基于VRP的研究性虚拟实验系统设计与实现.pdf

基于VRP的研究性虚拟实验系统设计与实现*摘要：虚拟实验解决了实验教学设备缺失的问题同时给实验教学带来了新的教学方式但基础教育中大部分由企业开发的虚拟实验系统注重技术实现没有很好地体现教学设计的思想。针对这个问题结合高中信息技术实验教学实施需求以研究性学习理论为基础提出了利用VR-Platform设计开发研究性虚拟实验系统的方案。并以高中信息技术选修课《网络技术应用》为例论证了方案的可行性。关键词：虚拟实验系统；研究性学习；VR-Platform中图分类号：G434文献标志码：B文章编号：1673-8454（2014）07-0068-04引言新课改实施后高中信息技术课程体系发生了很大的变化选修模块增加了很多实验性的课程内容例如计算机硬件组装、网线的制作、网络服务配置、机器人装配与调试等都具有很强的操作性其目的是要培养学生的创新精神和实践能力。但目前很多学校由于实验设备的缺乏学生无法真正动手进行实验为了解决实验教学环境缺失这一难题我们设计与开发了虚拟实验系统。近年来随着虚拟现实技术的发展国内外的学者在虚拟实验这方面做了大量的研究和开发工作但主要面向的是高等教育理工科实验教学基础教育中的研究比较少主要也是针对物理、化学、生物等主科作为副科的信息技术长期不受重视在虚拟实验方面的研究屈指可数：有文献介绍了用虚拟机技术搭建虚拟实验平台的方法；[1]也有文献介绍了用3DsMax和VR-Platform（以下简称VRP）开发一个可交互的课件。[2]从技术实现的角度来看采用虚拟机技术能够解决硬件设施不足的问题方便硬件设备的管理但是平台缺乏交互性；[1]也有的给高中信息技术实验教学带来了新思路却仅仅是一个单独的虚拟实验实例不具有扩展性。[2]本文针对上述不足提出利用VRP构建研究性虚拟实验系统的方案即以VRP作为虚拟场景的开发工具以研究性学习理论为基础指导虚拟实验系统教学设计。该方案能够克服上述方法中技术实现的不足同时注重系统的教学特性具有交互性、平台扩展性易于实现和自主性、探究性等特征。一、研究性虚拟实验系统的设计本文以高中信息技术选修课程《网络技术应用》为例依据《网络技术应用》课程实验要求设计和实现基于VRP的研究性虚拟实验系统系统设计的总目标是要改善目前实验设备缺乏的现状以及培养学生的创新精神和实践能力。其中研究性虚拟实验系统中的“研究性”指的是以研究性学习理论为指导思想设计出来的虚拟实验具有研究性学习的特点能使学生通过实验增强实践探究能力和创新意识。目前对研究性学习的定义没有统一的界定《普通高中研究性学习实施指南（试行）》给出的定义是：研究性学习特指学生在教师指导下从自然、社会和生活中选择和确定专题进行研究并在研究过程中主动地获取知识、应用知识、解决问题的学习活动。[3]根据此定义这里将研究性学习理解为一种学习方式它相对应于接受性学习学生的学习是一个主动探究问题、创造性地解决问题的过程。具有自主性、开放性、主题性、实践性、探究性和创造性等特点。[4]1.教学设计（1）学习者分析学生是虚拟实验系统使用的主体因此在系统开发前必须充分考虑学生的特点、认知水平和认知风格等基本特征为后续的开发工作提供依据。高中生的生理和心理都进入成熟期思维具有创造性和灵活性喜欢新事物和创造性的活动因此在新颖而有趣的虚拟实验环境中进行自主探究学习能够激发学生的学习兴趣满足学生的求知欲和探索精神。（2）研究性教学内容与学习资源设计本系统中包含《网络技术应用》教材中大部分的实验内容通过对实验内容的整合选取能够体现虚拟实验系统教学优势、实践体验性强的实验内容每个实验都是以问题的形式呈现学生在这个问题情境下可以提出具体的研究问题作为实验学习目标。为辅助学生自主实验系统提供理论丰富的学习资源如文本学习资料、图片、动画及视频案例等学生可以自由地组织和获取各种学习资源。以上设计体现了研究性学习开放性的特点学生可以自主选择实验内容与学习资源进行实验另外虚拟实验系统能够使学生不受时间和空间的限制随时随地进行实验体现了整个研究性虚拟实验系统的开放性。（3）教学目标分析教学目标是教学的出发点和归宿也是对学生学习效果评价的依据。虚拟实验的具体目标分为两个：知识、技能目标和实验活动目标其中实验活动目标中包含情感态度、精神素养方面的要求。（4）自主实验策略制定研究性学习强调学生的主体地位要充分发挥学生的主动性因此自主实验的设计应以学生为中心学生自主对实验引导的问