網絡3D虛擬仿真實驗與微課教學模式探索

網絡3D虛擬仿真實驗與微課教學模式探索網絡3D虛擬仿真實驗與微課教學模式探索

中圖分類號：G642

文獻標志碼：A

文章編號：1002-2589〔2022〕33-0172-02

隨著信息化的高速開展，網絡速度不斷提升，文件傳播速度大大加快，有線高速網絡和無線高速網絡將逐漸遍及，移動互聯(lián)網、移動終端等技術的快速開展將帶動網絡3D技術的快速開展，網絡3D虛擬仿真技術逐漸成熟，網絡3D虛擬仿真實驗以其高度仿真的視覺感受將是實驗教學信息化的主要研究方向，是遠程實驗教學的主要模式，是激發(fā)學生實驗興趣、提高實驗能力的主要方式。通過多角度分析網絡3D虛擬仿真實驗和微課的特點，將微課融入虛擬仿真實驗中，用微課指導實驗，用實驗驗證理論，理論和實踐相結合，增大虛擬仿真實驗的容量，使學生進入虛擬仿真實驗室就像進入教室一樣，有實驗儀器，有指導教師，學生進入虛擬仿真實驗室后有方向、有目標、有結果、有評價。充沛調動聽覺、視覺、觸覺感覺器官，激發(fā)學習興趣，培養(yǎng)根本理論和根本技能，提高動手、動腦實踐能力。

一、網絡3D虛擬仿真實驗

3D虛擬仿真技術是場景高度仿真，已經越來越受到廣闊網民的歡迎。隨著相關軟件的產生和信息化程度的提高，使網絡3D虛擬仿真實驗的傳播成為可能。網絡3D虛擬仿真實驗具有如下特點。

〔一〕高度仿真

高度仿真是指計算機產生一種人為虛擬仿真環(huán)境，這種虛擬仿真環(huán)境是通過計算機圖形構成的三維空間，空間中的一切事物源于現(xiàn)實或高于現(xiàn)實，并以各種邏輯代碼驅動產生逼真的“虛擬環(huán)境〞，從而使得用戶在視覺上產生一種沉浸于虛擬的現(xiàn)實環(huán)境感覺。具體包括下列仿真。

1.環(huán)境仿真

環(huán)境仿真包括光線、物體和自然現(xiàn)象。光線包括太陽光、燈光等各種顏色光線;物體包括多面體、異面體，多樣性的人物和動植物;自然現(xiàn)象包括風、雨、雷、電、云、水、石、土等。

2.儀器仿真

玻璃儀器、大型儀器設備以及各行各業(yè)所需各種材質的儀器設備都可以使用軟件制作、代碼驅動。

3.實驗現(xiàn)象仿真

發(fā)光、發(fā)聲、發(fā)電、變色、爆炸、圖譜等。

〔二〕人機交互

人機交互是指在利用計算機技術的根底上，結合有效的辦法使人和計算機之間能夠實現(xiàn)相互交流[1]。

1.界面按鈕

界面按鈕是通過鼠標左鍵點擊按鈕，執(zhí)行代碼，根據(jù)按鈕上的文字表述的意義進行相關操作。

2.鼠標觸發(fā)

鼠標觸發(fā)是指通過鼠標的動作作用在場景中的物體上而啟用代碼執(zhí)行程序，完成相關的動作或任務。包括鼠標左鍵動作、右鍵動作和中鍵動作。

3.觸發(fā)器觸發(fā)

觸發(fā)器觸發(fā)是場景中的某個物體接觸了場景中的另一個帶有觸發(fā)器功能的物體而啟用代碼執(zhí)行程序，完成相關的動作或任務。

〔三〕人物行走

人物是指場景中的、可以執(zhí)行命令的、可以移動的人。在場景中帶有攝像機，通過這個攝像機觀看場景，但是看不見自己的人物為“第一人稱〞，既“我要做什么〞。在場景中有攝像機跟隨，可以看見的人物為“第三人稱〞，既“他在做什么〞。通過鼠標或鍵盤控制人物的行走，用鼠標點擊下達指令，執(zhí)行實驗操作。

〔四〕像機察看

實驗場景都是通過攝像機進行察看的，攝像機分為主像機和附像機，主像機是與場景中的人物同步移動，附像機是為了察看場景而設置的一個或多個像機，其目的是為了多角度察看場景中的事物和現(xiàn)象。

〔五〕運行平臺

網頁、PC、安卓系統(tǒng)、蘋果系統(tǒng)等多種平臺都可以流暢的運行。

二、微課

在國外，微課程〔Micro-lecture〕的雛形最早見于美國北愛荷華大學LeRoyA.McGrew教授所提出的60秒課程〔60-SecondCourse〕，以及英國納皮爾大學T.P.Kee提出的一分鐘演講〔TheOneMinuteLecture，簡稱OML〕。在國內，自2022年廣東省佛山市教育局胡鐵生基于現(xiàn)有教育信息資源利用率低的現(xiàn)狀，率先給出微課概念以來，隨著國內外微課實踐的不斷豐盛和相關研究的逐步深化，人們對微課的認識也越來越深刻、全面，其概念內涵也在不斷開展、豐盛[2]。

