基于虚拟现实技术的实验课程设计与仿真实验开发

发布时间：2017-07-31 04:00

  本文关键词：基于虚拟现实技术的实验课程设计与仿真实验开发

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【摘要】：实验教学是教学活动中不可缺少的环节，对于培养学生的创新能力、动手能力与解决问题的能力至关重要。而随着计算机技术与虚拟现实技术的快速发展，以及教学的进一步需要，仿真实验技术也日益成熟，并且正从理论研究走向实际应用。仿真实验不仅能够降低实验成本，还能够使得学生在不受时间跟空间限制的情况下学习实验内容。 本文首先阐述了研究的背景和研究的目的，追踪了国内外虚拟现实技术的研究现状，通过分析对比几种常用技术，，概述了虚拟现实开发技术的发展，并阐述了物理实验在教学中的作用、现状，虚拟现实技术的概念、类型、应用以及我国现阶段初中物理基于虚拟现实技术实验研究以及应用现状。 其次，本文论述了虚拟现实技术与教育结合的理论基础、课程设计理论与软件工程理论，在此基础之上设计了基于虚拟现实技术的实验课程开发流程，并根据上述分析详述了课程设计的各个环节的内容，然后进行了实验课程具体内容设计，并提供了一个实验案例以供参考。 最后，利用3DS Max、Virtools等软件工具根据上述课程设计，设计开发出初中物理仿真实验，较为详细地介绍了开发过程、关键技术以及模块架构，并对开发出来的仿真实验进行测试、评价和完善，总结开发过程中的体会与实验存在的不足，对今后工作做了一个简单的展望。
【关键词】：虚拟现实技术 实验课程 课程设计 仿真实验
【学位授予单位】：宁波大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TP391.9;G434
【目录】：

• 论文摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-17
• 1.1 研究背景与目的10-11
• 1.1.1 研究背景10-11
• 1.1.2 研究目的11
• 1.2 研究意义11-12
• 1.2.1 理论价值11-12
• 1.2.2 应用价值12
• 1.3 研究现状12-15
• 1.3.1 国外虚拟现实技术发展13-14
• 1.3.2 国内虚拟现实技术发展14-15
• 1.4 研究重难点15-16
• 1.4.1 研究内容15
• 1.4.2 研究重难点15-16
• 1.5 研究方法16-17
• 2 相关概念概述17-25
• 2.1 物理实验教学17-18
• 2.1.1 物理实验教学的作用17
• 2.1.2 物理实验教学的现状17-18
• 2.2 虚拟现实技术的概念与应用18-23
• 2.2.1 虚拟现实技术的概念18-19
• 2.2.2 虚拟现实技术的类型19-20
• 2.2.3 虚拟实验开发技术介绍20-21
• 2.2.4 虚拟现实技术当前在教育上的应用21-23
• 2.3 当前虚拟现实技术在物理实验教学中的不足23-25
• 3 理论基础25-33
• 3.1 虚拟现实技术与教育结合的理论基础25-27
• 3.1.1 行为主义学习理论25
• 3.1.2 认知主义学习理论25-26
• 3.1.3 建构主义学习理论26
• 3.1.4 人本主义学习理论26-27
• 3.2 课程设计理论27-29
• 3.2.1 学科中心设计27-28
• 3.2.2 学习者中心设计28
• 3.2.3 问题中心设计28-29
• 3.3 软件工程理论29-30
• 3.4 基于虚拟现实技术的实验课程开发流程30-33
• 4 基于虚拟现实技术的实验课程设计33-42
• 4.1 学习者特征分析33-34
• 4.1.1 学习者一般特征分析33
• 4.1.2 学习者初始能力分析33-34
• 4.2 教学目标设计34
• 4.2.1 实验课程总体目标34
• 4.2.2 单个实验学习目标34
• 4.3 教学内容设计34
• 4.3.1 教学内容的选择34
• 4.3.2 教学内容的设计34
• 4.4 学习环境设计34-36
• 4.4.1 学习资源的设计35
• 4.4.2 学习工具的设计35-36
• 4.5 学习活动设计36-38
• 4.5.1 答疑模块36-37
• 4.5.2 动手操作模块37-38
• 4.6 教学过程设计38-39
• 4.7 学习评价设计39
• 4.8 虚拟实验教学模式教学案例—《探究通电螺线管磁场》39-42
• 5 基于虚拟现实技术的实验课程中仿真实验实现的关键技术42-48
• 5.1 仿真实验中虚拟环境的实现42-44
• 5.1.1 仿真实验中环境建模的要求42
• 5.1.2 仿真实验中环境建模的技术42-43
• 5.1.3 仿真实验中环境建模的开发工具43-44
• 5.2 仿真实验中交互功能的实现44-46
• 5.2.1 仿真实验中人机交互的要求44
• 5.2.2 仿真实验中人机交互的技术44
• 5.2.3 仿真实验中人机交互的开发工具44-46
• 5.3 虚拟环境的优化46-48
• 5.3.1 虚拟环境优化的意义46
• 5.3.2 虚拟环境优化的实现46-48
• 6 仿真实验的设计与实现48-64
• 6.1 仿真实验的设计方案48-49
• 6.1.1 仿真实验的需求分析48
• 6.1.2 仿真实验的可行性分析48
• 6.1.3 仿真实验的功能模块分析48-49
• 6.2 仿真实验的总体设计49-50
• 6.2.1 仿真实验的设计方案49
• 6.2.2 仿真实验的功能模块设计49-50
• 6.2.3 仿真实验的运行环境50
• 6.3 仿真实验的细节设计50-62
• 6.3.1 仿真实验室环境的实现50-56
• 6.3.2 仿真实验介绍的实现56-58
• 6.3.3 实验演示的实现58-59
• 6.3.4 答疑模块的实现59-60
• 6.3.5 仿真实验操作模块的实现60-62
• 6.4 仿真实验的测试与评价62-64
• 7 总结与展望64-65
• 7.1 总结64
• 7.2 展望64
• 7.3 结束语64-65
• 参考文献65-69
• 附录：仿真实验教学应用情况调查问卷69-70
• 在学研究成果70-71
• 致谢71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 陈蔚,李鹏举;论虚拟现实技术对认识论的影响[J];湘南学院学报;2004年06期

2 赵士滨;虚拟现实技术进入高校教学的研究与实现[J];电化教育研究;2001年02期

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4 夏志向;虚拟现实建模的研究与实现[J];光电技术应用;2005年01期

5 程子明;中学物理实验教学模式的新尝试[J];中小学实验与装备;2005年02期

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7 赵沁平，怀进鹏，李波，沈旭昆;虚拟现实研究概况[J];计算机研究与发展;1996年07期

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10 赵经成;杨彦明;;网上虚拟实验室的构建技术研究[J];科技信息(科学教研);2007年17期

本文编号：597322