網(wǎng)絡(luò)3D虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與微課教學(xué)模式探索

網(wǎng)絡(luò)3D虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與微課教學(xué)模式探索網(wǎng)絡(luò)3D虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與微課教學(xué)模式探索

中圖分類號(hào)：G642

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-2589〔2022〕33-0172-02

隨著信息化的高速開展，網(wǎng)絡(luò)速度不斷提升，文件傳播速度大大加快，有線高速網(wǎng)絡(luò)和無線高速網(wǎng)絡(luò)將逐漸遍及，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)終端等技術(shù)的快速開展將帶動(dòng)網(wǎng)絡(luò)3D技術(shù)的快速開展，網(wǎng)絡(luò)3D虛擬仿真技術(shù)逐漸成熟，網(wǎng)絡(luò)3D虛擬仿真實(shí)驗(yàn)以其高度仿真的視覺感受將是實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化的主要研究方向，是遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要模式，是激發(fā)學(xué)生實(shí)驗(yàn)興趣、提高實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ闹饕绞?。通過多角度分析網(wǎng)絡(luò)3D虛擬仿真實(shí)驗(yàn)和微課的特點(diǎn)，將微課融入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中，用微課指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證理論，理論和實(shí)踐相結(jié)合，增大虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的容量，使學(xué)生進(jìn)入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室就像進(jìn)入教室一樣，有實(shí)驗(yàn)儀器，有指導(dǎo)教師，學(xué)生進(jìn)入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室后有方向、有目標(biāo)、有結(jié)果、有評價(jià)。充沛調(diào)動(dòng)聽覺、視覺、觸覺感覺器官，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)根本理論和根本技能，提高動(dòng)手、動(dòng)腦實(shí)踐能力。

一、網(wǎng)絡(luò)3D虛擬仿真實(shí)驗(yàn)

3D虛擬仿真技術(shù)是場景高度仿真，已經(jīng)越來越受到廣闊網(wǎng)民的歡迎。隨著相關(guān)軟件的產(chǎn)生和信息化程度的提高，使網(wǎng)絡(luò)3D虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的傳播成為可能。網(wǎng)絡(luò)3D虛擬仿真實(shí)驗(yàn)具有如下特點(diǎn)。

〔一〕高度仿真

高度仿真是指計(jì)算機(jī)產(chǎn)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(jì)算機(jī)圖形構(gòu)成的三維空間，空間中的一切事物源于現(xiàn)實(shí)或高于現(xiàn)實(shí)，并以各種邏輯代碼驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生逼真的“虛擬環(huán)境〞，從而使得用戶在視覺上產(chǎn)生一種沉浸于虛擬的現(xiàn)實(shí)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(dòng)植物;自然現(xiàn)象包括風(fēng)、雨、雷、電、云、水、石、土等。

2.儀器仿真

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

3.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象仿真

發(fā)光、發(fā)聲、發(fā)電、變色、爆炸、圖譜等。

〔二〕人機(jī)交互

人機(jī)交互是指在利用計(jì)算機(jī)技術(shù)的根底上，結(jié)合有效的辦法使人和計(jì)算機(jī)之間能夠?qū)崿F(xiàn)相互交流[1]。

1.界面按鈕

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

2.鼠標(biāo)觸發(fā)

鼠標(biāo)觸發(fā)是指通過鼠標(biāo)的動(dòng)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(guān)的動(dòng)作或任務(wù)。包括鼠標(biāo)左鍵動(dòng)作、右鍵動(dòng)作和中鍵動(dòng)作。

3.觸發(fā)器觸發(fā)

觸發(fā)器觸發(fā)是場景中的某個(gè)物體接觸了場景中的另一個(gè)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(guān)的動(dòng)作或任務(wù)。

〔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(dòng)的人。在場景中帶有攝像機(jī)，通過這個(gè)攝像機(jī)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(jī)跟隨，可以看見的人物為“第三人稱〞，既“他在做什么〞。通過鼠標(biāo)或鍵盤控制人物的行走，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊下達(dá)指令，執(zhí)行實(shí)驗(yàn)操作。

〔四〕像機(jī)察看

實(shí)驗(yàn)場景都是通過攝像機(jī)進(jìn)行察看的，攝像機(jī)分為主像機(jī)和附像機(jī)，主像機(jī)是與場景中的人物同步移動(dòng)，附像機(jī)是為了察看場景而設(shè)置的一個(gè)或多個(gè)像機(jī)，其目的是為了多角度察看場景中的事物和現(xiàn)象。

〔五〕運(yùn)行平臺(tái)

網(wǎng)頁、PC、安卓系統(tǒng)、蘋果系統(tǒng)等多種平臺(tái)都可以流暢的運(yùn)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(xué)LeRoyA.McGrew教授所提出的60秒課程〔60-SecondCourse〕，以及英國納皮爾大學(xué)T.P.Kee提出的一分鐘演講〔TheOneMinuteLecture，簡稱OML〕。在國內(nèi)，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(nèi)外微課實(shí)踐的不斷豐盛和相關(guān)研究的逐步深化，人們對微課的認(rèn)識(shí)也越來越深刻、全面，其概念內(nèi)涵也在不斷開展、豐盛[2]。

