高中理化生虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)用解決技術(shù)方案

1、第一章項(xiàng)目背景一、政策背景國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（20102020年）明確指出：“加強(qiáng)優(yōu)質(zhì)教育資源開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，建立數(shù)字圖書館和虛擬實(shí)驗(yàn)室”。在“十三五規(guī)劃”方針政策指引下，各地陸續(xù)出臺(tái)落地執(zhí)行方案和政策：河南省教育廳發(fā)布的關(guān)于加強(qiáng)和改進(jìn)中小學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作的意見(jiàn)（教技裝2017643號(hào)）明確指出：“各學(xué)校要開(kāi)發(fā)有特色的校本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和配套的教學(xué)資源，要重視數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器和現(xiàn)代信息技術(shù)的使用研究，掌握現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)教學(xué)技能”，并提倡創(chuàng)新中招理化生實(shí)驗(yàn)操作考試方式“探索信息化手段在考試中的應(yīng)用，不斷提高考試質(zhì)量，促進(jìn)考試安全和公平性”。山西省教育廳關(guān)于高中畢業(yè)與升學(xué)考試加試?yán)砘鷮?shí)驗(yàn)操作和信息技術(shù)

2、的意見(jiàn)（晉教基201328號(hào)）中，明確指出：物理和化學(xué)學(xué)科實(shí)驗(yàn)考試分?jǐn)?shù)共計(jì)10分，分?jǐn)?shù)納入中考成績(jī)中。2016年，北京中高考公布新方案：文理不再分科，其中物生化實(shí)驗(yàn)部分占分比例為30%。上海、廣東等省區(qū)也相繼出臺(tái)政策，明確提出理化生實(shí)驗(yàn)教學(xué)和考試的重要性。二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀(一)學(xué)校經(jīng)費(fèi)緊張、實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊或不足個(gè)別學(xué)校不開(kāi)或少開(kāi)實(shí)驗(yàn)課，老師幾乎都是在講實(shí)驗(yàn)和畫實(shí)驗(yàn)，而學(xué)生幾乎都是在背實(shí)驗(yàn)。(二)課程學(xué)時(shí)短，講授內(nèi)容多，課堂效率低下成體系的優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源相對(duì)缺乏，而且不成體系，資源類型不統(tǒng)一，更新速度滿足不了教學(xué)需求；學(xué)生參與度不高，學(xué)習(xí)興趣不夠，缺乏主動(dòng)性(三)流程化的實(shí)驗(yàn)操作模式，不利于培養(yǎng)

3、學(xué)生的創(chuàng)新思維不少學(xué)校偏重于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，對(duì)自主和探究性實(shí)驗(yàn)重視度不夠。(四)涉及危險(xiǎn)或現(xiàn)象不易觀察實(shí)驗(yàn)，難以課堂操作涉及易燃易爆、有毒有害、高溫高壓、反應(yīng)周期漫長(zhǎng)等實(shí)驗(yàn)，難以在課堂上進(jìn)行呈現(xiàn)和操作；非正規(guī)操作由于破壞性大，成本較高，很難展示實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的各種故障現(xiàn)象；沒(méi)有理想實(shí)驗(yàn)環(huán)境，高危實(shí)驗(yàn)很難呈現(xiàn)和操作。(五)師生隨時(shí)隨地能操作實(shí)驗(yàn)的需求難以滿足第二章系統(tǒng)架構(gòu)一、技術(shù)架構(gòu)虛擬實(shí)驗(yàn)是一款專為中小學(xué)理化生學(xué)科打造的實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，從而讓學(xué)科知識(shí)可視化、互動(dòng)化、數(shù)據(jù)化。該系統(tǒng)可輔助教師在課堂教學(xué)環(huán)節(jié)中，更加方便地為學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示，從而讓繁瑣的實(shí)驗(yàn)課變得高效、簡(jiǎn)單，提升教學(xué)效率，增強(qiáng)教學(xué)效果；同時(shí)，

