基于X3D探究式虚拟学习环境的设计与开发 ——以小学科学《动物的进化》为例

论文摘要

随着计算机图形图像技术的快速发展,虚拟技术广泛应用于各个领域,近几年逐渐发展起来的X3D技术标准,使用可扩展的标记语言XML表达,使用严格一致的数据编码格式,组件化结构,强大的网络功能、多媒体功能、人工智能和动画设计等多种高级功能进行开发和设计。它给虚拟技术的网络传播和各领域应用提供了的新思路和新方向,其在教育中的应用地位日益凸显。科学研究活动是小学《科学》学科的核心和精髓,它突出学生学习的体验性和探究性,对于类似动物的进化等学习内容的信息承载与表达,传统媒体相对捉襟见肘。而把此学习内容和X3D技术标准进行规划和整合,则两者相得益彰,既解决了小学生抽象信息认知的障碍,又突破了现行教具无能为力的瓶颈,从而轻松实现教学重点和难点的突破。本文研究的就是以X3D虚拟技术为支持,解决类似学习方面的问题、模式和策略等。本文以现代虚拟技术和探究学习理论为根基,从X3D虚拟技术的建模、交互等基础功能出发,结合探究学习理论,并应用SCORM和MOODLE等学习工具和平台,研究适合小学生学习内容抽象、年代久远等学习内容的教学模式和学习策略等。通过实验调查发现,运用本文提供的模式和策略进行小学科学教学,有利于小学生科学兴趣和探究能力的提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 导论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 问题的提出
• 1.1.2 概念的界定
• 1.2 研究目的和意义
• 1.2.1 虚拟学习环境开发的必要性
• 1.2.2 虚拟学习环境开发的可行性
• 1.2.3 研究的目的和意义
• 1.3 研究内容和方法
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 主要研究方法
• 1.4 相关技术和理论国内外研究现状分析
• 1.4.1 X3D的研究现状
• 1.4.2 探究模式结合虚拟现实应用现状分析
• 1.4.3 SCORM的国内外研究现状分析
• 第2章 小学《科学》课程的探究性教学分析与设计
• 2.1 小学《科学》学科特点分析
• 2.1.1 小学《科学》的学科特征
• 2.1.2 探究是小学《科学》课的本质
• 2.2 小学高年级学习者特征分析
• 2.2.1 心理特征分析
• 2.2.2 认知结构分析
• 2.3 探究性教学设计
• 2.3.1 基本概念
• 2.3.2 主要特点
• 2.3.3 常用模式
• 2.3.4 阶段要求
• 2.4 探究性学习与《动物的进化》虚拟学习环境
• 2.4.1 设计原则
• 2.4.2 设计流程
• 第3章 X3D技术及其特性
• 3.1 X3D的技术内涵与特色
• 3.2 X3D的体系结构
• 3.3 X3D的语法结构
• 3.4 X3D的开发流程
• 3.5 X3D的开发环境
• 3.5.1 X3D的浏览器
• 3.5.2 X3D的编辑器
• 3.5.3 X3D运行环境
• 第4章 "动物的进化"虚拟学习环境总体设计
• 4.1 学习内容呈现模块
• 4.1.1 动物模块
• 4.1.2 环境模块
• 4.2 场景关键节点
• 4.2.1 模型节点
• 4.2.2 效果节点
• 4.2.3 智能节点
• 4.2.4 其他节点
• 4.3 探究工具设计
• 第5章 "动物的进化"虚拟学习环境的技术实现
• 5.1 开发思路
• 5.1.1 利用X3D编辑器及辅助软件建立场景
• 5.1.2 利用SCORM标准整合学习环境
• 5.1.3 利用MOODLE部署课程内容
• 5.2 开发过程
• 5.2.1 场景建立
• 5.2.2 纹理贴图
• 5.2.3 动画制作
• 5.2.4 交互控制
• 5.2.5 场景合成
• 5.2.6 视点角色
• 5.2.7 打包封装
• 5.2.8 LMS部署
• 5.2.9 实现探究
• 5.3 开发技巧
• 5.3.1 模型建立
• 5.3.2 SCORM封装
• 5.4 开发效果
• 5.4.1 模型效果
• 5.4.2 场景效果
• 5.4.3 视点效果
• 5.4.4 封装效果
• 5.4.5 交互效果
• 第6章 总结与展望
• 6.1 本文的主要观点
• 6.2 实际教学中的效果
• 6.3 本研究的不足和展望
• 6.3.1 可借鉴的实践经验较少
• 6.3.2 建模和动画实现需要团队力量
• 6.3.3 学习效果检验还需深入
• 参考文献
• 致谢