基于VRML物理虚拟实验设计和实现探讨

在传统的教育过程中,理论知识的学习与实验技能的提高之间的矛盾越来越突出,传统的实验教学方式在现代教育体系中越来越难以生存。然而随着多媒体技术与网络技术的迅速发展,它们给教育带来了新的发展机遇,虚拟实验在这种环境下应运而生。虚拟实验是一种借助于图形图像、仿真和虚拟现实等技术在计算机上所营造的,可辅助或部分替代甚至全部替代传统实验各操纵环节的软硬件操纵环境。本文正是在对虚拟实验的国内外现状进行分析的基础上,对基于VRML的虚拟实验的设计与实现问题进行研究,并以大学物理演示实验为例进行实践。本论文首先通过文献调研、网络搜索等方式对虚拟技术国内外的研究现状进行梳理,并对现有的虚拟实验软件技术进行比较的基础上,结合大学物理的实验项目特点,确定采用VRML技术进行开发;其次分析了虚拟实验设计开发的理论基础,并分别阐述了混合式学习理论、探究式学习理论、情景式学习理论和相似学理论的内涵、特点以及对虚拟实验的支持;接着从功能、工作原理、浏览器和编辑器以及重要概念这几个方面对VRML语言进行具体先容;然后对VRML技术的建模方法、交互技术和优化策略进行研究并做了详尽的阐述;最后通过对大学物理实验的前端分析,并与VRML技术的结合设计实现弹性碰撞、圆锥爬坡和电磁感应的虚拟实验。本研究成果对于改进虚拟实验教学提高实验效果,尤其对现实中学生多、器材少或者难以直接实现的实验项目,提供了一条有效的解决途径,促进实验教学的网络化、现代化具有现实意义和实践意义。【关键词】：VRML大学物理虚拟实验虚拟现实技术交互技术
【论文提纲】：摘要5-6Abstract6-13第1章绪论13-191.1课题研究背景及意义13-141.1.1课题研究的背景131.1.2课题研究意义13-141.2国内外研究现状14-171.2.1国外研究现状14-151.2.2国内研究现状15-171.3论文的研究内容及研究方法17-181.3.1论文的研究内容171.3.2论文的研究方法17-181.4论文的组织框架18-19第2章虚拟实验设计与实现的理论基础19-272.1混合式学习理论19-212.1.1混合式学习理论的内涵19-202.1.2混合式学习的特点202.1.3混合式学习对虚拟实验的支持20-212.2探究式学习理论21-232.2.1探究式学习理论的内涵212.2.2探究式学习的特征21-222.2.3探究式学习的教学模式222.2.4探究学习理论对虚拟实验的支持22-232.3情景认知理论23-252.3.1情景认知理论的含义23-242.3.2情景认知理论的关键特征242.3.3情景认知理论对虚拟实验的支持24-252.4相似学理论25-272.4.1相似学理论概述252.4.2相似学的基本概念252.4.3相似的类型25-262.4.4相似学理论对虚拟实验的支持26-27第3章虚拟现实建模语言VRML27-343.1熟悉VRML语言27-293.1.1VRML的发展27-283.1.2VRML的功能概述28-293.2VRML的工作原理29-303.3VRML浏览器及编辑器30-323.4VRML文件中的重要概念32-343.4.1节点和域323.4.2事件体系32-34第4章VRML构建虚拟实验方法的研究34-464.1VRML技术建模方法的研究34-384.1.1实验对象几何建模34-384.1.2实验对象的物理建模384.1.3实验对象的行为建模384.2VRML语言交互技术的研究38-434.2.1VRML交互原理38-394.2.2VRML交互方式39-434.3VRML的优化技术43-464.3.1有效地描述场景，减少文件大小43-444.3.2提高VRML文件的执行效率44-46第5章大学物理虚拟实验的设计与实现46-565.1虚拟实验项目的前端分析46-475.1.1虚拟实验需求分析465.1.2学习者特征和教师角色分析46-475.1.3虚拟实验内容的再组织475.2实验项目的设计与实现47-565.2.1实验项目的几何建模48-505.2.2实验项目的动态交互50-545.2.3实验的优化策略545.2.4实验项目存在的不足54-56结论56-581.总结562.创新之处56-573.研究展望57-58参考文献58-61致谢61-62附录A攻读学位期间发表的论文目录62