中小學課題申報：3DVR教學資源在中小學理科教學中的應用研究

課題申報范例精選【導語】課題要堅持正確的政治方向，充分體現(xiàn)中央有關精神和要求，具有鮮明的問題導向和創(chuàng)新價值。應用對艮類選題要有現(xiàn)實性、針對性和前瞻性；基礎理論類選題要立足學術前沿，具有原創(chuàng)性和開拓性；跨學科類選題要體現(xiàn)學科交叉滲透的屬性和特點。選題文字表述科學、嚴謹、規(guī)范。以下是課題優(yōu)秀成果，是各類教師進行課題申報、開展課題研究、撰寫研究報告的參考模板和范例。3D/VR教學資源在中小學理科教學中的應用研

究課題名稱：3D/VR教學資源在中小學理科教學中的應用研究關鍵詞：單位申報申報級別：上海思姚科技教育課題類別：學科分類：研究類型：預期研究成果：立項號:課題設計論證3D/VR教學資源在中小學理科教學中的應用研究一、本課題研究背景與意義及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀述評1.1研究背景虛擬現(xiàn)實技術是計算機通過三維建模軟件建立的，它可以在電腦上通過各種建模軟件實現(xiàn)以往受到條件限制的無法實現(xiàn)的現(xiàn)實場景。VR場景不僅可以提供給學生更加真實的學習環(huán)境，還可以給講師提供一個通俗易懂，直觀的，便于講述的虛擬場景，對教師在講解知識、語言表達、與同學溝通方面都有積極的作用。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀比較著名的教學應用是安妮?班福德博士“未來學習”的研究。安妮博士是國際研究機構主管和教育負責人，她帶領她的團隊三維動畫技術應用在教學實踐中。該團隊為虛擬教學找到了最佳的學習模式，他們在歐洲的多個國家進行3D/VR技術課堂實踐教學應用的跟進調(diào)查研究。此項研究對三維立體教學模式運用雨課堂教學的效果進行了分析總結，個中指標主要有學生的學習興趣、學習方式、熟練程度和考試成績。國外的三維教學動畫通常由專業(yè)的動畫工程師來制作，成品的三維模型精度與質(zhì)量很高，并且成品體系相對完善。但是由于這些成品主要針對于動畫的制作，成品最終的側(cè)重點并不適用于高中教學，動畫內(nèi)容與高中知識點大相徑庭，表述上過于艱深。若用于國內(nèi)教學應用，不僅內(nèi)容上不符合教育部的目標，在實際應用上，全英文的模式也給師生們帶來了很大的挑戰(zhàn)。國內(nèi)3D/VR技術中應用三維模型動畫的起步時間很晚，但是發(fā)展速度快，目前應用的領域較多。在科普領域，三維模型可以詳細具體的描述宇宙、星球方面的知識。國內(nèi)有基于網(wǎng)絡的仿真大學物理實驗的教學平臺，在實踐教學與虛擬設計之間結合很好，但是沒有針對中小學的3D/VR教學資源，三維教學動畫與中小學課程的結合資源主要來自互聯(lián)網(wǎng)，多數(shù)教學資源是個人自制，尚沒有專業(yè)的公司或者人員從事相關的工作，并且質(zhì)量也是參差不齊，導致目前多數(shù)教師更愿意使用二維教學模式，例如圖片和文字。綜合國內(nèi)與國外研究現(xiàn)狀，將3D/VR應用于教學的相關文獻與應用研究相對較少，有很大的發(fā)展空間。二、本課題的研究目標、研究內(nèi)容和創(chuàng)新之處3D/VR技術在教育教學中的實踐應用符合教學理論的指導思想。3D/VR技術的迅速發(fā)展具有優(yōu)秀理論和先進的技術支撐。3D/VR技術在教育教學中的應用必然成為三維模型發(fā)展的重要里程碑，未來的市場將非常龐大。2.1研究目標將3D/VR技術應用在教育領域中可以快速的提高學生的學習效率和學習的自主性以及學習興趣，使學生更深層次地理解知識點，具有高價值的教輔作用。