虚拟仿真物理实验的研制与应用
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摘要
21世纪以来,一场以信息技术、计算机多媒体技术和网络技术为主导的虚拟技术革命砰然掀起,社会各行各业现有技术面临极大挑战。教育,也将亲临一次彻底的“洗礼”,发展教育,优先考虑改善现有教学现状,改进教学模式。实践证明,传统的教学模式存在人员、设备、资金等方面不足的问题,不符合人才培养标准。因此,新型教学模式的开发显得迫在眉睫。
实验教学作为理论教学重要的组成部分,皆在提高学习者的实验操作能力与思考解决问题能力,创新人才培养模式。本课题选取中学物理实验教学典型内容追及运动实验为研究案例,剖析当前中学物理实验教学现状,提出思考。课题中笔者从实际出发,结合自身教学经历和所学知识,开发了基于ActionScript3.0和XML语言的仿真物理追及虚拟实验项目。该项目的完成,帮助解决了物理实验教学现存的各种问题,极大地提高了教学效率。
课题内容安排采用循序渐进的方式,第一章为引言,全面思考中学物理教学现状,引出解决方案,重点阐述虚拟现实技术应用价值与应用领域；第二章为项目开发工具与技术,简要叙述课题涉及的虚拟实验项目在开发过程中用到的软件、技术；第三章为实验需求分析,提出实验重点模块,对各个模块的功能加以分析；第四章为虚拟实验项目的具体实施,这一章详细说明了虚拟实验各个模块以及子模块的设计技术；第五章为实验检测与发布应用,描述实验项目的检测方法与标准；第六章为项目存在的问题与未来工作方向；第七章为总结与体会。
Since 21 Century, an information technology, multimedia technology and network technology as the leading virtual technology revolution was lifted, all walks of life existing technology in society faces great challenge. Education will also visit a thorough" baptism", the development of education, to give priority to improv the existing status of teaching, and the teaching mode. By practice, the traditional teaching ways has the problems of insufficient personnel, equipment, capital and so on, it is not fit to foster the standard of the talent. Therefore, the newer teaching model development is imminent.
As an important part of theory teaching, experimental teaching aims to improve learners' ability of experimental operation, thinking problem solving ability and innovating personnel training mode. This paper takes typical content that the middle school physics experiment teaching as case study, analyzing present status of physics experiment teaching in the middle school, and putting forward the thoughts. The author embarks the topic from the reality, combining own teaching experience and the knowledge, has been developed a simulated physical recovery and virtual experiment project based on ActionScript3.0 and XML language. The completion of the project, help to resolve the existing problems, greatly improved the teaching efficiency.
The subject content arrangement uses a progressive mode, the first chapter is the introduction, thinking physics teaching status comprehensively in middle school, putting forward solutions, focusing on the application and value of virtual reality technology; The second chapter is the development tools and techniques of project, briefly describes the software, technology in the process of development; The third chapter is the experimental requirement analysis, putting forward the important module of experiment, analyzing the functions of each module; The fourth chapter is the concrete implementation of the virtual experimental project, this chapter details design technology of each module and sub module in the virtual experiment; the fifth chapter is the experimental testing and publishing applications, to describe the experimental project testing method and standard for the project; the sixth chapter discusses the existing problems and the direction of work in the future; The seventh chapter is summary and experiences.
实验教学作为理论教学重要的组成部分,皆在提高学习者的实验操作能力与思考解决问题能力,创新人才培养模式。本课题选取中学物理实验教学典型内容追及运动实验为研究案例,剖析当前中学物理实验教学现状,提出思考。课题中笔者从实际出发,结合自身教学经历和所学知识,开发了基于ActionScript3.0和XML语言的仿真物理追及虚拟实验项目。该项目的完成,帮助解决了物理实验教学现存的各种问题,极大地提高了教学效率。
课题内容安排采用循序渐进的方式,第一章为引言,全面思考中学物理教学现状,引出解决方案,重点阐述虚拟现实技术应用价值与应用领域；第二章为项目开发工具与技术,简要叙述课题涉及的虚拟实验项目在开发过程中用到的软件、技术；第三章为实验需求分析,提出实验重点模块,对各个模块的功能加以分析；第四章为虚拟实验项目的具体实施,这一章详细说明了虚拟实验各个模块以及子模块的设计技术；第五章为实验检测与发布应用,描述实验项目的检测方法与标准；第六章为项目存在的问题与未来工作方向；第七章为总结与体会。
Since 21 Century, an information technology, multimedia technology and network technology as the leading virtual technology revolution was lifted, all walks of life existing technology in society faces great challenge. Education will also visit a thorough" baptism", the development of education, to give priority to improv the existing status of teaching, and the teaching mode. By practice, the traditional teaching ways has the problems of insufficient personnel, equipment, capital and so on, it is not fit to foster the standard of the talent. Therefore, the newer teaching model development is imminent.