同時，在提倡以“學生為中心〞教育理念的時代背景下，與移動學習、泛在學習、碎片化學習、翻轉課堂等融合互聯(lián)網精神的學習理念思潮相結合，為微課的廣泛傳播提供了教育應用的土壤。微課是信息技術開展與教育變革時代相結合的產物，也是技術與教學應用融合的高級階段。

所謂微課簡單說就是目標單一、內容短小、時間很短、結構良好的視頻學習資料[3]。具體地說具有下列特點。

〔一〕微課聚集多種軟件技術

微課的靈魂在于它的技術性。包括圖片、文字、聲音、光線、顏色等多種表現(xiàn)主題的素材，制作者需要對這些素材進行技術加工，從心理學的角度對素材進行特效處理，主要目的就是通過這些效果共振耳膜、吸引眼球，引起學習者的視覺和聽覺的注意，盡可能地激發(fā)多種感覺器官進行互動，激發(fā)學習者的自主學習能力。

〔二〕微課要有獨特的發(fā)明性

微課的生命力在于它的發(fā)明性。內容新穎、形式新奇、辦法獨特、思想超前，迎合學習者的心理、感受，形成共鳴，與其交心，這樣才能被學習者接受、吸收，才能生存和開展。

〔三〕微課內容必須科學、合理

微課的影響力在于它的科學性。對于重要的概念性的內容要給出參考資料，對于技術含量比擬高的操作辦法需要專家現(xiàn)身說法，對于理論性比擬強的根底知識需要錄制名師講解，對于無法實現(xiàn)仿真的結果必要時給出現(xiàn)場錄像。微課不但要注重表現(xiàn)形式的技術性、創(chuàng)新性還要兼顧內容不能違背科學、不能違背教材、不能違背常理，這樣才能被學習者繼承、發(fā)揚和傳播。三、虛擬仿真實驗與微課結合教學設計

虛擬仿真實驗是學生實踐過程，微課是為更好地實踐提供理論指導。把微課教學有機地融入虛擬仿真實驗教學中是微課研發(fā)的一個方向，也將是虛擬仿真實驗教學的主要內容。微課的內容包括根本概念、根本理論、根本的實驗操作辦法。虛擬仿真實驗是具體的實踐過程，是在微課指導下，流暢的實驗操作過程。依據(jù)這個思路，得出下列設計模型：

模型中包括虛擬仿真實驗的設計過程和微課在虛擬仿真實驗的作用，本文主要論述微課的作用。

〔一〕微課引領實驗

學生進入虛擬仿真實驗室后將觸發(fā)微課視頻，視頻內容包括歡迎詞、實驗內容、實驗目的、實驗意義及實驗根底知識測試。抓住學生的心理，激發(fā)學習興趣，把學生吸引進虛擬仿真實驗室中，把沒有掌握實驗根底知識的學生攔在門口。

〔二〕微課指導實驗

學習者進入虛擬仿真實驗室，實驗室內有虛擬實驗臺及實驗儀器，學生在實驗室里可以隨意游走，在實驗臺上有虛擬實驗教材，通過點擊教材可以觸發(fā)微課實驗指導視頻，視頻給出簡單的實驗操作流程，通過微課的指引，使其明白先干什么、后干什么，使其由一頭霧水轉變?yōu)轭^腦清醒，使其由茫然變?yōu)榛砣婚_朗，使其由不知所措變?yōu)椴僮髁鲿场?/p>

〔三〕微課提示實驗

虛擬仿真實驗比擬復雜煩瑣的內容，在實驗重點、難點處設置實驗節(jié)點，在節(jié)點處如果操作錯誤將不能進行下一步實驗，當累計操作一定次數(shù)還不能正確完成實驗那么觸發(fā)微課提示視頻，視頻將結合理論知識，提出難點，強調重點，使學習者實踐過程更加流暢，心情更加愉悅。

〔四〕微課總結實驗

整個實驗過程以百分制記錄實驗結果。根據(jù)操作時間設定不同的分值，在節(jié)點處根據(jù)出現(xiàn)的錯誤次數(shù)進行扣分，整個實驗操作完畢，根據(jù)學習者最終的得分情況觸發(fā)不同的微課總結視頻，視頻給出不同的評價，對于難點、重點的掌握情況給予強調和激勵，當分值到達要求才能觸發(fā)下一個實驗內容，如果沒有到達實驗要求的分值那么程序將返回實驗開始狀態(tài)。

四、總結

網絡3D虛擬仿真實驗設計注重實驗的真實性。首先是視覺