大學物理網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗的設(shè)計模式探究

田亞芳／鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學院，河南 鄭州 450000

大學物理網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗的設(shè)計模式探究

田亞芳／鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學院，河南 鄭州 450000

文章主要研究了大學物理網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗設(shè)計的相關(guān)內(nèi)容。本文首先采集文獻資料，從資料內(nèi)容出發(fā)對大學物理虛擬實驗的設(shè)計原則進行闡述。其次，在該基礎(chǔ)上對大學物理網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗的設(shè)計流程進行分析，研究了其設(shè)計流程中的相關(guān)內(nèi)容。最后，對大學物理網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗的設(shè)計模式進行探究，結(jié)合具體案例對上述模式的運用效果進行觀察。文章對大學物理實驗體系的發(fā)展具有一定的貢獻性作用。

大學物理；網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗；設(shè)計；模式

網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗可以通過Web平臺實現(xiàn)計算機網(wǎng)絡(luò)的虛擬分析，是當前大學物理實驗教學的一種新方法。在該教學過程中教師可以通過計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、虛擬實現(xiàn)技術(shù)完成大學物理實驗儀器及實驗場景的模擬，拓展傳統(tǒng)實驗室教學環(huán)境，對大學物理實驗教學的發(fā)展具有至關(guān)重要的意義。如何構(gòu)建高質(zhì)量、高效益的大學物理網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗體系已經(jīng)成為人們關(guān)注的焦點。

1 大學物理網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗的設(shè)計原則

大學物理網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗設(shè)計的過程中要把握好實驗設(shè)計的可行性原則、開放性原則、直觀性原則、交互性原則及藝術(shù)性原則，要依照上述原則理念規(guī)范設(shè)計內(nèi)容，為網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗的開展奠定堅實的基礎(chǔ)。

1.1 可行性原則。大學物理網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗設(shè)計方案要科學、合理且順利實施，即設(shè)計方案要與實際大學物理實驗要求相符合，能夠在有限空間和資源內(nèi)付諸實踐。

1.2 開放性原則。大學物理網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗設(shè)計方案要能夠滿足學生學習需求，為學生提供自由、開放的環(huán)境和空間，確保學生能夠隨時隨地參與到教學實驗過程中。

1.3 直觀性原則。大學物理網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗設(shè)計方案要直觀、全面地展現(xiàn)教學內(nèi)容，通過調(diào)整參數(shù)、環(huán)境、結(jié)構(gòu)等形成“真實”的實驗教學體系，讓學生體驗與實驗室相同的學習效果。

1.4 交互性原則。大學物理網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗設(shè)計方案要能夠?qū)W生與教師緊密結(jié)合在一起，形成學生、教師實時交互的教學體系，通過聊天室、論壇等完成信息的雙向交互。

1.5 藝術(shù)性原則。大學物理網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗設(shè)計方案要賞心悅目，給學生視覺上美的享受，讓學生充分感知實驗設(shè)計中的藝術(shù)元素，提升實驗的真實效果，激發(fā)學生學習興趣。

2 大學物理網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗的設(shè)計流程

大學物理網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗設(shè)計的過程中要把握好任務(wù)分析、框架構(gòu)建、細節(jié)完善三方面內(nèi)容，依照教學需求及學生需求形成對應(yīng)設(shè)計流程，將學習理念及以人為本教學理念滲透到設(shè)計過程中，改善學生學習效率，其具體設(shè)計流程見圖1。

圖1 大學物理網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗的設(shè)計流程圖

2.1 需求分析。明確網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗系統(tǒng)中的教師需求信息、學生需求信息、功能需求信息、性能需求信息、運行需求信息，依照系統(tǒng)外部環(huán)境需求及內(nèi)部環(huán)境需求制訂系統(tǒng)框架并形成框架說明。適當情況下還要對系統(tǒng)發(fā)展需求信息進行采集，對教學環(huán)境轉(zhuǎn)變中可能出現(xiàn)的需求進行探究，形成對應(yīng)措施，提升系統(tǒng)應(yīng)用效益。