As an important part of theory teaching, experimental teaching aims to improve learners' ability of experimental operation, thinking problem solving ability and innovating personnel training mode. This paper takes typical content that the middle school physics experiment teaching as case study, analyzing present status of physics experiment teaching in the middle school, and putting forward the thoughts. The author embarks the topic from the reality, combining own teaching experience and the knowledge, has been developed a simulated physical recovery and virtual experiment project based on ActionScript3.0 and XML language. The completion of the project, help to resolve the existing problems, greatly improved the teaching efficiency.
The subject content arrangement uses a progressive mode, the first chapter is the introduction, thinking physics teaching status comprehensively in middle school, putting forward solutions, focusing on the application and value of virtual reality technology; The second chapter is the development tools and techniques of project, briefly describes the software, technology in the process of development; The third chapter is the experimental requirement analysis, putting forward the important module of experiment, analyzing the functions of each module; The fourth chapter is the concrete implementation of the virtual experimental project, this chapter details design technology of each module and sub module in the virtual experiment; the fifth chapter is the experimental testing and publishing applications, to describe the experimental project testing method and standard for the project; the sixth chapter discusses the existing problems and the direction of work in the future; The seventh chapter is summary and experiences.
引文
①摘自孙泽.自动控制虚拟实验室关键技术研究.2009.新疆大学
②摘自张东曰.虚拟现实技术的发展及其在矿业上的应用.湛江师范学院学报,2002年第06期
①摘自李霞.系统虚拟机关键技术研究.微型电脑应用,2010年3期
②摘自胡珊；杨春.两级式中学物理虚拟实验模式的探索与实践.现代教育技术,2008年12期
①摘自刘晓凤.适于高校图书馆多媒体资源数字化处理的流媒体技术.中华医学图书情报杂志,2005年5期
①摘自梁鹏帅.碰撞检测算法的探讨.黑龙江科技信息,2010年14期
②摘自邹益胜,丁国富等.实时碰撞检测算法综述.计算机应用研究,2008年1月
①摘自陈亚东,戴华林,张运杰.基于VR技术的虚拟微机组装系统研究与设计.天津师范大学学报(自然科学版),2009.1
①摘自李建廷.流媒体技术综述.现代电子技术,2005.2
①摘自刘智斌,李占利,曹宝香.虚拟环境中织物的碰撞检测与响应.系统仿真学报,2007.4
②摘自下兴灿.虚拟技术在学科教育领域中的应用.电脑知识与技术,2009.11