按照3D/VR技術在教育行業(yè)內(nèi)的應用來看，仍存在著以下缺點：①技術層面交互性深度過淺②信息層面交互能力過弱③視覺層面過于單一。這些缺點都在不同程度上限制了學生的學習效率和想象力。在這個強調(diào)在課堂上發(fā)揮學生主觀能動性和積極探索性的時代，虛擬現(xiàn)實技術要通過一定的手段積極的為教育提供更好的服務，改變目前的教學形式，充分的提高學生在課堂中的學習興趣，提高教師在日常教學中的教學效果。我們設計了高中物理、化學以及生物虛擬實驗室場景以及實驗室中穿插的實驗，可以為學生提供一個三維的實驗場景。在這個展示的過程中，教師可以在教學過程中通過鼠標操作來完成該實驗的演示，學生可以通過更加直觀的觀察，來進行學習和討論。2.2研究內(nèi)容利用虛擬現(xiàn)實技術，建立一個虛擬的實驗室，通過實驗室的虛擬動畫來展現(xiàn)出所要掌握和了解的知識點，學生可以通過觀察實驗現(xiàn)象來進行討論，加弓金學生對知識的記憶。也讓教師在講授期間，不再是簡單的口頭講解，更加直觀的體現(xiàn)出了教學效果，也省去了實驗器材的來回搬運時間。將傳統(tǒng)的教師講解模式，漸漸轉(zhuǎn)變?yōu)閷W生自主學習的模式，發(fā)揮出學生在課堂中的主導作用，因此，主要研究以下兩個方面：1、研究構建虛擬實驗場景在教育教學中的理論基礎，選擇基于虛擬現(xiàn)實的相關理論知識點、選擇制作虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)設計工具。選取中小學課本中相關的物理、化學、生物、數(shù)學、科技等相關的知識內(nèi)容和理論，制作虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)2、在一定的教學環(huán)境下，充分發(fā)揮學生的動手能力，實現(xiàn)學生自主學習，根據(jù)相關教材，能夠自主制作出相關的學習資料和課件。3、經(jīng)過課堂實踐以后，通過問卷調(diào)查的方式來分析基于虛擬現(xiàn)實技術的虛擬場景學習實現(xiàn)后的課堂教學效果。2.3創(chuàng)新之處虛擬現(xiàn)實技術的出現(xiàn)豐富了媒體所承載的內(nèi)容，可以把學習者帶入各種利于學習的教學情境中。虛擬現(xiàn)實技術具有以下優(yōu)點：①三維動畫可以放大微觀世界，把知識形象化單純的知識系統(tǒng)化。本系統(tǒng)通過將精美的圖片、簡單的交互、仿真的環(huán)境以不同的方式結合并呈現(xiàn)給學習者，讓學習者在學習的過程中產(chǎn)生情緒的波動，從而激發(fā)他（她）們的學習興趣；②利用三維虛擬實驗室進行有危險的實驗，確保人身安全；③三維動畫還可以在課堂中呈現(xiàn)各種地理環(huán)境、地貌特征、歷史事件等，讓學生產(chǎn)生身臨其境的學習感覺在數(shù)學、物理、化學、地理和生物等學科的教學中，三維教學動畫發(fā)揮了一定的輔助作用；④目前的國內(nèi)的三維教學資源不僅數(shù)量較少，質(zhì)量也是參差不齊，真正適合中小學教學的資源很稀缺，我們可以實現(xiàn)資源整合，真正建立完善的教育資源系統(tǒng)，提供給各大中小學校；⑤系統(tǒng)的歸納和研究三維立體教學在實際教學中影響，從實踐的層面為立體教學提供參考和模板。三、本課題的研究思路、研究方法、技術經(jīng)濟分析和實施步驟1.研究思路(1)理論分析，通過查閱相關資料，對虛擬現(xiàn)實進行相關的概念界定，并對其在教育中的理論基礎進行分析和總結。研究學習中小學教輔資料，基于教育理論，結合3D/VR技術研制出完備的系統(tǒng)教學三維動畫，并實際應用于中小學的理論教學過程。