STEAM理念下基于Unity3D虚拟物理实验室的设计与研究

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虚拟现实技术(Virtual Reality,VR)是近年来发展起来的一种全新的仿真技术。物理实验是学生学习物理科学最形象、最直观的方式,也是激发学生对物理学科产生兴趣的最好方式。STEAM作为一种融合多个学科的全新教育理念,近年来在教育教学领域逐步应用。文中立足于电子技术应用于物理教学,将STEAM教育与虚拟现实技术相结合,设计系列焊接电路实验使得学生可以在虚拟环境下进行实验操作,以期提高学生的知识学习能力与实践操作水平。本文的研究内容概括如下:(1)STEAM理念下的虚拟物理实验室设计研究。以STEAM理念为原则,以项目式教学为基础,使用虚拟现实技术实现物理实验,设计系列电路焊接实验(如温控声光报警器实验、秒表实验和流水灯实验)等代表性实验。突出STEAM教育的五大核心理念,让用户感受到虚拟现实技术带来的真实体验。(2)虚拟物理实验室的设计与实现。具体研究包括四部分内容。建模,对虚拟实验室场景以及实验器材进行取景,如二极管、蜂鸣器等,并且通过3ds Max对虚拟物体进行静态建模。搭建,深入了解虚拟开发引擎Unity3D,进行虚拟实验室场景以及具体电路焊接实验场景的搭建与开发。编程,设计实验环节,通过VS脚本编译器及C#语言对虚拟器件模型进行独立开发完成,完成连接服务器、实验室场景漫游、界面跳转、碰撞检测等功能。测试,在Window平台发布实验系统并进行用户测试。(3)虚拟物理实验的实证研究。虚拟物理实验包括三大模块,分别为登陆实验平台和漫游实验室模块、实验操作和实验现象模块、其他功能模块。用户可通过实验前讲解,按照要求依次完成相关实验内容。最后依据学生的调查问卷来进行教学成果分析。依托STEAM教育为核心理念的虚拟物理实验室,不仅可以帮助学生学习相关物理知识和计算机技术,更重要的是提高其自主学习能力、创造力和想象力。
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