2.2 設(shè)計策略。依照大學物理虛擬網(wǎng)絡(luò)實驗內(nèi)容合理構(gòu)建實驗層次及實驗體系，運用導航頁面對教學核心內(nèi)容進行展現(xiàn)，提升學生對大學物理網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗知識體系的認知；通過視頻、圖片等資源，降低知識理解難度；運用聊天室、BBS、視頻會議、電子白板等形成活動體系，開展實驗活動，交流實驗問題等。

2.3 界面場景設(shè)計。把握好設(shè)計素材，對設(shè)計背景、設(shè)計布局、設(shè)計色彩等合理分析，形成與大學物理網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗內(nèi)容相協(xié)調(diào)的體系，使設(shè)計內(nèi)容與真實實驗室操作狀況一致。

2.4 交互設(shè)計。人機交互設(shè)計時需對問答式對話、菜單操作、命令語言、填表技術(shù)等進行合理設(shè)置，形成簡單化、圖形化的操作系統(tǒng)。人際交互時需對在線討論板塊、共享白班、網(wǎng)絡(luò)視頻等進行合理設(shè)置，形成實時化、高效化的交流系統(tǒng)。

2.5 評估及修改。選取部分學生及教師對該系統(tǒng)進行運用評價，觀察大學物理網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗設(shè)計內(nèi)容是否滿足學生及教師需求，對教學反饋信息進行分析，實施設(shè)計方案修改和優(yōu)化。

3 大學物理網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗的設(shè)計模式及運用

3.1 設(shè)計模式。大學物理網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗的設(shè)計模式與實驗?zāi)繕伺c學生需求息息相關(guān)，是在該基礎(chǔ)上形成的不同內(nèi)容體系。當前大學物理網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗的設(shè)計模式主要包括動手操作型、演示觀察型及實驗探究型三大類。

3.1.1 動手操作型模式。該模式主要運用于理論知識較為復(fù)雜，知識教學理解難度較大的實驗，可以將復(fù)雜的知識內(nèi)容融合到動手操作中，讓學生通過動手操作掌握具體實驗知識，獲取實踐經(jīng)驗，提升實驗認知。大學物理網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗動手操作模式設(shè)計過程中要首先明確設(shè)計需求，對設(shè)計中需要展現(xiàn)的教學內(nèi)容進行完善。其次，要確定實驗內(nèi)容的操作順序及操作方式，有針對性構(gòu)建模擬設(shè)備及模擬環(huán)境，形成初步虛擬框架。再次，要設(shè)計學生操控或間接操控虛擬儀器的交互方式，對系統(tǒng)操作信息進行明確，形成關(guān)聯(lián)體系，給予對應(yīng)的實驗提示及實驗現(xiàn)象。最后，引導學生依照實驗提示及實驗信息繼續(xù)實驗，依照模擬系統(tǒng)實驗流程完成儀器或?qū)嶒灥母黜棽僮鳌?/p>

3.1.2 演示觀察型模式。該模式主要運用于操作過程較為簡單，操作體系較為單一的實驗，可以有效改善實驗內(nèi)容，讓學生在觀察過程中了解實驗體系和實驗知識，形成深刻的實驗結(jié)果認知。大學物理網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗演示觀察型模式的設(shè)計主要采用線性過程原理，具體設(shè)計過程中相關(guān)人員首先對實驗需求及學生需求進行明確，對實驗設(shè)計中的展示內(nèi)容進行完善和拓展。其次，對設(shè)計實驗呈現(xiàn)方式、順序進行設(shè)置，構(gòu)建對應(yīng)的虛擬設(shè)備、儀器的運動和變化。再次，對實驗操作進行演示，將操作內(nèi)容及操作效果依照關(guān)系、系統(tǒng)形成對應(yīng)連接，呈現(xiàn)出操作后實驗的各項變化。最后，引導學生依照上述實驗提示及實驗信息對實驗內(nèi)容進行分析，總結(jié)實驗現(xiàn)象，對實驗中存在的問題進行交流。