4、讓學(xué)生的學(xué)習(xí)更有趣、更輕松、更有效。我們的目標(biāo)是：讓老師的表達(dá)更形象，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)更有趣，讓學(xué)生的理解更容易。實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)采用HTML5技術(shù)，用戶可以在pc設(shè)備上離線使用，也可以在windows、ios、Android設(shè)備的瀏覽器上在線使用。系統(tǒng)分為客戶端和實(shí)驗(yàn)云平臺(tái)兩大部分：客戶端支持離線使用，滿足常規(guī)教學(xué)需求，完全不用擔(dān)心網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題，保障正常的課堂教學(xué)；實(shí)驗(yàn)云平臺(tái)支持多終端跨平臺(tái)訪問(wèn)，無(wú)需安裝任何插件，師生一人一賬號(hào)，不受時(shí)空限制，校內(nèi)外隨時(shí)隨地訪問(wèn)使用，同時(shí)，提供標(biāo)準(zhǔn)對(duì)接接口，可與學(xué)校已有云平臺(tái)賬號(hào)體系打通，實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)登入。通過(guò)多媒體手段，依托學(xué)科特色，建立富有科技感的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，滿足

5、師生多次、隨時(shí)地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究和學(xué)習(xí)需求。在直觀、立體、高效、多樣化的人機(jī)互動(dòng)過(guò)程中，既提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也滿足了學(xué)生個(gè)性化的學(xué)習(xí)需求。同時(shí)，不受物理空間、時(shí)間的限制。集探究性、趣味性、科學(xué)性于一體。生物學(xué)科提供豐富的3D模型，呈現(xiàn)多姿多彩的生物世界；物理和化學(xué)學(xué)科內(nèi)置獨(dú)特的引擎，讓每個(gè)器材都“活”起來(lái)，自由擺放、任意組裝、參數(shù)任意調(diào)節(jié)、相互影響、疊加運(yùn)算，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象真實(shí)逼真、數(shù)據(jù)精準(zhǔn)無(wú)誤，是目前市面上唯一一款真正具備探索性和創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)輔助工具。二、應(yīng)用場(chǎng)景(一)常規(guī)教室教學(xué)場(chǎng)景在常規(guī)教室教學(xué)設(shè)備（如一體機(jī)、電子白板、智能黑板、投影設(shè)備等）中安裝客戶端，即可開(kāi)展常規(guī)教學(xué)活動(dòng)，方便教師演示

6、和操作實(shí)驗(yàn)，全班同學(xué)都可通過(guò)大屏幕清晰看到實(shí)驗(yàn)操作情況，增強(qiáng)課堂趣味性。實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中應(yīng)用廣泛。(二)多媒體互動(dòng)教室教學(xué)場(chǎng)景在學(xué)?，F(xiàn)有的微機(jī)室多媒體教室設(shè)備上直接安裝，師生一人一賬號(hào)。(三)平板教室教學(xué)場(chǎng)景支持平板設(shè)備使用，windows、ios、Android均可使用。(四)互動(dòng)興趣學(xué)習(xí)小組場(chǎng)景(五)圖書館教室走廊移動(dòng)體驗(yàn)學(xué)習(xí)場(chǎng)景(六)公開(kāi)課教學(xué)場(chǎng)景形象、直觀、方便、高效，輔助公開(kāi)課完美呈現(xiàn)！三、方案優(yōu)勢(shì)(一)采用HTML5技術(shù)開(kāi)發(fā)完美的系統(tǒng)兼容性，windows、ios、Android、macOS、Web全平臺(tái)適應(yīng)。(二)充分利用學(xué)?，F(xiàn)有硬件，各種硬件終端深度適配電子白板、一體機(jī)、臺(tái)式電腦、