①摘自赵玮.《计算机组装与维护》课程中运用虚拟技术初探.山西科技,2010年,第25卷,第4期
①摘自陈克徐.基于VRML的中学物理虚拟实验的设计与实现.教学研究,2008.10
②摘自邓海.利用虚拟实验,促进高职电子技术课程的教学.九江职业技术学院学报,2003.3
①摘自黄海滠.浅谈初中物理实验的创新教学.基础教育研究,2007年02期
②摘自全金华.虚拟技术在计算机组装与维修中的应用.数字技术与应用,2011年04期
③摘自杨雪；王倩；黄海林；李肖锋.虚拟实验的反馈设计与实现.中国电化教育,2011.7
①摘自姜学智；李忠华.国内外虚拟现实技术的研究现状.辽宁工程技术大学学报,2004.4
②摘自赵安庆；王敏杰等.基于Flash物理引擎的虚拟物理实验设计方法.湖北大学学报,2010年6月
①摘自黄有群；赵淑岩.基于Java3D的虚拟雕刻技术.沈阳工业大学学报,2008年6月
②摘自汤兆平.基于虚拟现实技术的网络动态课件设计与实现.科技管理研究,2010年第17期
①摘自浦其荣；霍剑青；轩直华.开放型物理实验的研究和探索.物理实验,2005年2月
②摘自陈正斌；殷祥林.桥梁施工虚拟现实技术.重庆交通大学学报,2009年2月
①摘自周香.数字化实验系统对传统物理实验的改进.中国教育信息化,2008.6
②摘自李潮锐；吴深尚.物理实验创新教育的探索与实践.物理实验,2005年4月
①摘自张锐波；陈建等.物理实验培养应用型创新人才教学方法研究.实验室研究与探索,2007年1月
①摘自杨宏伟.虚拟仿真技术在物理实验中的应用.实验室研究与探索,2005年9月
②摘自闫卫阳；曾小平.虚拟技术极其应用.安徽农业科学,2009年11期
③摘自苏珉.虚拟现实技术在高校实验教学中的应用研究.中国教育信息化,2011.4
④摘自张明；王淑英；郭涛.虚拟现实技术在计算机专业实践教学中的应用.才智,2011.4
⑤摘自李星；段渭军；王丹.虚拟现实技术在数字化校园中的应用.中国教育信息化,2011.2
①摘自Wenting Tang, Yun Fu, Ludmila Cherkasova, Amin Vahdat; Modeling and generating realistic streaming media server workloads; Computer Networks,Volume 51, Issue 1,17 January 2007, Pages 336-356
Sue V. G Cobb, Mirabelle D. D'Cruz, John R. Wilson; Integrated manufacture:A role for virtual reality?; International Journal of Industrial Ergonomics, Volume 16, Issues 4-6, October 1995, Pages 411-425
③摘自Vanessa N. Palter, Teodor P. Grantcharov;Virtual Reality in Surgical Skills Training; Surgical Clinics of North America, Volume 90, Issue 3, June 2010, Pages 605-617
①摘自吕太国；张山彪等.虚拟仪器在物理实验室建设中的应用.仪器仪表学报,2005年12月
②摘自苏建明,张续红,胡庆夕.展望虚拟现实技术.计算机仿真,2004年1月
③摘自Hsiu-Mei Huang,Ulrich Rauch,Shu-Sheng Liaw;Investigating learners' attitudes toward virtual reality
①摘自Hui Guo, Guobin Shen, Zhiguang Wang, Shipeng Li; Optimized streaming media proxy and its applications; Journal of Network and Computer Applications, Volume 30, Issue 1, January 2007, Pages 265-281
[1]孙泽.自动控制虚拟实验室关键技术研究.2009.新疆大学
[2]胡珊,杨春.两级式中学物理虚拟实验模式的探索与实践.现代教育技术,2008年12期
[3]张东曰.虚拟现实技术的发展及其在矿业上的应用.湛江师范学院学报,2002年第06期
[4]李霞.系统虚拟机关键技术研究.微型电脑应用,2010年3期
[5]刘晓凤.适于高校图书馆多媒体资源数字化处理的流媒体技术.中华医学图书情报杂志,2005年02期
[6]梁鹏帅.碰撞检测算法的探讨.黑龙江科技信息,2010年14期
[7]邹益胜,丁国富等.实时碰撞检测算法综述.计算机应用研究,2008年1月
[8]陈亚东,戴华林,张运杰.基于VR技术的虚拟微机组装系统研究与设计.天津师范大学学报(自然科学版),2009.1
[9]李建廷.流媒体技术综述.现代电子技术,2005.2
[10]刘智斌,李占利,曹宝香.虚拟环境中织物的碰撞检测与响应.系统仿真学报,2007.4
