三维虚拟化学分子实验室设计与实现

分子结构在高中化学教学中是必不可少的一个内容,对于学生熟悉分子结构,从而进一步了解分子化学式、化学反应方程式和化学现象有着极其重要的作用。目前在分子教学中,教师多采用展示图片或者模型的方式。在本系统中设计了展示分子模型、分子合成与分解动画演示、搭建分子模型、典型分子实验模拟、选择化学实验仪器、化学方程式动画演示模拟等几个部分,使学习者通过自己控制分子模型、选择化学实验仪器和化学实验药品、观察化学反应变化现象、分子合成分解的动画演示,使学习者能在虚拟的环境下从宏观的化学反应现象和化学分子式的动画演示与微观的化学分子合成与分解相联系,节约了化学反应过程的时间,避免了学生在实验操纵的危险,同时,将宏观与微观相联系,使学生对所学内容有更深刻的熟悉。本文实现了一种基于3D和VIRTOOLS的化学分子实验室的设计模型和实现方式。该系统基于virtools平台,通过建模技术实现了虚拟化学分子结构展示功能;利用动画技术实现了虚拟化学分子动态合成与分解功能;并且与中学化学教材紧密结合,由学生自主选择实验仪器和实验药品,模拟实验过程,并用三维生动展示了整个实验过程和实验现象,保证了系统的功能性和易用性。系统模拟的宏观分子世界为用户提供了更加完善的学习平台,弥补了分子教学和实验不易操纵的不足。其中具体地先容了该系统的架构设计、功能设计、模块设计的方法。实践证实,采用该技术开发的三维虚拟化学分子实验室具有仿真性强、开发周期短、交互性强等特点。本文在该系统开发过程中,主要作了下面几个方面的工作:①实现了基于3DMAX建模,virtools建立交互的三维虚拟分子实验室体系结构,具体阐述了其中的功能模块和途径②实现了对多个场景进行管理的方法③实现了构建阵列对系统所涉及的三维模型、存储路径等信息的数据处理方法。【关键词】：VIRTOOLS虚拟化学分子三维虚拟分子搭建
【论文提纲】：摘要3-4Abstract4-9第一章绪论9-141.1研究背景及问题的提出9-101.2虚拟实验在国内外研究现状10-111.3本文的研究内容及意义11-121.4本文的创新点121.5论文组织结构12-14第二章三维化学虚拟分子实验室在教育中的应用14-192.1理论基础14-162.1.1行为主义理论142.1.2认知主义学习理论14-152.1.3建构主义学习理论15-162.1.4情境学习理论162.2三维虚拟化学分子实验室的教育体系构建与要素组成16-19第三章三维虚拟化学分子实验室的设计19-363.1探究性实验设计的原则19-203.2系统主要模块设计20-273.2.1分子模型展示模块设计21-233.2.2分子模型搭建模块设计23-243.2.3分子动态合成与分解模块设计24-263.2.4典型分子化学模拟模块设计26-273.2.5其它功能模块设计273.3关键技术先容27-303.3.13DMAX技术27-293.3.2Virtools4.0的特有技术29-303.4阵列设计30-313.5场景管理31-343.6动画技术的选择343.7建模技术的选择34-36第四章三维虚拟化学分子实验室的实现36-544.13DAX虚拟模型的创建39-414.2主要模块实现41-544.2.1分子结构展示模块实现41-464.2.2分子模型搭建模块实现46-484.2.3分子合成与分解动态演示48-504.2.4典型分子模拟实验50-54第五章三维虚拟化学分子实验室的测试与功能界面54-625.1功能测试545.2系统的功能界面54-625.2.1系统主界面555.2.2分子模型展示界面55-565.2.3分子合成与分解界面56-575.2.4化学分子反应过程模拟57-605.2.5化学分子搭建界面60-62第六章总结与展望62-656.1系统的优点和缺点62-636.2下一步研究工作重点和方向63-65参考文献65-68致谢68