同時(shí)，在提倡以“學(xué)生為中心〞教育理念的時(shí)代背景下，與移動(dòng)學(xué)習(xí)、泛在學(xué)習(xí)、碎片化學(xué)習(xí)、翻轉(zhuǎn)課堂等融合互聯(lián)網(wǎng)精神的學(xué)習(xí)理念思潮相結(jié)合，為微課的廣泛傳播提供了教育應(yīng)用的土壤。微課是信息技術(shù)開展與教育變革時(shí)代相結(jié)合的產(chǎn)物，也是技術(shù)與教學(xué)應(yīng)用融合的高級階段。

所謂微課簡單說就是目標(biāo)單一、內(nèi)容短小、時(shí)間很短、結(jié)構(gòu)良好的視頻學(xué)習(xí)資料[3]。具體地說具有下列特點(diǎn)。

〔一〕微課聚集多種軟件技術(shù)

微課的靈魂在于它的技術(shù)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(jìn)行技術(shù)加工，從心理學(xué)的角度對素材進(jìn)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(xué)習(xí)者的視覺和聽覺的注意，盡可能地激發(fā)多種感覺器官進(jìn)行互動(dòng)，激發(fā)學(xué)習(xí)者的自主學(xué)習(xí)能力。

〔二〕微課要有獨(dú)特的發(fā)明性

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

〔三〕微課內(nèi)容必須科學(xué)、合理

微課的影響力在于它的科學(xué)性。對于重要的概念性的內(nèi)容要給出參考資料，對于技術(shù)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(qiáng)的根底知識(shí)需要錄制名師講解，對于無法實(shí)現(xiàn)仿真的結(jié)果必要時(shí)給出現(xiàn)場錄像。微課不但要注重表現(xiàn)形式的技術(shù)性、創(chuàng)新性還要兼顧內(nèi)容不能違背科學(xué)、不能違背教材、不能違背常理，這樣才能被學(xué)習(xí)者繼承、發(fā)揚(yáng)和傳播。三、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與微課結(jié)合教學(xué)設(shè)計(jì)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是學(xué)生實(shí)踐過程，微課是為更好地實(shí)踐提供理論指導(dǎo)。把微課教學(xué)有機(jī)地融入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中是微課研發(fā)的一個(gè)方向，也將是虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要內(nèi)容。微課的內(nèi)容包括根本概念、根本理論、根本的實(shí)驗(yàn)操作辦法。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是具體的實(shí)踐過程，是在微課指導(dǎo)下，流暢的實(shí)驗(yàn)操作過程。依據(jù)這個(gè)思路，得出下列設(shè)計(jì)模型：

模型中包括虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)過程和微課在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的作用，本文主要論述微課的作用。

〔一〕微課引領(lǐng)實(shí)驗(yàn)

學(xué)生進(jìn)入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室后將觸發(fā)微課視頻，視頻內(nèi)容包括歡迎詞、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)意義及實(shí)驗(yàn)根底知識(shí)測試。抓住學(xué)生的心理，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，把學(xué)生吸引進(jìn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室中，把沒有掌握實(shí)驗(yàn)根底知識(shí)的學(xué)生攔在門口。

〔二〕微課指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)

學(xué)習(xí)者進(jìn)入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)有虛擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)及實(shí)驗(yàn)儀器，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室里可以隨意游走，在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上有虛擬實(shí)驗(yàn)教材，通過點(diǎn)擊教材可以觸發(fā)微課實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)視頻，視頻給出簡單的實(shí)驗(yàn)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(zhuǎn)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(shí)驗(yàn)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)比擬復(fù)雜煩瑣的內(nèi)容，在實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)、難點(diǎn)處設(shè)置實(shí)驗(yàn)節(jié)點(diǎn)，在節(jié)點(diǎn)處如果操作錯(cuò)誤將不能進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)，當(dāng)累計(jì)操作一定次數(shù)還不能正確完成實(shí)驗(yàn)?zāi)敲从|發(fā)微課提示視頻，視頻將結(jié)合理論知識(shí)，提出難點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)，使學(xué)習(xí)者實(shí)踐過程更加流暢，心情更加愉悅。

〔四〕微課總結(jié)實(shí)驗(yàn)

整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程以百分制記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。根據(jù)操作時(shí)間設(shè)定不同的分值，在節(jié)點(diǎn)處根據(jù)出現(xiàn)的錯(cuò)誤次數(shù)進(jìn)行扣分，整個(gè)實(shí)驗(yàn)操作完畢，根據(jù)學(xué)習(xí)者最終的得分情況觸發(fā)不同的微課總結(jié)視頻，視頻給出不同的評價(jià)，對于難點(diǎn)、重點(diǎn)的掌握情況給予強(qiáng)調(diào)和激勵(lì)，當(dāng)分值到達(dá)要求才能觸發(fā)下一個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，如果沒有到達(dá)實(shí)驗(yàn)要求的分值那么程序?qū)⒎祷貙?shí)驗(yàn)開始狀態(tài)。

四、總結(jié)

網(wǎng)絡(luò)3D虛擬仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)注重實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性。首先是視覺