[11]王兴灿.虚拟技术在学科教育领域中的应用.电脑知识与技术,2009.11
[12]赵玮.《计算机组装与维护》课程中运用虚拟技术初探.山西科技,2010年,第25卷,第4期
[13]陈克徐.基于VRML的中学物理虚拟实验的设计与实现.教学研究,2008.10
[14]邓海.利用虚拟实验,促进高职电子技术课程的教学.九江职业技术学院学报,2003.3
[15]黄海滠.浅谈初中物理实验的创新教学.基础教育研究,2007年02期
[16]全金华.虚拟技术在计算机组装与维修中的应用.数字技术与应用,2011年04期
[17]杨雪,王倩,黄海林,李肖锋.虚拟实验的反馈设计与实现.中国电化教育,2011.7
[18]姜学智,李忠华.国内外虚拟现实技术的研究现状.辽宁工程技术大学学报,2004.4
[19]赵安庆,王敏杰,刘强强等.基于Flash物理引擎的虚拟物理实验设计方法.湖北大学学报,2010年6月
[20]黄有群,赵淑岩.基于Java3D的虚拟雕刻技术.沈阳工业大学学报,2008年6月
[21]汤兆平.基于虚拟现实技术的网络动态课件设计与实现.科技管理研究,2010年第17期
[22]浦其荣,霍剑青；轩直华.开放型物理实验的研究和探索.物理实验,2005年2月
[23]陈正斌,殷祥林.桥梁施工虚拟现实技术.重庆交通大学学报,2009年2月
[24]周香.数字化实验系统对传统物理实验的改进.中国教育信息化,2008.6
[25]李潮锐；吴深尚.物理实验创新教育的探索与实践.物理实验,2005年4月
[26]张锐波；陈建；张科红.物理实验培养应用型创新人才教学方法研究.实验室研究与探索,2007年1月
[27]杨宏伟.虚拟仿真技术在物理实验中的应用.实验室研究与探索,2005年9月
[28]闫卫阳,曾小平.虚拟技术极其应用.安徽农业科学,2009年11期
[29]苏珉.虚拟现实技术在高校实验教学中的应用研究.中国教育信息化,2011.4
[30]张明,王淑英,郭涛.虚拟现实技术在计算机专业实践教学中的应用.才智,2011.4
[31]李星,段渭军,王丹.虚拟现实技术在数字化校园中的应用.中国教育信息化,2011.2
[32]吕太国,张山彪等.虚拟仪器在物理实验室建设中的应用.仪器仪表学报,2005年12月
[33]苏建明,张续红,胡庆夕.展望虚拟现实技术.计算机仿真,2004年1月
[34]Sue V. G. Cobb, Mirabelle D. D'Cruz, John R. Wilson; Integrated manufacture:A role for virtual reality?; International Journal of Industrial Ergonomics, Volume 16, Issues 4-6, October 1995, Pages 411-425
[35]Vanessa N. Palter, Teodor P. Grantcharov;Virtual Reality in Surgical Skills Training; Surgical Clinics of North America, Volume 90, Issue 3,June 2010, Pages 605-617
[36]Hsiu-Mei Huang,Ulrich Rauch,Shu-Sheng Liaw;Investigating learners'attitudes toward virtual reality learning environments:Based on a constructivist approach; Computers & Education,Volume 55, Issue 3,November 2010, Pages 1171-1182
[37]Hui Guo, Guobin Shen, Zhiguang Wang, Shipeng Li; Optimized streaming media proxy and its applications; Journal of Network and Computer Applications, Volume 30, Issue 1, January 2007, Pages 265-281
[38]Wenting Tang, Yun Fu, Ludmila Cherkasova, Amin Vahdat; Modeling and generating realistic streaming media server workloads; Computer Networks,Volume 51, Issue 1,17 January 2007, Pages 336-356
②摘自张东曰.虚拟现实技术的发展及其在矿业上的应用.湛江师范学院学报,2002年第06期
①摘自李霞.系统虚拟机关键技术研究.微型电脑应用,2010年3期
②摘自胡珊；杨春.两级式中学物理虚拟实验模式的探索与实践.现代教育技术,2008年12期
①摘自刘晓凤.适于高校图书馆多媒体资源数字化处理的流媒体技术.中华医学图书情报杂志,2005年5期
①摘自梁鹏帅.碰撞检测算法的探讨.黑龙江科技信息,2010年14期