7、筆記本、平板電腦等全適配，支持鼠標(biāo)點(diǎn)擊和多點(diǎn)觸控兩種交互方式。(三)獨(dú)特的實(shí)驗(yàn)“引擎”物理和化學(xué)學(xué)科支持各種DIY探究，精準(zhǔn)還原實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，滿足不同用戶的個(gè)性化教學(xué)需求。(四)安全高效的實(shí)驗(yàn)探究環(huán)境，支持一健分享第三章產(chǎn)品特色一、物理學(xué)科物理實(shí)驗(yàn)涵蓋了高中物理電學(xué)、力學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)、家庭電路、力與運(yùn)動(dòng)、近代物理等模塊，實(shí)驗(yàn)器材200，實(shí)驗(yàn)資源182，支持多版本教材。軟件支持全平臺(tái)，多終端設(shè)備一帳號(hào)通用，老師可根據(jù)需求在線開(kāi)發(fā)課件，自由創(chuàng)建、組裝實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了云服務(wù)、智能化、完全開(kāi)放的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。實(shí)驗(yàn)支持實(shí)時(shí)在線保存，云平臺(tái)存儲(chǔ)，一帳號(hào)多平臺(tái)無(wú)障礙使用，可方便不同教師間的資源共享、開(kāi)放交

8、流，優(yōu)秀的實(shí)驗(yàn)教學(xué)案例和方法將被快速?gòu)?fù)制，實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的交流和分享，節(jié)省備課時(shí)間，提高備課效率。實(shí)驗(yàn)含有引擎系統(tǒng)，支持自主DIY實(shí)驗(yàn)。標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)資源庫(kù)，完整配置，即選即用海量器材，隨意拼裝操作靈活，現(xiàn)象逼真，屬性可更改還原難以呈現(xiàn)的場(chǎng)景家庭電路，還原生活場(chǎng)景力與運(yùn)動(dòng)，集成重力場(chǎng)、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、萬(wàn)有引力、阻尼介質(zhì)等實(shí)驗(yàn)環(huán)境模擬理想環(huán)境可視化光路聲學(xué)可監(jiān)聽(tīng)外部聲音二、化學(xué)學(xué)科化學(xué)實(shí)驗(yàn)涵蓋高中實(shí)驗(yàn)器材和藥品300多種，實(shí)驗(yàn)資源80多個(gè),有機(jī)反應(yīng)原理動(dòng)畫和電化學(xué)原理動(dòng)畫不少于10個(gè)。內(nèi)置自主研發(fā)的熱力學(xué)引擎，力學(xué)引擎，粒子引擎以及速率系統(tǒng)、化學(xué)平衡系統(tǒng)、壓強(qiáng)系統(tǒng)、化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室無(wú)

9、法完成的易燃易爆、有毒性以及其他高危險(xiǎn)性實(shí)驗(yàn),逼真動(dòng)態(tài)展示化學(xué)反應(yīng)現(xiàn)象、任意化學(xué)藥品在任意液體中的溶解度關(guān)系、藥品之間的反應(yīng)速率、化學(xué)反應(yīng)即時(shí)生成化學(xué)方程式等，真正意義上實(shí)現(xiàn)自主DIY，完全滿足常規(guī)性的教學(xué)活動(dòng)。實(shí)驗(yàn)支持實(shí)時(shí)在線保存，云平臺(tái)存儲(chǔ)，一帳號(hào)多平臺(tái)無(wú)障礙使用，可方便不同教師間的資源共享、開(kāi)放交流，優(yōu)秀的實(shí)驗(yàn)教學(xué)案例和方法將被快速?gòu)?fù)制，實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的交流和分享，節(jié)省備課時(shí)間，提高備課效率。標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)資源庫(kù)，完整配置，即選即用實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象逼真實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)追蹤危險(xiǎn)錯(cuò)誤操作演示一邊做實(shí)驗(yàn)，一邊看現(xiàn)象，一邊查數(shù)據(jù)三、生物學(xué)科生物采用高精度3D模型制作而成，視覺(jué)效果清晰震撼，生物結(jié)構(gòu)、生命現(xiàn)象、生