(2)針對虛擬現(xiàn)實場景的構建，選用3DsMax2016軟件進行建模處理，并對需要設計的小實驗進行導入和渲染處理與相關學校合作，創(chuàng)造出符合教材內(nèi)容的課件和教輔資料，同時承辦設計3D/VR教室，創(chuàng)造出良好的學習氛圍與環(huán)境。(3)對所設計的虛擬現(xiàn)實場景中的小實驗進行教學設計，針對教學目標開展課堂。鍛煉學生的動手能力，讓學生沉浸式融入教學環(huán)境，甚至可以自主設計課程內(nèi)容和學習過程，完成學習任務。(4)根據(jù)實際教學情況，檢驗3D/VR技術對于教學效果的影響，統(tǒng)計學生的成績和自主學習能力的提高情況。(5)豐富教育技術與教育結合的理論和實踐研究，總結出切實可行的三維教學動畫制作原則和實用的三維教學動畫制作一般流程，給出三維教學動畫使用建議。2.研究方法(1)設計研究法通過使用3DsMax2016軟件來進行虛擬實驗室的設計建模，對高中教材必學的各類定律之前的理論基礎以及各類經(jīng)典實驗進行場景設計，并創(chuàng)建一個虛擬的三維實驗室場景。(2)問卷調(diào)查法通過與實驗學校合作教學，對設計的教材實例進行教學設計及應用，最終通過問卷調(diào)查的結果分析虛擬場景在中小學學習上的效果。3.實施步驟(1)規(guī)劃設計規(guī)劃設計是指對項目進行較具體的規(guī)劃或總體設計，越具體越詳細的規(guī)劃設計會讓后期的開發(fā)設計工作越容易開展。(2)前期準備前期準備包含數(shù)據(jù)收集和素材準備兩方面內(nèi)容。前期準備對系統(tǒng)沉浸性有著至關重要的作用，數(shù)據(jù)和素材越接近真實，虛擬實驗系統(tǒng)越接近真實實驗室。數(shù)據(jù)主要采集實驗室尺寸、實驗室內(nèi)部器材尺寸、實驗元件尺寸。在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中，3dsMax自帶的貼圖素材并不能滿足虛擬系統(tǒng)的需求，因此需要使用圖片處理軟件自行制作素材。(3)開發(fā)設計首先，根據(jù)前期收集的數(shù)據(jù)，用3dsMax建立實驗工具、場景，同時設計知識點在虛擬環(huán)境中的呈現(xiàn)方式。其次，將模型導入Unity中，實現(xiàn)虛擬實驗環(huán)境，通過使用Unity引擎的組件、對象、編程等功能實現(xiàn)學習者與系統(tǒng)的交互功能。(4)測試發(fā)布待虛擬實驗系統(tǒng)功能全部實現(xiàn)以后，人工測試功能的完整性和正確性，最后將其打包發(fā)布。課題可行性分析1.技術可行性分析本研究采用功能弓金大、制作效率高、易學易用的3dsMax軟件創(chuàng)建數(shù)字資源系統(tǒng)所需物體的三維模型，采用擁有可視化編輯界面、資源豐富、操作簡單、高效高能的Unity游戲引擎進行交互設置，采用集成開發(fā)環(huán)境VisioStudio進行程序編寫。本研究采用3dsMax+Unity+VisioStudio技術完成實驗系統(tǒng)的開發(fā)，在技術上是可行的。2.經(jīng)濟可行性分析2016上半年，在工信部的指導下，中國電子技術標準化研究院就編寫了《虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書》。書中介紹了國內(nèi)外的VR產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀、關鍵技術以及主要的應用領域。八月下旬，國家發(fā)改委發(fā)布了相關通知，指出要建立國家級的虛擬現(xiàn)