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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 虛擬物理實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與制作
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 本項(xiàng)目通過使用建模軟件3D max和虛擬交互軟件VRP對(duì)中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中的“用天平和刻度尺測(cè)量立方體金屬塊對(duì)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
- 詳細(xì)介紹：
- 【設(shè)計(jì)目的】 設(shè)計(jì)制作面向河南省理化生實(shí)驗(yàn)加試（物理）強(qiáng)化訓(xùn)練的三維虛擬交互式實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)環(huán)境、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目符合當(dāng)前中招實(shí)驗(yàn)加試考試大綱，實(shí)驗(yàn)操作不受時(shí)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(shí)驗(yàn)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(jì)劃中，普通高中招收人數(shù)為64萬（鄭州晚報(bào)），不足畢業(yè)生總數(shù)的二分之一，這一現(xiàn)實(shí)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(yàn)。中考總分645分，其中實(shí)驗(yàn)加試15分，占總分的2.32%，雖然分量不大，但是對(duì)于可能因一分之差就會(huì)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(shí)驗(yàn)教學(xué)仍然是我國(guó)中學(xué)物理教學(xué)中的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)場(chǎng)所和儀器設(shè)備等條件的限制，學(xué)生只能在實(shí)驗(yàn)課上練習(xí)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(dòng)手參與操作。因此經(jīng)過認(rèn)真的調(diào)查，從中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)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(gè)虛擬的物理實(shí)驗(yàn)室，為廣大中考考生提供網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。 本項(xiàng)目小組根據(jù)實(shí)驗(yàn)考試大綱要求，將加試考試中學(xué)生出錯(cuò)率最高、抽中率最高、較難做的一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目作為三維虛擬交互物理實(shí)驗(yàn)室的主要實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目： 用天平和刻度尺測(cè)量立方體金屬塊對(duì)桌面的壓強(qiáng)（用天平測(cè)量出金屬塊的質(zhì)量，同時(shí)，用刻度尺測(cè)量出金屬塊的邊長(zhǎng)，計(jì)算出金屬塊對(duì)對(duì)桌面的壓強(qiáng)）。 本項(xiàng)目主要完成以下兩方面的工作： 1、實(shí)驗(yàn)儀器建模。構(gòu)造實(shí)驗(yàn)加試中涉及到的實(shí)驗(yàn)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(jì)實(shí)現(xiàn)虛擬實(shí)驗(yàn)中的交互過程。實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，對(duì)實(shí)驗(yàn)者做出的操作過程提供實(shí)時(shí)的效果反饋，對(duì)實(shí)驗(yàn)者在實(shí)驗(yàn)中的錯(cuò)誤進(jìn)行及時(shí)的糾正，并及時(shí)引導(dǎo)正確、規(guī)范的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)器材真實(shí)、實(shí)驗(yàn)者代入感強(qiáng)、能夠捕捉實(shí)驗(yàn)者的操作細(xì)節(jié)；
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作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、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(shí)驗(yàn)過程，網(wǎng)上也有一些軟件來演示物理實(shí)驗(yàn)，如北京洪恩電腦有限公司推出的由flash制成的實(shí)驗(yàn)軟件，這兩種方式僅僅為學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)過程的主觀感受，缺乏實(shí)際操作，難以預(yù)見操作錯(cuò)誤，且缺乏有效交互反饋。本項(xiàng)目擬開發(fā)的虛擬物理實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新之處就在于提供給學(xué)生實(shí)時(shí)反饋的逼真的操作環(huán)境，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目練習(xí)不受實(shí)驗(yàn)室條件限制，只要能上網(wǎng)，即可參與練習(xí)，能夠減少錯(cuò)誤率發(fā)生。 項(xiàng)目研究的技術(shù)關(guān)鍵： 1.建模：初中物理實(shí)驗(yàn)相關(guān)器材（天平、砝碼、刻度尺等）的建模、渲染。 2.實(shí)驗(yàn)器材的物理屬性的定義：每一款實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)器材這一特性表現(xiàn)出來將是項(xiàng)目的又一難點(diǎn)。 3.軟件提供的實(shí)驗(yàn)操作自由程度：由于物理實(shí)驗(yàn)的靈活多變，使得實(shí)驗(yàn)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(shí)代入感，又能夠減少軟件設(shè)計(jì)的先期投入，是軟件設(shè)計(jì)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(duì)學(xué)生參與后的成績(jī)量化和反饋將十分重要，如何貼近真實(shí)的考試，程序的容錯(cuò)度的把握等是軟件設(shè)計(jì)的再一難題。 主要技術(shù)： 1.實(shí)驗(yàn)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(duì)硬件要求相對(duì)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(chǎng)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(tái)。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 目前，計(jì)算機(jī)技術(shù)在各個(gè)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(jì)算機(jī)上課的有幾個(gè)學(xué)校？事實(shí)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(shí)驗(yàn)場(chǎng)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(shí)驗(yàn)課上練習(xí)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室正是解決了這個(gè)矛盾！ 參考文獻(xiàn)： ［1］楊麗，顧邦軍，蔣雪明.基于WEB的多媒體計(jì)算機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)室的架構(gòu)與實(shí)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(shí).《教育科學(xué)》，2010年第5期
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 三維虛擬物理實(shí)驗(yàn)室允許學(xué)生在課余的時(shí)間特別是考前復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)操作，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)加試實(shí)驗(yàn)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(chǎng)獲得更大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益；可以進(jìn)一步促進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)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(duì)國(guó)內(nèi)中招實(shí)驗(yàn)加試，實(shí)驗(yàn)教學(xué)仍然是我國(guó)中學(xué)物理教學(xué)中的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，由于實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所和儀器設(shè)備等條件的限制，學(xué)生只能在實(shí)驗(yàn)課上練習(xí)實(shí)驗(yàn)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(gè)虛擬的物理實(shí)驗(yàn)室，為廣大中考考生提供網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，目前已有部分教師提供教學(xué)光盤演示物理實(shí)驗(yàn)過程，網(wǎng)上也有一些贏利性flash軟件來演示物理實(shí)驗(yàn), 但是學(xué)生只能觀看，而不能動(dòng)手參與操作.我們的虛擬實(shí)驗(yàn)室將達(dá)到人機(jī)交互，身臨其境的進(jìn)行試驗(yàn)的練習(xí)。