3.1.3 實驗探索型模式。該模式主要運用于知識內(nèi)容較為新穎、知識體系超出學生認識范圍的實驗，可以形成系統(tǒng)化的知識體系，對各項知識內(nèi)容進行挖掘，是提升學生動手操作能力、自主探索能力的關(guān)鍵。大學物理網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗實驗探索型模式中要首先把握好設(shè)計需求，對需要展現(xiàn)的設(shè)計內(nèi)容進行明確。其次，要對實驗過程中的各項內(nèi)容進行完善，設(shè)計虛擬實驗環(huán)境，形成對應(yīng)設(shè)備及儀器的運動及變化。再次，設(shè)計對應(yīng)操作儀器、操作設(shè)備等的交互方式，依照操作給予對應(yīng)提示信息及實驗現(xiàn)象。最后，引導學生針對上述實驗內(nèi)容及實驗操作進行實驗探究，對實驗過程中的知識體系、實驗操作、實驗現(xiàn)象等進行明確，形成完善探究結(jié)果。

3.2 運用分析。本次運用過程中主要以《金屬絲楊氏模量的測定》實驗為基礎(chǔ)，借鑒相關(guān)實驗設(shè)計方案形成對應(yīng)動手操作型網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗體系并對其評估，現(xiàn)模式內(nèi)容如下：

3.2.1 需求分析。本實驗主要是對金屬絲楊氏模量測定中相關(guān)內(nèi)容的分析，要保證學生能夠了解金屬絲楊氏模量的測定操作，順利實現(xiàn)測定操作。系統(tǒng)需求中要能夠順利實現(xiàn)測定的承接及現(xiàn)象的提示，形成系統(tǒng)化、科學化操作體系。

3.2.2 設(shè)計策略。本次實驗中主要通過多媒體、超文本組織對操作知識及操作內(nèi)容進行展現(xiàn)，設(shè)置了對應(yīng)導航頁面輔助學生進行實驗學習。

3.2.3 界面場景設(shè)計。本次實驗界面場景主要以層次化體系進行構(gòu)建，模擬設(shè)計過程中實驗儀器主要包括光杠桿、楊氏模量儀、標尺、望遠鏡等，虛擬環(huán)境內(nèi)容對上述設(shè)備進行了個性化模擬設(shè)計。系統(tǒng)主要通過3ds Max軟件制作虛擬實驗場景。

3.2.4 交互設(shè)計。交互設(shè)計與虛擬設(shè)計方式一致并適當融合Flash軟件，通過Cult3D及Flash完成實驗操作的控制及實驗現(xiàn)象的展示。

3.2.5 設(shè)計評估。本次評估過程中從教師和學生兩方面進行運用效果評估，其中53%認為系統(tǒng)運用效果非常滿意，32%認為效果較為滿意，11.25%認為效果一般，3.75%認為系統(tǒng)不好。反饋信息中表明系統(tǒng)界面美化、提示不足是造成評估不滿意的關(guān)鍵因素，需要繼續(xù)修正和完善。

4 總結(jié)

大學物理網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗作為大學物理教學的重要內(nèi)容，其設(shè)計效果及設(shè)計質(zhì)量直接影響著學生的知識水平和能力水平，是學生發(fā)展的關(guān)鍵。在對大學物理網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗設(shè)計模式進行運用的過程中教師要把握好模式內(nèi)容，要依照模式特征對實驗設(shè)計模式進行合理選取，形成細化結(jié)構(gòu)體系，從本質(zhì)上改善實驗運用效果，加速大學物理實驗教學發(fā)展進程。

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