②摘自邹益胜,丁国富等.实时碰撞检测算法综述.计算机应用研究,2008年1月
①摘自陈亚东,戴华林,张运杰.基于VR技术的虚拟微机组装系统研究与设计.天津师范大学学报(自然科学版),2009.1
①摘自李建廷.流媒体技术综述.现代电子技术,2005.2
①摘自刘智斌,李占利,曹宝香.虚拟环境中织物的碰撞检测与响应.系统仿真学报,2007.4
②摘自下兴灿.虚拟技术在学科教育领域中的应用.电脑知识与技术,2009.11
①摘自赵玮.《计算机组装与维护》课程中运用虚拟技术初探.山西科技,2010年,第25卷,第4期
①摘自陈克徐.基于VRML的中学物理虚拟实验的设计与实现.教学研究,2008.10
②摘自邓海.利用虚拟实验,促进高职电子技术课程的教学.九江职业技术学院学报,2003.3
①摘自黄海滠.浅谈初中物理实验的创新教学.基础教育研究,2007年02期
②摘自全金华.虚拟技术在计算机组装与维修中的应用.数字技术与应用,2011年04期
③摘自杨雪；王倩；黄海林；李肖锋.虚拟实验的反馈设计与实现.中国电化教育,2011.7
①摘自姜学智；李忠华.国内外虚拟现实技术的研究现状.辽宁工程技术大学学报,2004.4
②摘自赵安庆；王敏杰等.基于Flash物理引擎的虚拟物理实验设计方法.湖北大学学报,2010年6月
①摘自黄有群；赵淑岩.基于Java3D的虚拟雕刻技术.沈阳工业大学学报,2008年6月
②摘自汤兆平.基于虚拟现实技术的网络动态课件设计与实现.科技管理研究,2010年第17期
①摘自浦其荣；霍剑青；轩直华.开放型物理实验的研究和探索.物理实验,2005年2月
②摘自陈正斌；殷祥林.桥梁施工虚拟现实技术.重庆交通大学学报,2009年2月
①摘自周香.数字化实验系统对传统物理实验的改进.中国教育信息化,2008.6
②摘自李潮锐；吴深尚.物理实验创新教育的探索与实践.物理实验,2005年4月
①摘自张锐波；陈建等.物理实验培养应用型创新人才教学方法研究.实验室研究与探索,2007年1月
①摘自杨宏伟.虚拟仿真技术在物理实验中的应用.实验室研究与探索,2005年9月
②摘自闫卫阳；曾小平.虚拟技术极其应用.安徽农业科学,2009年11期
③摘自苏珉.虚拟现实技术在高校实验教学中的应用研究.中国教育信息化,2011.4
④摘自张明；王淑英；郭涛.虚拟现实技术在计算机专业实践教学中的应用.才智,2011.4
⑤摘自李星；段渭军；王丹.虚拟现实技术在数字化校园中的应用.中国教育信息化,2011.2
①摘自Wenting Tang, Yun Fu, Ludmila Cherkasova, Amin Vahdat; Modeling and generating realistic streaming media server workloads; Computer Networks,Volume 51, Issue 1,17 January 2007, Pages 336-356
Sue V. G Cobb, Mirabelle D. D'Cruz, John R. Wilson; Integrated manufacture:A role for virtual reality?; International Journal of Industrial Ergonomics, Volume 16, Issues 4-6, October 1995, Pages 411-425
③摘自Vanessa N. Palter, Teodor P. Grantcharov;Virtual Reality in Surgical Skills Training; Surgical Clinics of North America, Volume 90, Issue 3, June 2010, Pages 605-617
①摘自吕太国；张山彪等.虚拟仪器在物理实验室建设中的应用.仪器仪表学报,2005年12月
②摘自苏建明,张续红,胡庆夕.展望虚拟现实技术.计算机仿真,2004年1月
③摘自Hsiu-Mei Huang,Ulrich Rauch,Shu-Sheng Liaw;Investigating learners' attitudes toward virtual reality
①摘自Hui Guo, Guobin Shen, Zhiguang Wang, Shipeng Li; Optimized streaming media proxy and its applications; Journal of Network and Computer Applications, Volume 30, Issue 1, January 2007, Pages 265-281
[1]孙泽.自动控制虚拟实验室关键技术研究.2009.新疆大学
[2]胡珊,杨春.两级式中学物理虚拟实验模式的探索与实践.现代教育技术,2008年12期
[3]张东曰.虚拟现实技术的发展及其在矿业上的应用.湛江师范学院学报,2002年第06期
[4]李霞.系统虚拟机关键技术研究.微型电脑应用,2010年3期
[5]刘晓凤.适于高校图书馆多媒体资源数字化处理的流媒体技术.中华医学图书情报杂志,2005年02期
