠達到本課件綜合教學效果的有關化工原理的多媒體教學課件尚未看到。(參考文獻見課件簡介)
獲獎情況及鑒定結果
- 無
作品所處階段
- 已應用于《化工原理》等課程教學
技術轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 磁盤、現(xiàn)場演示
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 使用說明：臺式計算機、筆記本均可，WindowsXP、Windows7等操作系統(tǒng)，顯示分辯率大于1024×768，計算機性能越高越好。安裝光盤中提供的Cult3D播放器（Cult3D.exe）。將“虛擬世界中的化工設備”文件夾拷到硬盤上，運行“虛擬世界中的化工設備.exe”。 特點和優(yōu)勢：課件研制中選用了流行的多媒體制作軟件。課件界面友好、跳轉(zhuǎn)方便、播放流暢。提供的化工設備三維模型數(shù)量多、質(zhì)量高。制作了虛擬場景，既可生動地、直觀地表現(xiàn)復雜的設備結構，又有強烈的視覺效果，極大地激發(fā)了學生的學習興趣。特別是針對不同設備結構特點設計虛擬動作，逼真地表現(xiàn)了各部件空間立體組成關系、組裝過程、操作原理等，具有強大的交互功能。 適應范圍：化工類本科、研究生的化工原理、化學工程、反應工程等課程，既可以滿足教師個性化的課堂教學，更有利于學生自主學習。 推廣前景：化學工程屬于專業(yè)基礎課，開設院校和專業(yè)廣泛。本課件彌補了傳統(tǒng)教育技術的弱點，解決了教學難點，填補了國內(nèi)相關市場的空白，極具推廣價值。
同類課題研究水平概述
- 虛擬現(xiàn)實技術是上世紀90年代興起的綜合性信息技術。桌面式虛擬現(xiàn)實軟件在普通PC機上就可產(chǎn)生相當程度的虛擬現(xiàn)實的體驗，如VRML，Cult3D，shockwave3D、Fluid3D、virtools等。Cult3D軟件因模型質(zhì)量高，交互性強，文件小，對計算機性能要求低等優(yōu)點，近年來受到用戶歡迎。 1.化工中虛擬現(xiàn)實的應用 喬向東[1]用VRML語言建立了化工機械產(chǎn)品虛擬模型，用戶可以與虛擬場景中的物體產(chǎn)生交互動作，該系統(tǒng)主要用于產(chǎn)品展示。羅一鳴等[2]用3Dmax中建立化工裝置模型，用VB編程實現(xiàn)互動式的化工場景漫游，該系統(tǒng)沒有化工設備具體結構的細節(jié)。李謙[3]等用AutoCAD建立化工設備模型，在3Dmax中貼圖，輸出為VRML格式文件，直接發(fā)布到Internet上，文中的換熱器虛擬模型圖片質(zhì)量較差。廖孫啟[4]等用3Dmax制作實驗裝置模型，用VRML語言制作了7個化工原理虛擬實驗。孫春峰[5]等使用三維建模軟件建模，使用VS和Unity3D開發(fā)程序，實現(xiàn)在化工廠模型中的漫游、設備的運轉(zhuǎn)和操作等。李和香[6]等2011年的文章中報道了使用3Dmax、Cult3D、DreamWeaver、Flash、Photoshop等軟件，研制《離心泵的檢修與安裝》教學課件的工作。他們的工作模式與我們極為相似，但他們只做了離心泵的教學內(nèi)容。文獻[7]-[10]等均為綜述性文章。 2.化工原理教學課件 張艷輝[11]、胥桂萍[12]、李江存[13]等使用Flash制作二維動畫，用Authorware制作化工原理教學CAI課件。還有一些相關綜述性文獻不再贅述。 3.虛擬現(xiàn)實技術的其他應用 近幾年使用Cult3D軟件開發(fā)虛擬現(xiàn)實應用的領域較廣，報道較多，摘選部分[11]-[16]，但都不是化工原理課程教學方面的。 本課件研制中用3Dmax軟件制作化工設備模型，量多質(zhì)優(yōu)。用Cult3D軟件制作虛擬場景，特別是虛擬現(xiàn)實高級技術的應用，以及有針對性的交互操作的設計和實現(xiàn)，逼真地表現(xiàn)了化工設備中各部件組成關系、組裝過程、操作原理等，既是課件的亮點也是創(chuàng)新點。使用Authorware軟件將制作的大量的教學素材整合，制作成教學課件，為教師授課和學生自學提供了極大的方便。 綜上所述，目前能夠達到本課件綜合教學效果的有關化工原理的多媒體教學課件尚未看到。（參考文獻引用見課件簡介）