10、命活動(dòng)規(guī)律以及原理一目了然。生動(dòng)逼真的3D實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境，能在短時(shí)間內(nèi)調(diào)動(dòng)學(xué)生多種感官參與其中，使學(xué)生獲得動(dòng)態(tài)信息，化繁為簡(jiǎn)，引領(lǐng)學(xué)生感悟微觀世界。涵蓋了國(guó)內(nèi)主流教材版本實(shí)驗(yàn)80多個(gè)，高清圖片、3D模型、3D動(dòng)畫資源30多個(gè)。高精度3D模型3D模型，生動(dòng)直觀。支持360度旋轉(zhuǎn)，多維立體展示，效果逼真，科技感強(qiáng)可進(jìn)行放大縮小等操作。增加學(xué)生的參與感、帶入感。視覺(jué)效果清晰震撼，生物結(jié)構(gòu)、生命現(xiàn)象、生命活動(dòng)規(guī)律以及原理一目了然。高清裝片強(qiáng)大的交互功能生物實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)以強(qiáng)大的交互功能區(qū)別于視頻、圖片等資源。生動(dòng)逼真的3D實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境，能在短時(shí)間內(nèi)調(diào)動(dòng)學(xué)生的多種感官參與其中，使學(xué)生獲得動(dòng)態(tài)信息，從而形成鮮明的

11、感性認(rèn)識(shí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。高清視頻資源變抽象為形象，變靜態(tài)為動(dòng)態(tài)，變不可操作為可操作，使死的生物概念、原理變成“活”的生活知識(shí)。彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)時(shí)間、空間、實(shí)驗(yàn)材料的限制，增強(qiáng)了學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)探究生物的規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維、觀察能力、實(shí)驗(yàn)操作能力以及分析解決生物學(xué)問(wèn)題能力的有效途徑。四、實(shí)驗(yàn)云平臺(tái)實(shí)驗(yàn)云平臺(tái)提供理化生精品實(shí)驗(yàn)資源，校內(nèi)外均可輕松訪問(wèn)使用，讓每位師生都輕松擁有自己專屬的移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室。該平臺(tái)支持上傳學(xué)校自己的logo，支持與學(xué)校已有云平臺(tái)進(jìn)行賬號(hào)體系打通，實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)登陸。第四章產(chǎn)品價(jià)值(一) 方便便捷，提高教學(xué)效率生動(dòng)、形象、立體，提升課堂教學(xué)效率，增強(qiáng)課堂效果，節(jié)約備課、上課時(shí)間成本

12、。(二) 解決學(xué)生隨時(shí)多次的實(shí)驗(yàn)練習(xí)需求實(shí)驗(yàn)是理化生學(xué)科的重要組成部分，也是課堂教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，由于學(xué)生群體的數(shù)量龐大和教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足，學(xué)校的實(shí)驗(yàn)設(shè)備已經(jīng)不能滿足學(xué)生多次、隨時(shí)的操作實(shí)驗(yàn)的要求。因此，虛擬實(shí)驗(yàn)是一種很好的輔助方式。(三) 降低學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解難度讓單純的講實(shí)驗(yàn)、說(shuō)實(shí)驗(yàn)、畫實(shí)驗(yàn)的課堂變得更加生動(dòng)、有趣。(四) 探索理化生學(xué)科新型教學(xué)模式建設(shè)學(xué)校特色的校本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和配套的教學(xué)資源，探索數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器和現(xiàn)代信息技術(shù)的使用研究，幫助老師掌握現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)教學(xué)技能。(五) 降低資源采購(gòu)成本，提升硬件使用率軟件支持多終端跨平臺(tái)訪問(wèn)，支持學(xué)?，F(xiàn)有硬件設(shè)備，無(wú)需擔(dān)心硬件系統(tǒng)不兼容而出現(xiàn)重復(fù)采購(gòu)的問(wèn)題，同時(shí)，提升硬件設(shè)備的使用率。(六) 無(wú)需擔(dān)心器材損耗問(wèn)