[6]梁鹏帅.碰撞检测算法的探讨.黑龙江科技信息,2010年14期
[7]邹益胜,丁国富等.实时碰撞检测算法综述.计算机应用研究,2008年1月
[8]陈亚东,戴华林,张运杰.基于VR技术的虚拟微机组装系统研究与设计.天津师范大学学报(自然科学版),2009.1
[9]李建廷.流媒体技术综述.现代电子技术,2005.2
[10]刘智斌,李占利,曹宝香.虚拟环境中织物的碰撞检测与响应.系统仿真学报,2007.4
[11]王兴灿.虚拟技术在学科教育领域中的应用.电脑知识与技术,2009.11
[12]赵玮.《计算机组装与维护》课程中运用虚拟技术初探.山西科技,2010年,第25卷,第4期
[13]陈克徐.基于VRML的中学物理虚拟实验的设计与实现.教学研究,2008.10
[14]邓海.利用虚拟实验,促进高职电子技术课程的教学.九江职业技术学院学报,2003.3
[15]黄海滠.浅谈初中物理实验的创新教学.基础教育研究,2007年02期
[16]全金华.虚拟技术在计算机组装与维修中的应用.数字技术与应用,2011年04期
[17]杨雪,王倩,黄海林,李肖锋.虚拟实验的反馈设计与实现.中国电化教育,2011.7
[18]姜学智,李忠华.国内外虚拟现实技术的研究现状.辽宁工程技术大学学报,2004.4
[19]赵安庆,王敏杰,刘强强等.基于Flash物理引擎的虚拟物理实验设计方法.湖北大学学报,2010年6月
[20]黄有群,赵淑岩.基于Java3D的虚拟雕刻技术.沈阳工业大学学报,2008年6月
[21]汤兆平.基于虚拟现实技术的网络动态课件设计与实现.科技管理研究,2010年第17期
[22]浦其荣,霍剑青；轩直华.开放型物理实验的研究和探索.物理实验,2005年2月
[23]陈正斌,殷祥林.桥梁施工虚拟现实技术.重庆交通大学学报,2009年2月
[24]周香.数字化实验系统对传统物理实验的改进.中国教育信息化,2008.6
[25]李潮锐；吴深尚.物理实验创新教育的探索与实践.物理实验,2005年4月
[26]张锐波；陈建；张科红.物理实验培养应用型创新人才教学方法研究.实验室研究与探索,2007年1月
[27]杨宏伟.虚拟仿真技术在物理实验中的应用.实验室研究与探索,2005年9月
[28]闫卫阳,曾小平.虚拟技术极其应用.安徽农业科学,2009年11期
[29]苏珉.虚拟现实技术在高校实验教学中的应用研究.中国教育信息化,2011.4
[30]张明,王淑英,郭涛.虚拟现实技术在计算机专业实践教学中的应用.才智,2011.4
[31]李星,段渭军,王丹.虚拟现实技术在数字化校园中的应用.中国教育信息化,2011.2
[32]吕太国,张山彪等.虚拟仪器在物理实验室建设中的应用.仪器仪表学报,2005年12月
[33]苏建明,张续红,胡庆夕.展望虚拟现实技术.计算机仿真,2004年1月
[34]Sue V. G. Cobb, Mirabelle D. D'Cruz, John R. Wilson; Integrated manufacture:A role for virtual reality?; International Journal of Industrial Ergonomics, Volume 16, Issues 4-6, October 1995, Pages 411-425
[35]Vanessa N. Palter, Teodor P. Grantcharov;Virtual Reality in Surgical Skills Training; Surgical Clinics of North America, Volume 90, Issue 3,June 2010, Pages 605-617
[36]Hsiu-Mei Huang,Ulrich Rauch,Shu-Sheng Liaw;Investigating learners'attitudes toward virtual reality learning environments:Based on a constructivist approach; Computers & Education,Volume 55, Issue 3,November 2010, Pages 1171-1182
[37]Hui Guo, Guobin Shen, Zhiguang Wang, Shipeng Li; Optimized streaming media proxy and its applications; Journal of Network and Computer Applications, Volume 30, Issue 1, January 2007, Pages 265-281
[38]Wenting Tang, Yun Fu, Ludmila Cherkasova, Amin Vahdat; Modeling and generating realistic streaming media server workloads; Computer Networks,Volume 51, Issue 1,17 January 2007, Pages 336-356